산업용 장비
산업 제조
IoT 기술의 발전은 소비자에게 보안, 편의성 및 에너지 효율성을 제공하는 스마트 홈 보안 시스템의 개발을 가능하게 합니다. 새로운 감지 기술과 무선 LAN(Wi-Fi)과 같은 무선 프로토콜은 보안 장비, 출입 통제 장비, 가전 제품, 에너지 관리 장비, 전원 콘센트, 조명 및 엔터테인먼트 시스템을 모니터링하고 제어할 수 있는 광범위한 장치를 만들었습니다. 그림 1은 스마트 홈을 가능하게 하는 IoT 기술의 범위를 보여줍니다.
스마트 홈 보안 시장은 역동적인 시장입니다. 주거용 보안 카메라의 출하량은 2018년 5,400만 대에서 2023년 1억 2,000만대로 증가할 것으로 예상됩니다. 이는 17%의 상당한 CAGR(연간 복합 성장률)을 나타냅니다. 이 시장에는 혁신과 신제품에 대한 상당한 기회가 있습니다.
스마트 홈 보안 제품은 시장 점유율을 확보하기 위해 높은 신뢰성이 필요합니다. 더 많은 공급업체가 시장에 진입하고 제품 차별화가 축소됨에 따라 제품 품질은 소비자에게 더 큰 결정 요인이 될 것입니다. 따라서 제품은 과부하 및 과도 상태에 대해 견고해야 합니다. 다음 단락에서는 가정 보안 시스템 설계자에게 회로를 보호하고 제어하는 구성 요소를 사용하고 선택하기 위한 권장 사항을 제공합니다. 다음 제품을 보호하기 위한 구성 요소가 제공됩니다.
<울>유선 보안 카메라 시스템은 일반적으로 거주지 주변을 모니터링하기 위한 고정 장착 보안 시스템입니다. 그림 2는 유선 보안 카메라와 카메라 보호 및 제어를 위한 권장 구성 요소를 보여줍니다. 이 카메라는 AC 라인 전원을 사용하며 AC 전력 라인에서 전파되는 과부하 및 과도 현상에 영향을 받습니다. 또한 외부 환경에 대한 모든 연결은 ESD(정전기 방전)의 영향을 받습니다.
설계자는 이러한 위험한 조건으로 인한 손상으로부터 카메라 회로를 보호해야 합니다. 그림 3은 유선 보안 카메라의 블록 다이어그램과 견고한 제품을 보장하기 위해 권장되는 보호 및 제어 구성 요소를 보여줍니다.
전원 어댑터는 AC 전력선과 인터페이스하며 전력선 전류 서지 및 과도 전압으로부터 보호해야 합니다. 과부하 보호용 퓨즈, 과도 전류 서지 보호용 금속 산화물 배리스터(MOV), 과도 전압 보호용 TVS(과도 전압 억제기) 다이오드를 제안합니다. 설계 특성에 맞게 매개변수가 선택된 이 세 가지 구성요소는 전원 어댑터가 과부하 및 과도 전류에 대해 견고함을 보장합니다.
스위칭 공급 돌입 전류로 인한 성가신 퓨즈 개방을 방지하려면 느린 차단 퓨즈를 선택하십시오. 그러나 전원 어댑터 회로의 손상을 방지하려면 몇 초 안에 200% 과부하와 같이 지속적인 과부하에 신속하게 반응하는 퓨즈를 선택하십시오. 퓨즈를 선택할 때 다른 주요 매개변수를 간과하지 마십시오. 퓨즈의 정격 전압이 전원 공급 장치에 표시되는 최대 라인 전압을 초과하는지 확인합니다. 또한 차단 등급이 회로에서 발생할 것으로 예상되는 최악의 전류 과부하보다 높은지 확인하십시오.
