一顆過零檢測(cè)IC如何將智能家電待機(jī)功耗降至0.01W？

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展與普及，Wi-Fi 等通信功能的配置也在加速。為了保證通信功能，所有的白色家電和黑色家電都需要始終處于通電狀態(tài)，因此待機(jī)功耗大大增加。另外，顯示器的大型化、高性能化和多功能化發(fā)展，需要設(shè)備搭載高性能微控制器，這也造成設(shè)備工作功耗的增加。目前，電機(jī)部分和電源部分的待機(jī)功耗改善工作已經(jīng)到達(dá)瓶頸，亟需開發(fā)出創(chuàng)新技術(shù)。

在白色家電的電路開發(fā)中，傳統(tǒng)上，工程師一般在降低功耗上會(huì)從 AC/DC、DC/DC 電源部分考慮，傳統(tǒng)的電源已經(jīng)從 3.6W 降到了 1.7W 左右，能耗降低接近 50%。但是再降低難度會(huì)比較大，在 2013 年，歐盟規(guī)定了 0.5W 待機(jī)功耗的標(biāo)準(zhǔn)。所以即使把 AC/DC 和 DC/DC 降得再低，也沒有辦法滿足 0.5W 的標(biāo)準(zhǔn)，因此羅姆放眼整個(gè)電源部分，看到電機(jī)輸入電壓檢測(cè)電路和過零檢測(cè)電路十年來都沒有改變，而且也沒有同行業(yè)公司在做相關(guān)方面的工作，因此，ROHM 從這方面入手，開發(fā)出無需光耦也可進(jìn)行過零檢測(cè)的 IC，來降低待機(jī)功耗，羅姆的 BM1ZxxxFJ 系列產(chǎn)品由此誕生。

解決光耦的三大問題，過零檢測(cè)IC讓待機(jī)功耗降至0.01W

為了有效地對(duì)電機(jī)和微控制器進(jìn)行控制，很多白色家電中都需要配置用來檢測(cè) AC（交流）波形的 0V 電位的過零檢測(cè)電路。在以往的過零檢測(cè)電路中，通常會(huì)使用光耦，其功耗約占整個(gè)應(yīng)用的待機(jī)功耗的 1/2。而且，光耦利用光學(xué)器件傳輸信時(shí)，存在時(shí)間延遲所造成的功率損耗問題，轉(zhuǎn)換效率也較差，另外，發(fā)光二極管存在樹脂等材料隨時(shí)間老化的問題，可靠性堪憂。

ROHM 半導(dǎo)體（北京）有限公司青島分公司經(jīng)理徐濟(jì)煒介紹，“BM1ZxxxFJ 系列新產(chǎn)品是能夠?qū)崿F(xiàn)過零檢測(cè)的 IC。由于無需光耦就可以進(jìn)行過零檢測(cè)，因此功耗極低，可將正常通電時(shí)的過零檢測(cè)電路的待機(jī)功耗降至 0.01W。另外，在驅(qū)動(dòng)應(yīng)用時(shí)，將以往使用光耦的過零檢測(cè)電路中隨 AC 電壓變化而波動(dòng)的延遲時(shí)間誤差降至±50μs 以內(nèi)。極低的待機(jī)功耗和極小的延遲時(shí)間誤差，使得即使在各國(guó)不同的 AC 電源電壓下，也可高效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了以往的過零檢測(cè)電路很難實(shí)現(xiàn)的高精度微控制器驅(qū)動(dòng)。而且，由于不再需要光耦，還可以降低經(jīng)年老化的風(fēng)險(xiǎn)，有助于提高產(chǎn)品的可靠性?！?/p>

在輸入 AC 過零時(shí)，一般要給 MCU 一個(gè)控制信號(hào)，當(dāng)延遲時(shí)間越長(zhǎng)，控制越不精準(zhǔn)，導(dǎo)致功率的損耗和控制誤差就會(huì)越大。通過光耦檢測(cè)電路和過零檢測(cè) IC 做了對(duì)比，數(shù)據(jù)顯示，光耦的檢測(cè)電路延遲的時(shí)間要比過零檢測(cè) IC 延遲的時(shí)間要大得多，而且它會(huì)隨著輸入電壓的變化而變化。

