關鍵詞： 智能家居 , AC-DC , 模塊電源

        隨著人們生活水平的提高，對住房的安全性能、智能化、舒適化、美觀化、娛樂化提出了新的需求，智能家居的出現正好滿足人們的這些要求。智能家居是以住宅為平臺，利用綜合布線技術、網絡通信技術、智能家居-系統設計方案安全防范技術、自動控制技術、音視頻技術將家居生活有關的設施集成，構建高效的住宅設施與家庭日程事務的管理系統，提升家居安全性、便利性、舒適性、藝術性，并實現環保節能的居住環境。其中供電系統是這一切智能設備的心臟，是各個控制系統正常運行的保障。

一、引言

圖一是為某一智能家居結構示意圖，從圖中可以清晰的看到，智能家居由以下幾個方面構成：燈光、插座控制系統；背景音樂系統；電動窗簾、電動門窗等；影音系統；安防系統；綜合布線系統等。由于城市住房的緊湊性，因而這些系統的控制器有一個共性要求—小體積，體積大小一般類似為家庭常見的插排，因此要求系統的控制器供電電源也是小體積，才能符合控制器空間的布板要求。且小巧美觀的控制器和控制面板更便于實現家居裝飾的美觀和舒適。

圖一 智能家居結構示意圖


二、方案對比

對于控制器電路的電源設計，在傳統的設計方案中，工程師見到最多的方案一般有兩種：RC阻容式降壓和工頻變壓器降壓，結合圖二和圖三來分析兩種方案的特點。

圖二為RC阻容式降壓電路在控制板上的應用圖，從圖中可以看出，電源主要為主控電路、信號隔離和顯示電路供電。電源方案為在輸入端口處添加浪涌防護電路，確保電源電路工作的可靠性和穩定性；接著是RC阻容式降壓電路進行電壓的轉換，最后經過LDO穩壓芯片輸出一個穩定的工作電壓滿足MCU和信號隔離的供電電源。而在電源的輸出端口，設置的輸出過流檢測電路，在電源工作異常的情況下對后端負載進行保護。該方案的優點在于電路成本低，電源電路占板面積小，非常符合智能家居對小體積、低成本的要求。但是不足的地方在于電源的轉換效率低，輸入電壓波動范圍小，負載值容易受影響，電路調試相對比較復雜，最大的一點就是產品的輸入端與輸出端不隔離，容易造成觸電，有可能危害人身的安全。

圖二 阻容式電源解決方案





       
圖三為變壓器降壓方案，輸入端和輸出端電路和RC阻容式降壓方案一樣，都需要對電壓和后端負載做一定的保護，區別就是功率轉換為變壓器傳輸，由于輸入電壓為市電，市電的交流頻率為50HZ，因此變壓器的體積相對來說會很大，輸入能量經過變壓器傳輸降壓后，通過整流濾波電路和LDO穩壓，最終輸出穩定的負載所需的供電電壓。該方案的優點在于電源電路很好調試，電路結構也很簡單，高壓和低壓部分經過變壓器隔離，提高了安全等級，價格成本相對來說也比較低。但是輸入電壓的范圍受限，最大的缺點就是體積太大，轉換效率地，不滿足智能家居控制器對小體積、節能環保的要求。

圖三 變壓器電源解決方案


圖四中采用了開關電源的方案替代RC阻容式降壓和變壓器的方案，通過開關電源本身參數的設計，實現穩壓輸出，且附帶過流、短路等保護功能，從而實現外圍電路簡單，高效率、保護功能齊全的特點。由于開關電源采用高頻控制的方式，內部變壓器可以設計得很小，使得整個開關電源小型化，最終彌補了上述兩種方案的缺點。

圖四 開關電源解決方案


三、一款應用于智能家居的典型開關電源產品

LS 系列--是金升陽為客戶提供的小型封裝形式的高效綠色模塊電源，該系列電源采用包封工藝，具有交直流兩用、輸入電壓范圍寬、高效率、高可靠性、低功耗、安全隔離等優點，可廣泛適用于智能家居、電力儀表、工業、辦公、民用等設備中。

圖五 產品實物圖


產品特點：

●  超寬輸入電壓:100～400VDC(85～264VAC)

●  輸出短路和過流保護

●  高效率、高功率密度

●  低功耗、綠色環保

●  超小體積

●  滿足UL/CE安規認證

基本工作介紹原理：

圖五為產品實物圖，正常工作狀態下，輸入電壓在輸入端的1和3引腳引入，經過整流濾波后到達功率隔離變壓器，由高壓開關器件和控制器控制能量從功率隔離變壓器的初級傳輸到次級，最后經輸出整流濾波電路得到所需的輸出電壓。當產品的輸出后端出現異常導致過流或短路時，控制器檢測到電路工作異常，關斷輸出電壓，且當過流或短路消失后，輸出電壓自動恢復正常。




       
四、開關電源應用于智能窗簾控制器

圖六為小體積開關電源產品在智能窗簾控制器中的應用，系統工作情況如下：

輸入端：由于供電端是交流市電220VAC，市電屬于不太穩定的供電電壓，正常情況下都會有±10%波動范圍，而在比較偏遠的地區嚴重的情況下會達到±30%波動的范圍，因此就需要開關電壓要有較寬的輸入電壓范圍，LS03-10B05R2產品的工作電壓范圍是85～264VAC，很好的滿足電網波動的范圍，使產品工作不受影響。另一方面，電網都不會單純的只給一個設備供電，還會有其他電子設備，如果接入的是功率很大的設備一起使用該電網，那么大功率設備啟動或工作的過程中就有很大可能導致周圍其他設備受到干擾，類似于EMC中的快速瞬變脈沖群、浪涌等情況，所以在輸入端都會建議增加防護電路，保證系統不受外界干擾影響。

輸出端：由于LS03-10B05R2產品本身就具備了過流保護和短路保護功能，因此無需在輸出端設計保護電路就可以直接給負載電路供電，處理器通過處理按鍵或無線接收模塊等輸入信息，然后通過光耦等信號隔離器件把控制信息傳輸給繼電器組，進而控制馬達來改變窗簾的狀態。

圖六 智能窗簾控制器


五、小結

金升陽AC-DC模塊電源LS系列產品通過技術人員的不懈努力，在超小體積的基礎上滿足了安規設計規范，同時，在無浪涌、脈沖群等EMC要求的條件下，LS01-XX/LS03-15BXXSR2只需要按照推薦電路在輸入和輸出端外接一個濾波電容便可以實現AC輸入與DC輸入兩用。可以滿足電力儀表、智能家居等不同行業客戶的應用,為廣大工程師在設計布局上提供了很大的便利。在《今日電子》主辦的電源產品評獎活動中，根據在技術或應用方面取得顯著進步、創新設計、性價比顯著提高的原則下，榮獲TOP-10 電源產品獎；同時為了表彰填補國內技術空白的貢獻，喜獲自主創新獎。來源網址：?id=228