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开发强大的运动探测器不必是移动的目标

2021年2月23日经过Ryan Sheahen,Littelfuse

本文讨论了一些用于确保运动探测器设计的概念,可以通过呈现红外探测器组件来大大减少零件计数并提高产品性能和可靠性,从而对外部干扰具有鲁棒性。

智能房屋和建筑物受益于智能技术,使它们更加方便,更安全和节能。图1显示了可用于房屋和建筑物的广泛产品。这些产品可以由其家中的消费者自动监控和控制,并建立管理人员。

一种结合便利,安全性和节能的产品是红外运动检测器。红外运动探测器在某个区域内感应占用率,然后可以激活照明,HVAC系统或警报。如果运动探测器提供安全功能,则需要每周7天每天24小时可靠地操作。

图1。智能设备,可在家庭和建筑物中实现安全性,便利性,安全性和有效的能源管理

由于可靠的性能和低成本的结合,被动红外技术是运动感测的领先技术。该市场的健康复合年增长率超过13%,预计2025年将超过$ 3.5 B1。推动增长的因素包括:

  • 使用监视对安全的住宅需求
  • 通过无线连接和IoT网络降低安装成本
  • 政府节能计划正在公共和商业部门采用
  • 不断增长的市场为新的创新设计提供了机会

保护,控制和传感组件

由于被动红外运动探测器用于内部监测或室外监测,因此这些产品必须适合环境干扰。如果探测器由AC线提供动力,则必须能够承受当前的过载和电压瞬变,这些瞬变可以在交流电源线上传播。除了电路保护外,有效的控制和可靠的传感性能对于拥有优质产品至关重要。

图2显示了一个示例红外运动检测器,并指示了提高产品可靠性和性能的建议保护,控制和传感组件。

一个示例被动红外运动探测器,显示了建议的保护,控制和传感组件

图2。一个示例被动红外运动探测器,显示了建议的保护,控制和传感组件

在图3中,我们显示了一个被动红外运动检测器的框图,并显示了在哪些电路中放置建议的保护,传感和控制组件。我们将讨论推荐组件的每个块。

被动红外运动检测器的框图显示了推荐组件所在的电路

图3。被动红外运动检测器的框图显示了推荐组件所在的电路

AC/DC功率阶段

AC/DC功率阶段为其他电路块提供了直流电源。该电路与交流电源线接口,并受到过电流的潮流和过电压瞬变。过电压瞬变和当前的潮流可能是由雷击,电动机转机和关闭的电感尖峰以及电源线电压变化的瞬变引起的。

在这些潜在的干扰方面,我们建议将金属氧化物变种(MOV)作为AC/DC功率板板的第一道防线。将MOV定位为靠近电路上AC电压的入口,以最大程度地减少电路板上AC线瞬变的传播路径。选择具有这些特征的MOV:

  • 安全吸收高达10 ka的峰值电流或150 J的脉冲能量,以保护下游电路免受雷击
  • 低夹压电压不会损坏下游电路
  • 一个工作温度范围,以确保组件将在检测器的指定环境范围内运行(带有酚涂层的MOVS版本可以安全运行至125°C)
  • 通过全国认可的标准实验室减少资格时间的UL-或IEC认可

在AC/DC功率阶段的输出中,我们建议您使用瞬态抑制器(TVS)二极管进一步保护电源上的所有负载电路。TVS二极管将最大程度地减少各种负载电路中功率组件的瞬态应力。电视二极管为电路保护提供了这些好处:

  • 高达600 W的峰值脉冲功率或100 A的峰值电流的吸光度
  • ESD保护可以高达30 kV,可以在空中打击或直接接触
  • 超过1 ps的超快速响应对瞬态
  • 夹紧电压低至10 V的版本
  • UL或IEC组件识别

如图4所示,电视二极管可以是双向的,一个包装中的两个二极管或单向二极管,一个单个二极管。除保护功能外,电视二极管还消耗了少量功率。在正常的无干扰操作中,该组件在1 µA下绘制。最后,可用于保护PC板房地产的电视二极管的表面安装版。