적절한 차단 등급은 AC 라인의 일시적인 과부하로 인한 퓨즈의 물리적 손상을 방지합니다. 전원 공급 장치에서 공간이 중요하므로 요구 사항을 충족하는 소형 퓨즈를 찾으십시오. 마지막으로 UL/IEC 인증 퓨즈를 사용하여 제품 안전 규정 준수 자격을 간소화하고 가속화하십시오.
예를 들어 낙뢰로 인해 발생하는 큰 고에너지 서지의 경우 전원 공급 장치의 입력에 최대한 가까운 위치에 있는 금속 산화물 배리스터(MOV)로 전원을 보호하십시오. MOV는 최대 10kA의 서지 전류를 흡수할 수 있으며 500J 이상의 피크 펄스 에너지를 흡수할 수 있습니다. MOV는 전원선과 접촉하므로 UL/IEC 인증 부품을 사용하십시오.
고려해야 할 세 번째 보호 요소는 과도 전압으로부터 다운스트림 회로를 보호하기 위한 과도 전압 억제기(TVS) 다이오드입니다. TVS 다이오드는 1ps 미만으로 매우 빠르게 과도 현상에 응답합니다. 과도 현상을 억제할 때 TVS 다이오드는 민감한 회로를 보호하기 위해 저전압에서 출력을 클램핑합니다. TVS 다이오드는 단방향 또는 양방향 버전으로 제공되며 10V만큼 낮을 수 있는 광범위한 클램핑 전압을 제공합니다.
DC 입력 스테이지는 제어 보드, 모터 드라이브 및 이미지 센서 인터페이스에 전원을 공급하기 위해 DC 전압을 공급합니다. 이 회로에 대해 전류 과부하 보호와 과도 전압 보호를 모두 권장합니다. 기존 퓨즈 또는 재설정 가능한 PPTC(Polymeric Positive Temperature Coefficient) 퓨즈가 옵션입니다. 이 두 가지 유형의 퓨즈의 표면 실장 버전을 모두 사용할 수 있으므로 최소한의 PCB 공간을 사용합니다. TVS 다이오드는 공간 절약형 표면 실장 패키지로도 제공되며 최대 5000W의 피크 펄스 전력으로 과도 전류를 견딜 수 있습니다.
제어 보드에는 카메라 회로에 대한 인텔리전스가 포함되어 있습니다. 제어 보드는 MCU, 비디오 메모리 스토리지, PoE 프로토콜을 사용하여 AC 전원 라인을 통해 정보를 전송하는 유선 인터페이스 회로를 포함합니다. 제어 보드의 두 회로에는 보호 부품이 있어야 합니다. 이 두 회로는 유선 인터페이스와 메모리 회로입니다.
유선 인터페이스는 외부 환경과 연결되며 전류 과부하 및 과도 전압 보호 기능이 있어야 합니다. DC 입력 단계와 마찬가지로 전류 과부하 보호를 위해 기존 퓨즈 또는 재설정 가능한 퓨즈를 선택합니다. 과도 전압에 대한 보호를 위해 특수 부품인 TVS 다이오드 어레이를 권장합니다. TVS 다이오드 어레이는 ESD 및 기타 고전압 과도 전류로부터 PoE I/O 라인을 보호합니다.
그림 4는 ±30kV ESD 스트라이크를 견디기 위해 제너 다이오드와 결합된 양방향 다이오드 어레이를 보여줍니다. 이 다이오드는 1pF/포트 커패시턴스가 낮아 POE 프로토콜 전송 및 수신 신호에 미치는 영향을 최소화합니다. 그림 4와 같은 다이오드 어레이 구성은 PCB 공간을 가장 적게 차지하는 표면 실장 패키지에서 사용할 수 있습니다.
SD 카드에는 카메라에서 수집한 데이터가 들어 있습니다. 이 중요한 회로를 최대 ±30kV의 ESD로부터 보호하려면 TVS 다이오드를 사용하는 것이 좋습니다. TVS 다이오드는 누설 전류가 1µA 미만으로 낮아 전력 소비를 줄입니다.
