电路保护、控制和传感智能家居安全应用程序的设计考虑

物联网技术的进步使得智能家居安全系统的发展,提供消费者安全,方便,和能源效率。新的传感技术和无线协议(如无线局域网(wi - fi)已经创建了一个广泛的设备,可以监视和控制安全设备,访问控制设备、电器、能源管理设备、电源插座、照明、和娱乐系统。图1说明了物联网技术的广度,使智能家居。

图1所示。智能家居技术的好处包括娱乐、控制电器、访问、电力和能源安全。

智能家居安全市场是一个动态的市场。住宅安全摄像头的出货量预计将从2018年的5400万台增长到2023年1.2亿辆。代表一个实质性的复合年增长率(CAGR)的17%。有一个重大的机遇,创新和新产品在这个市场。

可靠性等于安全性

智能家居安全产品需要高度可靠,以赢得市场份额。随着越来越多的厂商进入市场和产品差异化缩小,产品质量将成为一个更大的消费者的决定因素。因此产品需要健壮的过载和瞬变。下面的段落将给家庭安全系统的设计师建议使用和选择组件,保护和控制电路。组件将保护以下产品:

• 有线和无线监控摄像头
• 有线门铃相机
  

连接摄像头

有线摄像头系统通常固定安装安全系统监视居住的周围地区。图2显示了一个有线摄像头和推荐组件保护和控制摄像机。这些摄像头交流行动力和过载和瞬态传播交流电源线。此外,所有连接到外部环境受到静电放电(ESD)。

设计师需要保护他们的相机电路免受损害由于这些危险的条件。图3显示了一个框图的有线摄像头和推荐的保护和控制组件,以确保一个健壮的产品。

图2。示例连接摄像头和推荐的保护和控制组件

图3。有线摄像头框图显示电路及其推荐的保护和控制组件。

电源适配器

与AC电源线和电源适配器接口需要保护从电力线路电流激增和电压瞬变。我们建议引信过载保护,金属氧化物压敏电阻(MOV)保护从瞬变电流激增,和瞬变电压抑制器(TVS)二极管的保护电压瞬变。这三个组件,参数选择的细节设计,将确保电源适配器是健壮的过载和瞬变。

选择一个缓慢的保险丝烧断保险丝避免讨厌的开口由于开关电源涌流。然而,为了避免损坏电源适配器电路,选择一个保险丝,快速响应持续过载等几秒超载200%。不要忽视其他关键参数在选择一个保险丝。确认保险丝的额定电压超过最大线电压,电源将会看到。同时,确保中断评级高于电路过载,最坏的电流将会遇到。

一个适当的中断评级将避免物理伤害的保险丝由于大瞬时过载的AC线。自供电溢价空间,寻找小保险丝,满足要求。最后,使用保险丝UL / IEC认证简化和加快产品安全合规资格。

对于大型、高能源激增闪电引起的,例如,保护提供一个金属氧化物压敏电阻(MOV)位于尽可能接近供应的输入。mov能吸收浪涌电流高达10 kA,他们可以吸收超过500 J的峰值脉冲能量。自从MOV接触电线,使用UL / IEC-certified组件。

第三保护元素你要考虑的是一个瞬态电压抑制器(TVS)二极管保护下游电路电压瞬变。TVS二极管响应瞬态极其迅速,在1 ps。抑制瞬态时,TVS二极管夹其输出低电压保护敏感电路。TVS二极管可用在单向或双向的版本和有一个广泛的钳位电压可以低至10 V。

直流输入阶段

直流输入阶段供应直流电压电源控制板,电机驱动,图像传感器接口。我们推荐两种电流过载保护和瞬态电压保护电路。传统的保险丝或复位聚合物正温度系数(PPTC)熔断器的选择。表面安装版本的这两种类型的融合可消耗最少的PCB空间。TVS二极管也可以在节省空间的,表面包和能够承受瞬变脉冲峰值功率5000 W。