双向和单向电视二极管,以防止ESD和其他电瞬变

图4。双向和单向电视二极管,以防止ESD和其他电瞬变

运动传感器和MCU

被动红外检测器的主要元素是红外辐射传感器和微控制器单元。请注意,可以使用完整的软件包,其中包括传感器,镜头和微控制器单元(见图5)。完整的包裹提供:

  • 由于传感器直接连接到微控制器芯片,因此设计的材料清单还原。
  • 一个微控制器,其中包含用于检测和处理电子的完整设计所需的所有电路。微控制器包含CPU,RAM,计时器,比较器,A/D转换器,通信接口和传感器的固件。
  • 两元素或四元素传感器,结合镜头可以为不同的视野提供许多选择。
  • 与典型的电解电容器使用相比,允许使用较低成本和较小的陶瓷电容器的设计,这些电容器具有较高的泄漏和较短的产品寿命
  • 提供敏感性,范围和检测管理领域的高级运动检测器算法
  • 微控制器的灵活性允许实现用户定义的应用程序功能

为了节省功率,请查找在未检测到运动时具有低功率模式的组件。图6显示了一个示例红外运动检测器包。组合包装与较少组件和没有电解电容器的组合可提高总体产品可靠性,节省PC板空间并降低成本。

组合镜头,传感器和微控制器组件的框图

图5。组合镜头,传感器和微控制器组件的框图

一个示例镜头传感器 - 微控制器红外运动检测器组件。这个组装来自Zilog。镜头和传感器位于板上。微控制器在传感器下方。

图6。一个示例镜头传感器 - 微控制器红外运动检测器组件。这个组装来自Zilog。镜头和传感器位于板上。微控制器在传感器下方。

警报

当红外传感器检测到适当的运动时,警报电路会激活。该电路通常会驱动闪烁的LED灯或LED灯和扬声器的组合。警报电路将需要一个控制组件来为外部设备提供电力。考虑芦苇继电器或固态继电器,这两者都将提供从低功率逻辑电路的高功率驱动器的电流隔离。固态继电器为输出驱动触点提供更长的寿命,而芦苇继电器可提供较低的功耗。

芦苇继电器有紧凑的单式包装。您还可以使用内置的后部EMF抑制器二极管获得芦苇继电器,以保护线圈驱动电路和磁性屏蔽选件,以防止线圈EMI进入控制电路。此外,REED继电器接触的寿命比常规机电继电器更长,并且它们相对不受环境温度的范围。

固态继电器在输入LED和输出光电探测器晶体管之间进行光学对控制。固态继电器可以在输入和输出之间具有多达1500 VRMS的隔离。许多人旨在通过逻辑消除EMI/RF的生成,该逻辑在零电压交叉处启动切换。固态继电器的版本可以具有低于1 µA以下的较低状态输出泄漏电流,以最大程度地减少功耗。它们有节省空间的表面套件。

您选择的驱动器组件将取决于确保触点或输出对将要使用的输出类型具有足够的驱动能力。尺寸,功耗和成本将是您需要考虑选择驱动器组件的其他因素。

被动红外运动探测器的安全标准

表1列出了您的设计需要符合的关键标准,以便可以认证并获得市场接受。作为开发项目的一部分,遵守这些标准将减少认证成本并减少认证时间。遵守IEC标准将允许在全球所有地区销售您的产品。

表1.由被动红外运动探测器管理安全性和最低操作要求的标准

可靠,可靠的设计可以具有低组件计数和低开发成本

对于红外探测器设计,强大的设计仅需要几个保护组件。您可以利用镜头/传感器/微控制器软件包来减少零件计数并最大化产品可靠性。确保将标准合规性作为开发项目的重要组成部分,以节省认证时间和成本。我们建议您利用制造商的应用专业知识,以节省选择和控制组件的时间,并节省大量的设计时间。制造商还可以提供有关哪种标准适用于设计的指导,并提供有关如何确保合规性的指导。这些建议将帮助您实现强大,可靠的设计,从而导致较少的现场故障和更具成本效益和有利可图的产品。

参考

1.)占用传感器市场。市场和市场。2020年7月。

参考文献

要了解更多信息,请下载建筑自动化申请指南电路保护选择指南,由Littelfuse,Inc。提供

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