강력한 동작 감지기 개발이 움직이는 표적일 필요는 없습니다

이 기사에서는 부품 수를 크게 줄이고 성능을 향상시킬 수 있는 적외선 감지기 어셈블리를 제시하여 동작 감지기 설계가 외부 방해에 강하도록 하기 위한 몇 가지 개념에 대해 설명합니다. 제품 성능과 신뢰성.

스마트 홈과 건물은 보다 편리하고 안전하며 에너지 효율적이도록 하는 지능형 기술의 혜택을 받고 있습니다. 그림 1은 가정과 건물 모두에 사용할 수 있는 광범위한 제품을 보여줍니다. 이러한 제품은 가정의 소비자와 건물 관리 직원이 자동으로 모니터링하고 제어할 수 있습니다.

편의성, 안전 및 에너지 절약을 결합한 제품 중 하나는 적외선 동작 감지기입니다. 적외선 동작 감지기는 한 지역의 점유를 감지한 다음 조명, HVAC 시스템 또는 경보를 활성화할 수 있습니다. 동작 감지기가 보안 기능을 제공한다면 24시간 연중무휴 안정적으로 작동해야 합니다.

그림 1. 가정과 건물의 보안, 편의성, 안전 및 효율적인 에너지 관리를 가능하게 하는 지능형 장치

수동적외선 기술은 안정적인 성능과 저렴한 비용의 결합으로 인해 모션 감지를 위한 선도적인 기술입니다. 시장은 13% 이상의 건전한 연간 복합 성장률을 경험하고 있으며 2025년에는 35억 달러를 초과할 것으로 예상됩니다 ¹ . 성장을 이끄는 요인은 다음과 같습니다.

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감시를 통한 보안에 대한 주거 수요

무선 연결 및 IoT 네트워크로 설치 비용 절감

공공 및 상업 부문에서 채택되고 있는 에너지 절약을 위한 정부 이니셔티브

성장하는 시장은 새롭고 혁신적인 디자인의 기회를 제공합니다.

보호, 제어 및 감지 구성요소

수동 적외선 동작 감지기는 실내 모니터링 또는 실외 모니터링에 사용되기 때문에 이러한 제품은 환경 교란에 강해야 합니다. 감지기가 AC 라인에서 전원을 공급받는 경우 AC 전력 라인에서 전파될 수 있는 전류 과부하 및 과도 전압을 견딜 수 있어야 합니다. 회로 보호 외에도 효율적인 제어와 안정적인 감지 성능은 고품질 제품을 만드는 데 필수적입니다.

그림 2는 적외선 동작 감지기의 예를 보여주고 제품 신뢰성과 성능을 향상시키는 권장 보호, 제어 및 감지 구성 요소를 나타냅니다.

그림 2. 권장되는 보호, 제어 및 감지 구성 요소를 보여주는 수동 적외선 동작 감지기의 예

그림 3에서는 수동 적외선 동작 감지기의 블록 다이어그램을 보여주고 권장되는 보호, 감지 및 제어 구성 요소를 배치해야 하는 회로를 보여줍니다. 구성 요소가 권장되는 각 블록에 대해 논의합니다.

그림 3. 권장 구성 요소가 있는 회로를 보여주는 수동 적외선 동작 감지기의 블록 다이어그램

AC/DC 파워 스테이지

AC/DC 전원단은 다른 회로 블록에 DC 전원을 제공합니다. 이 회로는 AC 전원 라인과 인터페이스하며 과전류 서지 및 과도 전압에 영향을 받습니다. 과전압 과도 전류 및 전류 서지는 낙뢰, 모터 켜기 및 끄기로 인한 유도 스파이크, 전력선 전압 변동으로 인한 과도 현상으로 인해 발생할 수 있습니다.

이러한 잠재적 방해에 대비하여 AC/DC 전력 스테이지 보드의 첫 번째 방어선으로 금속 산화물 배리스터(MOV)를 권장합니다. 회로 기판의 AC 라인 과도 현상에 대한 전파 경로를 최소화하려면 MOV를 회로의 AC 전압 입구에 최대한 가깝게 배치합니다. 다음과 같은 특성을 가진 MOV를 선택하십시오.