控制委员会

控制板包括摄像头的智能电路。控制板包括单片机,视频内存存储和传输的有线接口电路信息交流电源线路使用坡协议。的两个控制董事会的电路应该保护组件。这两个电路是有线接口和存储电路。

有线接口与外部环境和应该有电流过载和瞬态电压保护。像直流输入阶段,选择传统的保险丝或复位保险丝电流过载保护。为防止电压瞬变,我们建议一个特殊的组件,TVS二极管阵列。TVS二极管阵列从ESD保护坡I / O线和其他高压瞬变。

图4显示了一个数组的双向二极管加上一个齐纳二极管承受±30 kV ESD罢工。这些二极管低1 pf /端口电容最小化对爱伦坡的影响协议传输和接收信号。二极管阵列配置,如图4所示,可在表面包,它占用的空间最少的PCB。

图4。TVS二极管阵列设计ESD保护多个I / O端口

SD卡的相机获得的数据。我们建议一个电视二极管保护这一重要电路ESD的±30千伏。TVS二极管低泄漏电流在1µA降低功耗。

马达驱动

马达驱动块有一个锅和电动机电路位置倾斜相机跟踪运动。对于这个电路,我们建议控制组件、光孤立的固态开关。光学隔离防止电机噪声和瞬态耦合回盘和倾斜控制电路。固态开关提供bounce-free切换电机的平滑控制。寻找固态开关和零交叉开关减少电动机启动瞬变。同时,寻找与限流开关,防止停滞的运动条件。

无线监控摄像头

监控内部空间,无线监控摄像头都很小,很容易被放置在任何地方。参见图5为例无线摄像头。图6显示了一个框图无线摄像头和推荐的保护和控制组件的设备。

图5。与推荐保护组件示例无线摄像头

图6。无线摄像头的框图和推荐的保护和传感组件

适配器

USB适配器的电源无线摄像头。因为它连接到交流电源,USB适配器必须防止电流过载、电压瞬变。类似的电源适配器连接安全摄像头,USB适配器应该过电流保护的保险丝,雷击的MOV,和一个电视ESD保护二极管。

如果设计将使用一个USB c型协议,然后USB c型,高密度连接器需要热传感检测插脚之间的短。热敏感元件设计成符合USB c型设计将避免损坏电缆和连接器如果灰尘或污垢短裤邻插脚。指的是USB c型标准。²传感元件重置本身具有低电阻时导致气温上升的问题是纠正。

电池组

过电流的电池应该监控条件如果电池失败在卖空条件和过热。此外,电池管理单元和USB可以防静电。我们推荐一个复位保险丝,PPTC表面安装保险丝,防止过电流由于电池故障。PPTC保险丝将旅行在一秒200%过载,以防止一个做空电池造成损害多个电池。

电池管理单元和USB接口电路应该ESD保护。我们建议多层金属氧化物压敏电阻,夹紧低电压保护半导体组件。当储蓄PCB空间是一个重要的考虑因素,0402年版本的多层mov在节省空间的,表面包可以部署。

如果USB接口电路符合USB c型协议,然后热敏感元件与USB适配器的一个建议应该用于保护USB的交配USB插座电路。更多细节设计热感觉指标到USB c型电路在我们的设计和安装指南。³

控制委员会

控制委员会包含了数字电子技术,控制相机并保存视频数据。从瞬变和ESD控制董事会需要保护。对于这个电路,我们建议电视齐纳二极管,经受±30 kV罢工。TVS二极管,泄漏电流的0.5µA,画了一个最小的功率电路。二极管也占用少量的PCB空间,可以安置在0201表面装配包。

无线接口

无线接口与外部通信的无线设备,如电脑、智能手机、平板电脑和手机。因为这个电路是暴露在内部环境,容易ESD电路。在这种情况下,考虑一个聚合物静电抑制器。聚合物静电抑制器将从ESD保护电路罢工高达±15千伏通过空气和±8千伏从人类接触。此外,低电容的下0.2 pF不降低信号传输或接收。