모터 드라이브 블록에는 움직임을 추적하도록 카메라를 배치하는 팬 및 틸트 모터 회로가 있습니다. 이 회로에는 광학적으로 절연된 무접점 스위치인 제어 부품을 권장합니다. 광학적 절연은 모터 소음과 과도 현상이 팬 및 틸트 제어 회로에 다시 결합되는 것을 방지합니다. 무접점 스위칭은 모터를 보다 부드럽게 제어하기 위해 바운스 없는 스위칭을 제공합니다. 모터 시동 과도 현상을 최소화하기 위해 제로 크로싱 스위칭이 있는 무접점 스위치를 찾으십시오. 또한 모터 정지 상태로부터 보호하기 위해 전류 제한 기능이 있는 스위치를 찾으십시오.
내부 공간을 감시하기 위한 무선 보안 카메라는 소형으로 어디에나 쉽게 배치할 수 있습니다. 무선 카메라의 예는 그림 5를 참조하십시오. 그림 6은 무선 카메라의 블록 다이어그램과 이 장치에 권장되는 보호 및 제어 구성 요소를 보여줍니다.
USB 어댑터는 무선 보안 카메라의 전원 공급 장치입니다. AC 주전원에 연결되기 때문에 USB 어댑터는 전류 과부하 및 과도 전압으로부터 보호되어야 합니다. 유선 보안 카메라에 전원을 공급하는 전원 어댑터와 마찬가지로 USB 어댑터에는 과전류 보호용 퓨즈, 낙뢰용 MOV, ESD 보호용 TVS 다이오드가 있어야 합니다.
설계에서 USB Type-C 프로토콜을 사용하는 경우 USB Type-C, 고밀도 커넥터는 커넥터 핀 사이의 단락을 감지하기 위해 열 감지가 필요합니다. USB Type-C 설계를 준수하도록 설계된 열 감지 요소는 먼지나 먼지가 인접한 커넥터 핀을 단락시키는 경우 케이블과 커넥터의 손상을 방지합니다. USB Type-C 표준을 참조하세요. 2 감지 소자는 온도 상승의 원인이 되는 문제가 해결되면 낮은 저항으로 자체적으로 재설정됩니다.
배터리 셀이 단락 상태에서 고장나 과열되는 경우 배터리 팩에서 과전류 상태를 모니터링해야 합니다. 또한 배터리 관리 장치와 USB는 ESD의 대상이 될 수 있습니다. 배터리 셀 고장으로 인한 과전류로부터 보호하기 위해 재설정 가능한 퓨즈, PPTC 표면 실장 퓨즈를 권장합니다. PPTC 퓨즈는 단락된 배터리 하나가 여러 배터리에 손상을 입히는 것을 방지하기 위해 1초 이내에 200% 과부하로 트립됩니다.
배터리 관리 장치와 USB 회로에는 ESD 보호 기능이 있어야 합니다. 반도체 부품을 보호하려면 클램핑 전압이 낮은 다층 금속 산화물 배리스터를 권장합니다. PCB 공간 절약이 중요한 고려 사항인 경우 공간 절약형 0402 표면 실장 패키지의 다층 MOV 버전을 배포할 수 있습니다.
USB 회로가 USB Type-C 프로토콜을 준수하는 경우 USB 어댑터에 권장되는 것과 동일한 열 감지 요소를 사용하여 USB 회로의 짝을 이루는 USB 소켓을 보호해야 합니다. USB Type-C 회로에 열 감지 표시기를 설계하는 방법에 대한 자세한 내용은 설계 및 설치 가이드를 참조하세요. 3
제어 보드에는 카메라를 제어하고 비디오 데이터를 저장하는 디지털 전자 장치가 포함되어 있습니다. 제어 보드는 과도 상태 및 ESD로부터 보호해야 합니다. 이 회로의 경우 최대 ± 30kV 스트라이크를 견디는 제너 TVS 다이오드를 권장합니다. 누설 전류가 0.5μA 미만인 TVS 다이오드는 회로에서 최소한의 전력을 끌어옵니다. 다이오드는 또한 소량의 PCB 공간을 차지하며 0201 표면 실장 패키지에 수용될 수 있습니다.