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낙뢰로부터 다운스트림 회로를 보호하기 위해 최대 10kA 피크 서지 전류 또는 150J의 펄스 에너지를 안전하게 흡수

다운스트림 회로를 손상시키지 않는 낮은 클램핑 전압

구성 요소가 감지기의 지정된 환경 범위에서 작동하도록 보장하는 작동 온도 범위(페놀 코팅된 MOV 버전은 최대 125°C에서 안전하게 작동할 수 있음)

UL 또는 IEC에서 국가 공인 표준 ​​연구소에서 인증 시간을 단축하도록 승인

AC/DC 전력단의 출력에서 ​​전원 공급 장치의 모든 부하 회로를 추가로 보호하기 위해 TVS(과도 억제기) 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. TVS 다이오드는 다양한 부하 회로의 전원 구성 요소에 대한 과도 스트레스를 최소화합니다. TVS 다이오드는 회로 보호를 위해 다음과 같은 이점을 제공합니다.

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최대 600W의 피크 펄스 전력 또는 100A의 피크 서지 전류의 흡광도

공중 공격 또는 직접 접촉으로부터 최대 30kV까지 ESD 보호

과도에 대한 1ps 미만의 초고속 응답

클램핑 전압이 10V만큼 낮은 버전

UL 또는 IEC 구성요소 인식

그림 4에서 볼 수 있듯이 TVS 다이오드는 패키지에 있는 양방향 2개의 직렬 다이오드 또는 단일 다이오드의 단방향일 수 있습니다. 보호 기능 외에도 TVS 다이오드는 소량의 전력을 소비합니다. 방해가 없는 정상적인 작동에서 부품은 1µA 미만을 소모합니다. 마지막으로 TVS 다이오드의 표면 실장 버전을 사용하여 PC 기판 공간을 절약할 수 있습니다.

그림 4. ESD 및 기타 전기적 과도 전류로부터 보호하기 위한 양방향 및 단방향 TVS 다이오드

모션 센서 및 MCU

수동 적외선 감지기의 주요 요소는 적외선 센서와 마이크로컨트롤러 유닛입니다. 센서, 렌즈 및 마이크로컨트롤러 장치가 포함된 완전한 패키지를 사용할 수 있습니다(그림 5 참조). 완전한 패키지는 다음을 제공합니다:

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센서가 마이크로컨트롤러 칩에 직접 연결되기 때문에 디자인의 BOM이 감소합니다.

검출 및 처리 전자 장치를 위한 완전한 설계에 필요한 모든 회로가 포함된 마이크로컨트롤러입니다. 마이크로 컨트롤러에는 CPU, RAM, 타이머, 비교기, A/D 변환기, 통신 인터페이스 및 센서용 펌웨어가 포함됩니다.

렌즈와 결합하여 다양한 시야에 다양한 옵션을 제공할 수 있는 2요소 또는 4요소 센서입니다.

리크가 높고 제품 수명이 짧은 일반적인 전해 콘덴서 사용에 비해 저렴한 비용으로 더 작은 세라믹 콘덴서를 사용할 수 있는 설계

감도, 범위 및 감지 관리 분야를 제공하는 고급 동작 감지기 알고리즘

사용자 정의 애플리케이션 기능을 구현할 수 있는 마이크로컨트롤러의 유연성

절전을 위해 움직임이 감지되지 않을 때 저전력 모드가 있는 어셈블리를 찾으십시오. 그림 6은 적외선 동작 감지기 패키지의 예를 보여줍니다. 더 적은 수의 구성 요소와 전해 커패시터가 없는 통합 패키지의 조합은 전반적인 제품 신뢰성을 향상시키고 PC 기판 공간을 절약하며 비용을 절감합니다.

그림 5. 렌즈, 센서 및 마이크로컨트롤러 조립품의 블록 다이어그램

그림 6. 렌즈-센서-마이크로컨트롤러 적외선 동작 감지기 어셈블리의 예. 이 어셈블리는 Zilog의 제품입니다. 렌즈와 센서는 보드 상단에 있습니다. 마이크로컨트롤러는 센서 아래에 있습니다.

