【導讀】從機電到數字控製的轉變首先是通過現成的電子設備完成的——係統架構是圍繞 MCU
、分立晶體管和高壓雙向可控矽構建的。

從機電到數字控製的轉變首先是通過現成的電子設備完成的——係統架構是圍繞 MCU、分立晶體管和高壓雙向可控矽構建的。

家用電器的這場小型革命部分是由於減少能源和水的浪費以及提高易用性的需求日益增長而推動的。

隨著市場及其標準的化，性能和成本效率一直是家電製造商麵臨的挑戰。這改變了交流電源控製的麵貌。

在設計控製係統時，設計人員的目標是提高電氣抗擾度和魯棒性。IEC61000-4係列標準涉及與交流線路相關的EMC要求
，例如高壓浪湧、電氣快速瞬變突發和靜電放電。

該標準定義了電源控製板的抗擾度等級和標準
，並要求逐步提高家電係統的抗擾度和魯棒性。

例如
，在製冷設計中
，通過使用數字控製可以實現更好的食品保存和更高的壓縮機效率；機櫃溫度滯後可達 3 攝氏度，功耗預計可降低 20%。

洗衣機中的安全任務可以收集和分析電氣和洗滌參數，以避免洪水或缺水的風險。借助電源控製電路，可以發出停止加熱元件
、打開水閥或排水泵的命令。

圖 1：使用平麵交流開關消除了所有外部開關保護。

新興解決方案

在批電子板中，三端雙向可控矽開關元件滿足了緊湊性的需求。它比亞安培範圍內的繼電器小五倍，提供無EMI開關操作
、快速響應時間、數百萬開關周期可靠性和更低的功耗驅動。

為(wei)了(le)進(jin)一(yi)步(bu)簡(jian)化(hua)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)，對(dui)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)進(jin)行(xing)了(le)改(gai)進(jin)。取(qu)消(xiao)了(le)與(yu)標(biao)準(zhun)雙(shuang)向(xiang)可(ke)控(kong)矽(gui)並(bing)聯(lian)的(de)緩(huan)衝(chong)電(dian)路(lu)，設(she)計(ji)人(ren)員(yuan)隻(zhi)需(xu)關(guan)心(xin)根(gen)據(ju)負(fu)載(zai)關(guan)斷(duan)電(dian)流(liu)選(xuan)擇(ze)的(de)換(huan)向(xiang)參(can)數(shu)(dI/dt)c。

然而，雙向可控矽技術僅在其額定阻斷電壓 (Vdrm / Vrrm) 的範圍內才具有魯棒性。超過此限製
，過壓可能會造成開關不可逆的退化——不受控製的過壓觸發會在結點區域引起熱點。三端雙向可控矽開關元件必須使用外部抑製器進行保護。

圖 2：開關故障檢測器操作（頂部）可防止對設備造成災難性影響。

關鍵的限製是 IEC61000-4-5 標準中描述的電壓浪湧。通常需要 2kV 1.2/50μs 電壓電平。有兩種主要的保護方法可以抵抗這種 40 焦耳 (J) 浪湧：

夾緊。壓敏電阻等外部電壓抑製器吸收浪湧能量。

撬棍。三端雙向可控矽開關元件安全導通，浪湧能量消散到負載阻抗中。

三端雙向可控矽開關的救援新型受保護的三端雙向可控矽 開關

元件圍繞雙麵全平麵技術開發
， 具有出色的內置過壓魯棒性
，從而提高了係統可靠性。

當dang其qi端duan電dian壓ya超chao過guo雪xue崩beng電dian壓ya時shi
，開kai關guan會hui在zai撬qiao棒bang模mo式shi下xia安an全quan地di自zi觸chu發fa。電dian壓ya迅xun速su下xia降jiang到dao幾ji伏fu，過guo壓ya應ying力li轉zhuan化hua為wei流liu過guo開kai關guan的de電dian流liu。然ran後hou，平ping麵mian交jiao流liu開kai關guan在zai線xian路lu周zhou期qi結jie束shu時shi恢hui複fu其qi阻zu斷duan能neng力li。此ci行xing為wei符fu合he IEC60730 標準。