另外，過零檢測(cè) IC 可以輕松替換過零檢測(cè)電路，羅姆的新產(chǎn)品陣容強(qiáng)大，包括滿足普通整流方式和倍壓整流方式的產(chǎn)品，同時(shí)既有支持脈沖的觸發(fā)方式，也有支持邊緣的觸發(fā)方式，用戶可以實(shí)現(xiàn)輕松替換。如果傳統(tǒng)方式對(duì)延遲做了內(nèi)部軟件處理，在應(yīng)用 IC 時(shí)，也可以通過外部電阻調(diào)整延遲時(shí)間，這就保證了在軟件不變的情況下，也可以做輕松替換。

提高互聯(lián)網(wǎng)白色家電的可靠性

傳統(tǒng)光耦過零檢測(cè)電路目前在國(guó)內(nèi)家電市場(chǎng)大概有 13 億的規(guī)模。徐濟(jì)煒強(qiáng)調(diào)，“羅姆的過零檢測(cè) IC 是一個(gè)新產(chǎn)品，我們主要針對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)家電，也就是說對(duì)能耗方面有特別要求的產(chǎn)品，主要目標(biāo)是互聯(lián)網(wǎng)家電、具有 Wi-Fi 功能的家電、對(duì)能耗要求較高的高端家電?！?/p>

在使用光耦的情況下，隨著時(shí)間的推移亮度會(huì)降低，性能會(huì)下降，從而有發(fā)生故障的風(fēng)險(xiǎn)。此次的新產(chǎn)品無需光耦，因此不僅可降低故障風(fēng)險(xiǎn)，還可將 AC 電壓帶來的延遲時(shí)間誤差降至±50μs 以內(nèi)。在這樣的前提下，即使各國(guó)的電源電壓（100～230V）標(biāo)準(zhǔn)不同，也可有效地驅(qū)動(dòng)電機(jī)，成功實(shí)現(xiàn)了以往在過零檢測(cè)電路方面難以實(shí)現(xiàn)的高精度微控制器驅(qū)動(dòng)。

新產(chǎn)品支持的輸入電壓高達(dá) 600V，并且通過在輸出時(shí)分壓至微控制器的額定電壓以下的方式，可驅(qū)動(dòng)最大額定電壓為 5V 的常規(guī)微控制器。另外，還配備了“電壓鉗位功能”，可防止電壓超過 4.8V，在輸入電壓較高時(shí)可以保護(hù)微控制器。因此，適用于使用以空調(diào)等為對(duì)象的高壓驅(qū)動(dòng)電機(jī)的應(yīng)用，即使出現(xiàn)異常電壓，也能夠做到對(duì)微控制器的保護(hù)。

過零檢測(cè)評(píng)估板的demo展示

BM1Z002FJ-EVK-001 評(píng)估板正面

BM1Z002FJ-EVK-001 評(píng)估板背面

最后徐濟(jì)煒進(jìn)行了 BM1Z002FJ-EVK-001 開發(fā)板展示。

從上圖可以看出，過零檢測(cè) IC 評(píng)估板正面包括保險(xiǎn)線、X 電容，主電解電容、電感和輸出電容。在正面關(guān)聯(lián)的部分只有兩個(gè)部件，其中的兩個(gè)二極管是過零檢測(cè)電路的整流二極管。背面包括電源的整流部分、整流橋、電源 IC BM2P129、續(xù)流二極管、 LDO。

過零檢測(cè) IC 電路只包含七個(gè)部件，正面兩個(gè)整流二極管、整流后的限流電阻、過零檢測(cè) IC、IC 去耦電容和輸出上拉電阻，電路部件非常少，沒有傳統(tǒng)電路里面的光耦，待機(jī)功耗減小，老化問題得到解決，可靠性更高，整個(gè)電路的延遲時(shí)間更短。新的過零檢測(cè) IC 解決了傳統(tǒng)方案里面光耦電路帶來的三個(gè)問題，另外，過零檢測(cè) IC 比較小，有利于整個(gè)電源的小型化和集成化。