智能插头，让电器更加智能
【导读】近年来，因插头功率过载而引发火灾的情况不在少数。据不完全统计，中国近10年发生的火灾中，约30%是由劣质插头引起的。此外因插头外露而导致孩童触电，引发生命危险的事故也频频发生。如何提高使用插头的安全性呢？这不得不引起大家的思考。
随着科技的飞速发展，电子产品智能化在逐步走进我们的生活，其中就包含着智能插头。这些智能产品可以使我们的生活和工作更安全、更舒适、更便捷。同时，也让我们更好的享受生活。那么，智能插头到底如何“智能”？
其实，智能插头就是将原有的普通插头接入到物联网平台之中，在保证原有的功能正常前提之下，使其带有联网的属性，方便用户可以远程控制智能插头，从而控制接在智能插头上的用电设备，降低引发危险的可能性并提高人们的生活质量。
智能插头的内部构造大致由电源转换、MCU控制、继电器、无线通信、外围保护电路等部分组成，其中无线通信，MCU控制的方案已经较为成熟，方案厂家基本上都会提供一套完整的方案供其开发。但是在电源供电，继电器控制和外围电路保护等电路都是需要硬件工程师们根据自己公司和实际应用场景来自行进行设计和开发的。
为此，东芝为了帮助客户可以快速地完成产品设计与研发，将产品快速推出，在电源供电、继电器控制以及外围保护电路方面提供了完整的电路方案参考。
图1 智能插头的结构组成
在电源方面，东芝针对智能插头的应用环境的不同和内部元件所需要的工作电压不同而推出了小型贴片式LDO稳压器，该LDO稳压器具有九个系列，包含四种特性，可以输出多种电压和电流，不仅可以胜任智能插头之中的直流电源需求，还可以将快速推进产品小型化的进程。
图2 LDO稳压器系列
在继电器控制方面依据控制电流的大小不同，东芝提出了四种解决方案，分别为机械式继电器的交流开关电路，光继电器的交流开关电路（小于0.3A），光伏输出光耦和MOSFET的交流开关电路（约0.3A至1A）与双向可控硅和双向可控硅输出光电耦合器的交流开关电路（1A或以上）。常用的为机械式继电器交流开关电路。
大家都知道，继电器控制的话是需要电流驱动的，因为普通控制器输出的电流一般是不能直接驱动继电器，同时，继电器内部构造一般都是由线圈，衔铁与金属触点等构成，在驱动其工作时会出现自感应电动势，如果不用续流二极管加以保护，很容易损坏控制电路，造成不可挽回的损失。东芝在此方案的驱动继电器与电路保护方面可谓是做足了功课。在驱动方面推荐采用小信号N沟道MOSEFT实现继电器的驱动。这里东芝推荐使用SSM3K36FS或SSM3K56FS。该MOSEFT封装都采用SOT-416封装，Vdss最大支持20V，导通电流分别为0.5A与0.8A。功率耗散均为0.15W，在4.5V时，RDS(ON)最大值分别为0.66Ω和0.235Ω。在电路保护方面，东芝推荐使用CRS系列肖特基二极管CRS03与CRS13，两种二极管均采用较小的S-FLAT?，有助于缩小PCB占板面积。CRS03的反向峰值电压最大为30V，适合应用在30V以下的电路之中，CRS13的反向峰值电压最大为60V，适合应用在60V以下的电路之中。二者最大正向平均电流均可以达到1A，可以很好的解决继电器的自感应电动势损坏电路的问题。
图3 机械式继电器交流开关电路
在小电流交流开关电路方面，东芝也有方案供其参考。在控制交流小于0.3A的用电设备时，可以采用东芝自研的光继电器TLP3549，其采用DIP8封装，具有良好的散热条件，同时具有最大0.6A的导通电流，控制电流最大为25mA，隔离电压为2500V，可以较好的保护后级电路不受强电损坏。
图4 光继电器交流开关电路
在控制0.3A-1A的交流用电器时，可以参考东芝推出的光耦与MOS组合实现的交流控制电路。这里东芝推荐采用TLP系列光耦TLP3906与TLP3910。TLP3906采用SO6封装，TLP3910采用SO6L封装，均可以减少PCB尺寸，同时，其控制电流最大均为30mA，功耗却低至12μA。在隔离方面，TLP3906的隔离电压最大可以达到3750V，爬电距离最小可以达到5mm，而TLP3910的隔离电压最大可以达到5000V，爬电距离最小达到8mm。
图5 光伏输出光耦和MOSFET的交流开关电路
在1A以上电流的控制时，可以采用东芝双向可控硅输出光耦实现的交流开关电路控制。双向可控硅输出光耦可采用TLP265J、TLP266J、TLP267J和TLP268J，这四种可控硅输出光耦均采用4pin的SO6封装，在降低PCB大小的同时，还支持引脚兼容。其VDRM均为600V，TLP265J与TLP266J的最大IFT为10mA，TLP267J和TLP268J的最大IFT为10mA，IT(RMS)均为70mA，同时隔离电压均为3750V。
图6 双向可控硅输出光耦的交流开关电路
在电路保护方面，由于智能插头需要被人们所接触，难免会遇到静电方面的影响，东芝在电路保护这方面考虑的十分周到，并为客户提供了多种参数的TVS二极管来实现不同电路的保护方案供其参考。
这里东芝主要推荐采用DF2B系列TVS二极管，具体型号为：DF2B7ASL、DF2B5M4SL、DF2B6M4SL与DF2B6M4BSL。该系列二极管具有SOD-962小型封装，具有四种ESD电压防护等级，以及3.6V与5.5V两种反向工作峰值电压。最小结电容仅为0.2pF，可以减少对保护电路的信号传输影响。
图7 外围保护电路
东芝半导体在电路方案的研究与半导体产品的研发都具有十分丰富的市场经验。推出的方案都极具参考价值并且可以快速帮助客户进行电路设计，为客户排忧解难并助力客户快速的将产品推出，占领市场先机。
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