【導讀】近年來(lái)，因插頭功率過(guò)載而引發(fā)火災的情況不在少數。據不完全統計，中國近10年發(fā)生的火災中，約30%是由劣質(zhì)插頭引起的。此外因插頭外露而導致孩童觸電，引發(fā)生命危險的事故也頻頻發(fā)生。如何提高使用插頭的安全性呢？這不得不引起大家的思考。
隨著(zhù)科技的飛速發(fā)展，電子產(chǎn)品智能化在逐步走進(jìn)我們的生活，其中就包含著(zhù)智能插頭。這些智能產(chǎn)品可以使我們的生活和工作更安全、更舒適、更便捷。同時(shí)，也讓我們更好的享受生活。那么，智能插頭到底如何“智能”？
其實(shí)，智能插頭就是將原有的普通插頭接入到物聯(lián)網(wǎng)平臺之中，在保證原有的功能正常前提之下，使其帶有聯(lián)網(wǎng)的屬性，方便用戶(hù)可以遠程控制智能插頭，從而控制接在智能插頭上的用電設備，降低引發(fā)危險的可能性并提高人們的生活質(zhì)量。
智能插頭的內部構造大致由電源轉換、MCU控制、繼電器、無(wú)線(xiàn)通信、外圍保護電路等部分組成，其中無(wú)線(xiàn)通信，MCU控制的方案已經(jīng)較為成熟，方案廠(chǎng)家基本上都會(huì )提供一套完整的方案供其開(kāi)發(fā)。但是在電源供電，繼電器控制和外圍電路保護等電路都是需要硬件工程師們根據自己公司和實(shí)際應用場(chǎng)景來(lái)自行進(jìn)行設計和開(kāi)發(fā)的。
為此，東芝為了幫助客戶(hù)可以快速地完成產(chǎn)品設計與研發(fā)，將產(chǎn)品快速推出，在電源供電、繼電器控制以及外圍保護電路方面提供了完整的電路方案參考。
圖1 智能插頭的結構組成
在電源方面，東芝針對智能插頭的應用環(huán)境的不同和內部元件所需要的工作電壓不同而推出了小型貼片式LDO穩壓器，該LDO穩壓器具有九個(gè)系列，包含四種特性，可以輸出多種電壓和電流，不僅可以勝任智能插頭之中的直流電源需求，還可以將快速推進(jìn)產(chǎn)品小型化的進(jìn)程。
圖2 LDO穩壓器系列
在繼電器控制方面依據控制電流的大小不同，東芝提出了四種解決方案，分別為機械式繼電器的交流開(kāi)關(guān)電路，光繼電器的交流開(kāi)關(guān)電路（小于0.3A），光伏輸出光耦和MOSFET的交流開(kāi)關(guān)電路（約0.3A至1A）與雙向可控硅和雙向可控硅輸出光電耦合器的交流開(kāi)關(guān)電路（1A或以上）。常用的為機械式繼電器交流開(kāi)關(guān)電路。
大家都知道，繼電器控制的話(huà)是需要電流驅動(dòng)的，因為普通控制器輸出的電流一般是不能直接驅動(dòng)繼電器，同時(shí)，繼電器內部構造一般都是由線(xiàn)圈，銜鐵與金屬觸點(diǎn)等構成，在驅動(dòng)其工作時(shí)會(huì )出現自感應電動(dòng)勢，如果不用續流二極管加以保護，很容易損壞控制電路，造成不可挽回的損失。東芝在此方案的驅動(dòng)繼電器與電路保護方面可謂是做足了功課。在驅動(dòng)方面推薦采用小信號N溝道MOSEFT實(shí)現繼電器的驅動(dòng)。這里東芝推薦使用SSM3K36FS或SSM3K56FS。該MOSEFT封裝都采用SOT-416封裝，Vdss最大支持20V，導通電流分別為0.5A與0.8A。功率耗散均為0.15W，在4.5V時(shí)，RDS(ON)最大值分別為0.66Ω和0.235Ω。在電路保護方面，東芝推薦使用CRS系列肖特基二極管CRS03與CRS13，兩種二極管均采用較小的S-FLAT?，有助于縮小PCB占板面積。CRS03的反向峰值電壓最大為30V，適合應用在30V以下的電路之中，CRS13的反向峰值電壓最大為60V，適合應用在60V以下的電路之中。二者最大正向平均電流均可以達到1A，可以很好的解決繼電器的自感應電動(dòng)勢損壞電路的問(wèn)題。
圖3 機械式繼電器交流開(kāi)關(guān)電路
在小電流交流開(kāi)關(guān)電路方面，東芝也有方案供其參考。在控制交流小于0.3A的用電設備時(shí)，可以采用東芝自研的光繼電器TLP3549，其采用DIP8封裝，具有良好的散熱條件，同時(shí)具有最大0.6A的導通電流，控制電流最大為25mA，隔離電壓為2500V，可以較好的保護后級電路不受強電損壞。
圖4 光繼電器交流開(kāi)關(guān)電路
在控制0.3A-1A的交流用電器時(shí)，可以參考東芝推出的光耦與MOS組合實(shí)現的交流控制電路。這里東芝推薦采用TLP系列光耦TLP3906與TLP3910。TLP3906采用SO6封裝，TLP3910采用SO6L封裝，均可以減少PCB尺寸，同時(shí)，其控制電流最大均為30mA，功耗卻低至12μA。在隔離方面，TLP3906的隔離電壓最大可以達到3750V，爬電距離最小可以達到5mm，而TLP3910的隔離電壓最大可以達到5000V，爬電距離最小達到8mm。
圖5 光伏輸出光耦和MOSFET的交流開(kāi)關(guān)電路
在1A以上電流的控制時(shí)，可以采用東芝雙向可控硅輸出光耦實(shí)現的交流開(kāi)關(guān)電路控制。雙向可控硅輸出光耦可采用TLP265J、TLP266J、TLP267J和TLP268J，這四種可控硅輸出光耦均采用4pin的SO6封裝，在降低PCB大小的同時(shí)，還支持引腳兼容。其VDRM均為600V，TLP265J與TLP266J的最大IFT為10mA，TLP267J和TLP268J的最大IFT為10mA，IT(RMS)均為70mA，同時(shí)隔離電壓均為3750V。
圖6 雙向可控硅輸出光耦的交流開(kāi)關(guān)電路
在電路保護方面，由于智能插頭需要被人們所接觸，難免會(huì )遇到靜電方面的影響，東芝在電路保護這方面考慮的十分周到，并為客戶(hù)提供了多種參數的TVS二極管來(lái)實(shí)現不同電路的保護方案供其參考。
這里東芝主要推薦采用DF2B系列TVS二極管，具體型號為：DF2B7ASL、DF2B5M4SL、DF2B6M4SL與DF2B6M4BSL。該系列二極管具有SOD-962小型封裝，具有四種ESD電壓防護等級，以及3.6V與5.5V兩種反向工作峰值電壓。最小結電容僅為0.2pF，可以減少對保護電路的信號傳輸影響。
圖7 外圍保護電路
東芝半導體在電路方案的研究與半導體產(chǎn)品的研發(fā)都具有十分豐富的市場(chǎng)經(jīng)驗。推出的方案都極具參考價(jià)值并且可以快速幫助客戶(hù)進(jìn)行電路設計，為客戶(hù)排憂(yōu)解難并助力客戶(hù)快速的將產(chǎn)品推出，占領(lǐng)市場(chǎng)先機。
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