무선 인터페이스는 컴퓨터, 스마트폰 및 모바일 태블릿 컴퓨터와 같은 외부 무선 장치와 통신합니다. 이 회로는 내부 환경에 노출되어 있기 때문에 ESD에 취약합니다. 이 경우 폴리머 ESD 억제제를 고려하십시오. 폴리머 ESD 억제기는 공기를 통해 ± 15kV, 인간 접촉에서 ± 8kV의 ESD 충격으로부터 회로를 보호합니다. 또한 0.2pF 미만의 낮은 정전 용량으로 신호 송수신이 저하되지 않습니다.
유선 초인종 카메라는 방문자의 원격 보기용으로 매우 인기 있는 제품이 되었습니다. 그림 7은 초인종 카메라의 예를 보여주고 그림 8은 권장되는 보호 및 제어 구성 요소가 포함된 블록 다이어그램을 보여줍니다.
전원 공급 장치는 AC 전원 라인에서 감소된 AC 전압과 인터페이스하고 전류 과부하 및 낙뢰로 인한 과도 전압과 같은 과도 전압의 영향을 받을 수 있습니다. 다른 공급 회로와 마찬가지로 퓨즈는 전류 과부하 조건으로부터 보호합니다. AC 라인의 과도 전압으로부터 보호하려면 최대 4kW 전력으로 과도 전압을 흡수할 수 있는 TVS 다이오드를 선택하십시오. 광학적으로 절연된 솔리드 스테이트 릴레이를 사용하여 다른 회로에 대한 전력을 제어하고 전력선의 노이즈 및 과도 현상이 다운스트림 회로로 전파되지 않도록 하는 것을 고려하십시오.
배터리 팩은 제어 보드와 사용자 인터페이스에 백업 전원을 제공합니다. 배터리 팩과 그 하위 장치, 배터리 관리 장치 및 USB 회로는 무선 카메라의 동일한 회로에 권장되는 유사한 구성 요소를 사용하여 과전류 상태 및 과도 상태로부터 보호해야 합니다. TVS 다이오드를 추가하면 과도 전압 및 ESD 스트라이크를 억제할 수 있습니다. 무선 카메라의 배터리 팩과 마찬가지로 USB Type-C 프로토콜이 설계 요구 사항인 경우 USB 회로에 대한 열 감지를 권장합니다.
사용자 인터페이스는 사람과의 접촉으로 인한 ESD의 영향을 받습니다. TVS 다이오드를 사용하여 ESD로부터 사용자 인터페이스를 보호합니다. 초인종 카메라가 유럽에서 판매되는 경우 유럽 개인 정보 보호 규정을 준수하기 위해 도어 차임 활성화와 카메라 사이의 스위치를 포함해야 합니다. 기계적 릴레이 접점 바운스와 전자기 간섭(EMI) 생성을 제거하려면 무접점 릴레이를 사용하는 것이 좋습니다.
제어 보드와 무선 인터페이스 회로는 무선 카메라와 마찬가지로 초인종 카메라에서도 작동합니다. 무선 카메라의 이러한 회로에 권장되는 보호 구성 요소는 초인종 카메라의 동일한 회로에 적용됩니다.
일부 보안 카메라 제조업체는 COVID-19 전염병으로 인한 삶의 "뉴 노멀"에 적응하고 있습니다. 그들은 카메라에 적외선 열 감지 기술을 추가하여 집이나 회사를 방문하는 방문자의 온도를 개별적으로 모니터링할 수 있습니다. 온도 측정은 미래의 스마트 홈 보안 시스템의 표준 기능이 될 수 있습니다. 보안 카메라가 이러한 건강 안전 측면을 포함하도록 점점 더 정교해짐에 따라 적절한 회로 보호 기능을 통합하면 보다 안정적이고 견고한 장치를 개발하는 데 도움이 됩니다.
