随着物联网的发展与普及,Wi-Fi 等通信功能的配置也在加速。为了保证通信功能,所有的白色家电和黑色家电都需要始终处于通电状态,因此待机功耗大大增加。另外,显示器的大型化、高性能化和多功能化发展,需要设备搭载高性能微控制器,这也造成设备工作功耗的增加。目前,电机部分和电源部分的待机功耗改善工作已经到达瓶颈,亟需开发出创新技术。

 

在白色家电的电路开发中,传统上,工程师一般在降低功耗上会从 AC/DC、DC/DC 电源部分考虑,传统的电源已经从 3.6W 降到了 1.7W 左右,能耗降低接近 50%。但是再降低难度会比较大,在 2013 年,欧盟规定了 0.5W 待机功耗的标准。所以即使把 AC/DC 和 DC/DC 降得再低,也没有办法满足 0.5W 的标准,因此罗姆放眼整个电源部分,看到电机输入电压检测电路和过零检测电路十年来都没有改变,而且也没有同行业公司在做相关方面的工作,因此,ROHM 从这方面入手,开发出无需光耦也可进行过零检测的 IC,来降低待机功耗,罗姆的 BM1ZxxxFJ 系列产品由此诞生。

 

解决光耦的三大问题,过零检测IC让待机功耗降至0.01W

为了有效地对电机和微控制器进行控制,很多白色家电中都需要配置用来检测 AC(交流)波形的 0V 电位的过零检测电路。在以往的过零检测电路中,通常会使用光耦,其功耗约占整个应用的待机功耗的 1/2。而且,光耦利用光学器件传输信时,存在时间延迟所造成的功率损耗问题,转换效率也较差,另外,发光二极管存在树脂等材料随时间老化的问题,可靠性堪忧。

 

 

ROHM 半导体(北京)有限公司青岛分公司经理徐济炜介绍,“BM1ZxxxFJ 系列新产品是能够实现过零检测的 IC。由于无需光耦就可以进行过零检测,因此功耗极低,可将正常通电时的过零检测电路的待机功耗降至 0.01W。另外,在驱动应用时,将以往使用光耦的过零检测电路中随 AC 电压变化而波动的延迟时间误差降至±50µs 以内。极低的待机功耗和极小的延迟时间误差,使得即使在各国不同的 AC 电源电压下,也可高效地驱动电机,成功实现了以往的过零检测电路很难实现的高精度微控制器驱动。而且,由于不再需要光耦,还可以降低经年老化的风险,有助于提高产品的可靠性。”

 

 

在输入 AC 过零时,一般要给 MCU 一个控制信号,当延迟时间越长,控制越不精准,导致功率的损耗和控制误差就会越大。通过光耦检测电路和过零检测 IC 做了对比,数据显示,光耦的检测电路延迟的时间要比过零检测 IC 延迟的时间要大得多,而且它会随着输入电压的变化而变化。

 

 

另外,过零检测 IC 可以轻松替换过零检测电路,罗姆的新产品阵容强大,包括满足普通整流方式和倍压整流方式的产品,同时既有支持脉冲的触发方式,也有支持边缘的触发方式,用户可以实现轻松替换。如果传统方式对延迟做了内部软件处理,在应用 IC 时,也可以通过外部电阻调整延迟时间,这就保证了在软件不变的情况下,也可以做轻松替换。

 

提高互联网白色家电的可靠性

传统光耦过零检测电路目前在国内家电市场大概有 13 亿的规模。徐济炜强调,“罗姆的过零检测 IC 是一个新产品,我们主要针对于互联网家电,也就是说对能耗方面有特别要求的产品,主要目标是互联网家电、具有 Wi-Fi 功能的家电、对能耗要求较高的高端家电。”

 

在使用光耦的情况下,随着时间的推移亮度会降低,性能会下降,从而有发生故障的风险。此次的新产品无需光耦,因此不仅可降低故障风险,还可将 AC 电压带来的延迟时间误差降至±50μs 以内。在这样的前提下,即使各国的电源电压(100~230V)标准不同,也可有效地驱动电机,成功实现了以往在过零检测电路方面难以实现的高精度微控制器驱动。

 

 

新产品支持的输入电压高达 600V,并且通过在输出时分压至微控制器的额定电压以下的方式,可驱动最大额定电压为 5V 的常规微控制器。另外,还配备了“电压钳位功能”,可防止电压超过 4.8V,在输入电压较高时可以保护微控制器。因此,适用于使用以空调等为对象的高压驱动电机的应用,即使出现异常电压,也能够做到对微控制器的保护。

 

过零检测评估板的demo展示

 

BM1Z002FJ-EVK-001 评估板正面

BM1Z002FJ-EVK-001 评估板背面

 

最后徐济炜进行了 BM1Z002FJ-EVK-001 开发板展示。

 

从上图可以看出,过零检测 IC 评估板正面包括保险线、X 电容,主电解电容、电感和输出电容。在正面关联的部分只有两个部件,其中的两个二极管是过零检测电路的整流二极管。背面包括电源的整流部分、整流桥、电源 IC BM2P129、续流二极管、 LDO。

 

过零检测 IC 电路只包含七个部件,正面两个整流二极管、整流后的限流电阻、过零检测 IC、IC 去耦电容和输出上拉电阻,电路部件非常少,没有传统电路里面的光耦,待机功耗减小,老化问题得到解决,可靠性更高,整个电路的延迟时间更短。新的过零检测 IC 解决了传统方案里面光耦电路带来的三个问题,另外,过零检测 IC 比较小,有利于整个电源的小型化和集成化。