门铃相机

有线门铃相机已成为一个非常受欢迎的产品遥视的游客。图7显示了一个示例门铃相机和图8显示了一个框图与推荐的保护和控制组件。

图7。例子有线门铃相机和推荐的保护和控制解决方案

图8。框图的有线门铃相机与推荐的保护和控制组件

供电单元

下台的供电单元接口从交流电源行交流电压,可以受到电流过载、电压瞬变如闪电引起的瞬变。与其他供应电路,保险丝会防止电流过载条件。防止电压瞬变的AC线,选择一个电视二极管可以吸收的瞬态功率高达4千瓦。考虑使用一个光隔离固态继电器控制权力和其他电路防止噪音和瞬态传播到下游的电线电路。

电池组

电池组提供后备电源控制板和用户界面。电池组及其亚基,电池管理单元和USB接口电路需要保护过流条件和瞬变推荐使用类似的组件相同的电路在无线摄像头。添加一个电视二极管将确保抑制电压瞬变和ESD罢工。与电池组在无线摄像头,我们建议热传感的USB接口电路,如果USB类型c协议是一个设计要求。

用户界面

用户界面是受委托人从人类接触。使用电视二极管从ESD保护用户界面。如果门铃相机将在欧洲市场上,您将需要包括一个开关激活门一致和相机之间遵守欧洲隐私法规。考虑使用固态继电器,消除机械继电器触点弹跳和代电磁干扰(EMI)。

控制板和无线接口

控制板和无线接口电路功能无线门铃相机一样的相机。这些电路的保护组件建议无线摄像头将适用于相同的电路门铃相机。

COVID-19大流行是影响安全摄像头的设计

一些保安摄像机制造商正在适应产生的“新常态”的生活COVID-19大流行。他们将红外热传感技术添加到相机的温度游客可以离散家庭或业务监控。温度测量可能成为未来智能家居安全系统的一个标准特性。随着安全摄像头越来越复杂的包括这方面的健康安全,结合适当的电路保护有助于开发更可靠和健壮的设备。

图9。安全摄像头添加热扫描监测体温COVID-19

适用的标准家庭安全摄像头

两个安全标准,如表1所示,定义需求的音频/视频通信技术设备和锂电池等电池。IEC 62368 - 1地址安全监控设备的要求;,第二个标准IEC 62311 - 2,规定要求,确保电池和锂电池的安全。锂电池的组装和操作不当会导致潜在的火灾;因此,监测这些类型的电池是必要的。未能遵守这些标准将导致重新设计工作和第二个提交认证标准组织。项目成本将增加和产品的介绍可以推迟。

表1。产品安全标准的监控摄像头

保护价值

包括保护和传感组件作为设计目标,将标准的兼容性在项目的早期,你可以经济有效地开发一个健壮和可靠的智能家居安全系统。当然,你的设计一直是一个性能和所有权的总成本之间的权衡。虽然某些技术可能比别人花费更多,其他因素可能表明,最低的总体拥有成本需要组件技术更高的成本。利用组件制造商的工程技术在选择保护、控制和传感组件。使用一个可信赖的供应商可以节省你的时间和资源。

可靠性和效率提高的声誉你的智能家居安全系统。高质量的名声会导致市场份额的增长和收入增长。导致提高盈利能力。

电路保护的更多信息,传感装置和组件选择标准,请参阅电路保护选择指南和传感产品选择指南Littelfuse的礼貌。

引用

1. 视频监控市场系统。MarketsandMarkets。2020年4月。
2. 通用串行总线c型电缆和连接器的规范。修订2.0。2019年8月。USB实现者论坛(USB)有限公司
3. USB数字温度指标c型电缆设计和安装指南。Littelfuse应用指南。2019年4月。

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