除了可靠性和設計簡便性的集成目標之外，ACS 交換機還實現了進一步的發展（上圖 1）。這款新型開關集成了柵極電平轉換器，使 MCU 邏輯電平驅動具有更高的電氣瞬態抗擾度。

例如，0.8A 開關可保證 500V/μs 的抗擾度
，是具有相同柵極靈敏度 (Igt= 10mA) 的等效 1A 三端雙向可控矽開關元件的 10 倍。

這樣就不需要任何噪聲抑製器，從而簡化了設計，並且整個控製可以滿足 IEC61000-4-4 標準。

在執行水閥開/關控製時，0.8A交流開關安全地承受關斷操作，通過鉗位吸收負載的感應能量。通過設計保證，開關能量能力通過高感性負載 28H 的嚴格測試得到證實。

ACS 開關的柵極結構在以前的三端雙向可控矽開關結構中是不可能的，它允許芯片的背麵保持電氣穩定：可以在單框架封裝中創建交流開關陣列，專用於洗碗機等設備的集中執行器驅動。

圖3：所示為交流開關過熱保護示例。

節能

電子控製通過消除啟動器泄漏的原因並提供更好的溫度控製來提高壓縮機效率。

啟動器是一個正溫度係數 (PTC)電阻器，由於存在漏電流
，因此會持續吸收 2.5W 的功率。如果固態交流開關在啟動後關閉 PTC，則可以消除這些損耗。

更平滑的溫度控製可將輸入平均功率降低20%，並將壓縮機的開關重複率提高50%。壓縮機 10 年使用壽命相當於 270,000 次開/關循環，這證明了固態技術的使用是合理的。

憑借 2kV 過壓魯棒性和 200V/微秒瞬態抗擾度，新型平麵三端雙向可控矽開關元件可提供所需的斷態可靠性（壽命的一半）。

與機電解決方案的係統成本類似，這使得冰箱或冰櫃能夠滿足 A+ 級消費標簽，確保更好的食品保存以及無火花和無電磁幹擾的運行。

更緊密的關聯

通過使用係統級封裝和電源平麵技術
，可以設想交流開關和電源控製器的微模塊組合。

由於ACS開關芯片背麵具有穩定的電壓

，因此可以將其放置在電源IC旁邊以實現故障檢測或過載過熱保護等新功能。

家用電器的安全性通過 UL 和 IEC 標(biao)準(zhun)得(de)到(dao)加(jia)強(qiang)。設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)監(jian)視(shi)交(jiao)流(liu)開(kai)關(guan)的(de)運(yun)行(xing)狀(zhuang)態(tai)並(bing)檢(jian)測(ce)故(gu)障(zhang)模(mo)式(shi)。靠(kao)近(jin)開(kai)關(guan)

，需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)檢(jian)測(ce)電(dian)路(lu)來(lai)感(gan)測(ce)交(jiao)流(liu)操(cao)作(zuo)。一(yi)些(xie)災(zai)難(nan)性(xing)負(fu)載(zai)和(he)設(she)備(bei)故(gu)障(zhang)可(ke)以(yi)被(bei)消(xiao)除(chu)。

此外，實現開關熱保護的能力開辟了防止過載效應的新方法。了解交流開關的熱狀態可以設計關斷保護。

因(yin)此(ci)，如(ru)果(guo)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)在(zai)終(zhong)裝(zhuang)配(pei)中(zhong)誤(wu)連(lian)接(jie)或(huo)在(zai)特(te)殊(shu)應(ying)力(li)下(xia)逐(zhu)漸(jian)損(sun)壞(huai)，開(kai)關(guan)能(neng)夠(gou)檢(jian)測(ce)到(dao)這(zhe)種(zhong)故(gu)障(zhang)。報(bao)警(jing)信(xin)號(hao)向(xiang)設(she)備(bei)控(kong)製(zhi)裝(zhuang)置(zhi)提(ti)供(gong)信(xin)息(xi)，從(cong)而(er)將(jiang)維(wei)護(hu)操(cao)作(zuo)限(xian)製(zhi)為(wei)更(geng)換(huan)電(dian)動(dong)執(zhi)行(xing)器(qi)而(er)不(bu)是(shi)整(zheng)個(ge)電(dian)子(zi)板(ban)。

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