표 1에 나와 있는 두 가지 안전 표준은 오디오/비디오 통신 기술 장비와 리튬 배터리와 같은 배터리에 대한 요구 사항을 정의합니다. IEC 62368-1은 감시 장비에 대한 안전 요구 사항을 다룹니다. 두 번째 표준인 IEC 62311-2는 리튬 전지 및 배터리의 안전을 보장하기 위한 요구 사항을 규정합니다. 리튬 배터리의 부적절한 조립 및 작동은 화재의 위험이 있습니다. 따라서 이러한 유형의 배터리에 대한 모니터링은 필수적입니다. 이러한 표준을 준수하지 않으면 작업을 재설계하고 표준 기관에 인증을 위해 두 번째 제출해야 합니다. 프로젝트 비용이 증가하고 제품의 도입이 지연될 수 있습니다.
표 1. 감시 카메라가 있는 제품의 안전 표준
보호 및 감지 구성 요소를 설계 목표로 포함하고 프로젝트 초기에 표준 준수를 통합함으로써 강력하고 안정적인 스마트 홈 보안 시스템을 비용 효율적으로 개발할 수 있습니다. 물론 디자인은 항상 성능과 총 소유 비용 사이의 균형입니다. 일부 기술은 다른 기술보다 비용이 더 많이 들 수 있지만 추가 요인에 따라 총 소유 비용이 가장 낮기 위해서는 비용이 더 많이 드는 구성 요소 기술이 필요합니다. 보호, 제어 및 감지 구성 요소를 선택할 때 구성 요소 제조업체의 엔지니어링 전문 지식을 활용하십시오. 신뢰할 수 있는 공급업체를 사용하면 시간과 리소스를 절약할 수 있습니다.
신뢰성과 효율성은 스마트 홈 보안 시스템의 명성을 높여줍니다. 고품질에 대한 평판은 시장 점유율 성장과 수익 성장으로 이어질 수 있습니다. 이는 수익성 개선으로 이어집니다.
회로 보호, 감지 장치 및 구성 요소 선택 기준에 대한 자세한 내용은 Littelfuse에서 제공하는 회로 보호 선택 가이드 및 감지 제품 선택 가이드를 참조하십시오.
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산업용 장비
지그는 구멍을 뚫거나 태핑하는 것과 같은 반복적인 작업을 수행할 때 제조 도구를 제자리에 고정하는 도구입니다. 반면에 고정 장치는 제조 도구를 안내하지 않고 고정된 위치, 방향 또는 위치에서 공작물을 안정적으로 유지합니다. 표준 바이스는 가구의 일반적인 예입니다. 차이점은 제쳐두고, 지그와 고정구 모두 큰 차이를 만드는 도구입니다. 생산성을 높이고 부품의 반복성을 개선하며 부품 조립 및 분해를 더 쉽게 만들고 안전한 작업 환경을 조성하는 데 도움이 됩니다. 거의 모든 자동화된 산업 제조 공정은 제대로 작동하는 부품을 일관되게 제작
이 3부작 시리즈의 2부에서 저자는 호스 튜빙 및 라우팅이 유지 관리를 단순화하고 호스 고장을 줄이는 방법에 대해 설명합니다. 여기에서 1부와 3부를 읽어보세요. 기계 프로토타이핑 중에 구성 요소를 운반하는 유체를 올바르게 배치하고 올바르게 설치하려면 다음 10가지 일반 규칙을 따르십시오. 이러한 지침은 기계 프로토타이핑 중에 가장 유용합니다. 모든 버그가 제거된 후 정상적인 제작 절차를 따라야 합니다. 큰 줄부터 시작 — 가장 큰 ID 라인은 특히 좁은 공간에서 구부리고 조작하기 가장 어렵기 때문에 먼저 설치하십시오. 그