알람

적외선 센서가 적절한 움직임을 감지하면 알람 회로가 활성화됩니다. 회로는 일반적으로 깜박이는 LED 조명 또는 LED 조명과 스피커의 조합을 구동합니다. 경보 회로에는 외부 장치에 전원을 공급하기 위한 제어 부품이 필요합니다. 리드 릴레이 또는 솔리드 스테이트 릴레이를 고려하십시오. 둘 다 저전력 논리 회로에서 고전력 드라이브의 갈바닉 절연을 제공합니다. 무접점 계전기는 출력 드라이브 접점의 수명이 더 길고 리드 계전기는 전력 소비가 낮습니다.

리드 릴레이는 소형 ​​단일 인라인 패키지로 제공됩니다. 코일 구동 회로를 보호하기 위한 내장형 백 EMF 억제 다이오드와 코일 EMI가 제어 회로에 들어가는 것을 방지하기 위한 자기 차폐 옵션이 있는 리드 릴레이를 얻을 수도 있습니다. 또한 리드 릴레이 접점은 기존 전기 기계 릴레이보다 수명이 길고 광범위한 환경 온도에 상대적으로 영향을 받지 않습니다.

솔리드 스테이트 릴레이는 입력 LED와 출력 광검출기 트랜지스터 사이의 제어를 광학적으로 결합합니다. 무접점 계전기는 입력과 출력 사이에 최대 1500Vrms의 절연을 가질 수 있습니다. 대부분은 제로 전압 교차점에서 스위칭을 시작하는 로직으로 EMI/RF 생성을 제거하도록 설계되었습니다. 무접점 계전기 버전은 전력 소비를 최소화하기 위해 1µA 미만의 낮은 오프 상태 출력 누설 전류를 가질 수 있습니다. 공간 절약형 표면 실장 패키지로 제공됩니다.

드라이브 구성 요소의 선택은 접점 또는 출력에 사용할 출력 유형에 대한 충분한 드라이브 용량이 있는지 확인하는 데 달려 있습니다. 크기, 전력 소비 및 비용은 드라이브 구성 요소를 선택할 때 고려해야 할 다른 요소입니다.

수동 적외선 동작 감지기에 대한 안전 표준

표 1에는 인증을 받고 시장에서 인정받기 위해 설계가 준수해야 하는 중요한 표준이 나열되어 있습니다. 개발 프로젝트의 일부로 이러한 표준을 준수하면 인증 비용이 절감되고 인증 시간이 단축됩니다. IEC 표준을 준수하면 전 세계 모든 지역에서 제품을 판매할 수 있습니다.

표 1. 수동 적외선 동작 감지기에 대한 안전 및 최소 작동 요구 사항을 관리하는 표준

견고하고 신뢰할 수 있는 설계는 구성 요소 수가 적고 개발 비용이 낮을 수 있습니다.

적외선 감지기 설계의 경우 견고한 설계에는 몇 가지 보호 구성 요소만 필요합니다. 렌즈/센서/마이크로컨트롤러 패키지를 활용하여 부품 수를 줄이고 제품 신뢰성을 극대화할 수 있습니다. 인증 시간과 비용을 절약하기 위해 개발 프로젝트의 중요한 요소로 표준 준수를 포함해야 합니다. 보호 및 제어 구성 요소 선택에 대한 시간을 절약하고 상당한 설계 시간을 절약할 수 있도록 제조업체의 응용 프로그램 전문 지식을 활용하는 것이 좋습니다. 제조업체는 또한 설계에 적용되는 표준에 대한 지침을 제공하고 규정 준수를 보장하는 방법에 대한 지침을 제공할 수 있습니다. 이러한 권장 사항은 현장 오류를 줄이고 비용 효율적이고 수익성 있는 제품을 만드는 강력하고 안정적인 설계를 달성하는 데 도움이 됩니다.

참조

1.) 점유 센서 시장. 시장과 시장. 2020년 7월.

참고 문헌

자세히 알아보려면 Littelfuse, Inc.에서 제공하는 빌딩 자동화 애플리케이션 가이드 및 회로 보호 선택 가이드를 다운로드하십시오.

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