隨著智能手機(jī)和智能家電的廣泛普及，如何降低待機(jī)功耗成為智能家居領(lǐng)域的重要挑戰(zhàn)。物聯(lián)網(wǎng)（IoT）設(shè)備的普及進(jìn)一步推動了設(shè)備間的互聯(lián)需求，但這也帶來了待機(jī)功耗的問題。為了保持設(shè)備的在線狀態(tài)，待機(jī)模式成為許多智能設(shè)備的默認(rèn)運(yùn)行模式。然而，長期處于待機(jī)狀態(tài)的設(shè)備往往會消耗不必要的能源，對能源效率和環(huán)保造成負(fù)面影響。

在2023年APEC展會上，Power Integrations發(fā)布了其創(chuàng)新的開關(guān)電源IC系列——LinkSwitch-TNZ，旨在為智能家居和家用電器提供更加高效的待機(jī)功耗解決方案。根據(jù)Power Integrations的介紹，LinkSwitch-TNZ不僅結(jié)合了離線電源轉(zhuǎn)換與無損過零檢測技術(shù)，還可選配X電容器放電功能，以滿足全球各地對待機(jī)功耗日益嚴(yán)格的監(jiān)管要求。

典型的智能家居設(shè)備，如智能開關(guān)和插座，不僅需要與電網(wǎng)保持連接，還需與智能手機(jī)等設(shè)備持續(xù)通信，因此待機(jī)功耗成了智能家居系統(tǒng)中的主要瓶頸之一。研究表明，許多家庭設(shè)備在待機(jī)狀態(tài)下消耗的能量可占總家庭能源使用的10%，并且這些設(shè)備在80%-90%的時間內(nèi)處于待機(jī)狀態(tài)，幾乎沒有實(shí)際功能輸出。例如，煙霧探測器雖然與交流電源保持連接，但其工作周期非常短，大部分時間都處于低功耗待機(jī)模式。此外，許多智能電器需要符合各國的能耗法規(guī)標(biāo)準(zhǔn)，如歐洲的EC 1275條例，對待機(jī)能耗有嚴(yán)格限制。這些標(biāo)準(zhǔn)推動了技術(shù)企業(yè)研發(fā)更為節(jié)能的待機(jī)功耗解決方案。

LinkSwitch-TNZ 系列：電源轉(zhuǎn)換增加了過零檢測和 X 電容放電

隨著智能家居設(shè)備的增多，降低待機(jī)功耗不僅關(guān)系到用戶的電費(fèi)支出，還與全球能源可持續(xù)發(fā)展目標(biāo)緊密相關(guān)。根據(jù)國際能源署（IEA）的數(shù)據(jù)顯示，全球家用電器和消費(fèi)電子產(chǎn)品的待機(jī)能耗預(yù)計每年將占全球總電力消耗的3%-4%。這意味著，通過改進(jìn)待機(jī)模式和引入更高效的能源管理方案，可以顯著減少碳排放，推動低碳經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。

解決待機(jī)功耗的核心在于提高設(shè)備的能效設(shè)計，尤其是對智能家居設(shè)備的電源管理進(jìn)行優(yōu)化。傳統(tǒng)待機(jī)模式下，設(shè)備會通過一部分功率來維持在線連接和后臺功能，如接收遠(yuǎn)程控制指令或定期更新狀態(tài)。這類待機(jī)狀態(tài)雖然便捷，但會耗費(fèi)大量不必要的能量。因此，諸如LinkSwitch-TNZ等新一代電源管理IC，通過高度集成的設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了待機(jī)功耗的極大降低，同時確保設(shè)備的實(shí)時通信和響應(yīng)能力。

未來，隨著5G、人工智能（AI）等技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，智能家居設(shè)備的互聯(lián)需求將更加復(fù)雜，功耗優(yōu)化將是產(chǎn)業(yè)發(fā)展的關(guān)鍵議題。除了電源IC的創(chuàng)新，智能家居系統(tǒng)還可以通過優(yōu)化傳感器設(shè)計、引入低功耗通信協(xié)議（如Zigbee、Thread等）、以及采用先進(jìn)的能源收集技術(shù)（例如太陽能或熱能回收）來進(jìn)一步減少待機(jī)功耗，通過智能化的能源管理系統(tǒng)，不僅可以實(shí)現(xiàn)家庭能源的高效利用，還可以為用戶提供更直觀的能源消耗數(shù)據(jù)，幫助用戶做出更加節(jié)能環(huán)保的使用決策。開關(guān)解決方案

在現(xiàn)代智能家居和家電設(shè)備設(shè)計中，提高能源效率并減少待機(jī)能耗已成為重要的目標(biāo)。待機(jī)狀態(tài)往往是能源浪費(fèi)的來源，因此減少待機(jī)能耗是設(shè)計中需要優(yōu)先考慮的問題。兩個常見的關(guān)鍵功能是交流過零電路和X 電容器放電。這些功能廣泛應(yīng)用于智能家居和家電設(shè)備中，但當(dāng)前的實(shí)現(xiàn)方式存在效率低下的問題。

交流過零電路用于在設(shè)備如 LED 燈中有效控制電流的流動。然而，現(xiàn)有的分立式交流過零電路常常帶來較高的能耗。這種傳統(tǒng)設(shè)計雖然普遍，但其效率并不理想，尤其是在待機(jī)狀態(tài)下。而X 電容器放電功能主要用于滿足電器的安全要求，通過電阻器泄放電荷。然而，這種方法在能量損耗方面同樣不盡人意。

在滿載情況下，交流過零和 X 電容器放電功能對效率的影響可能并不明顯。但在設(shè)備待機(jī)時，能耗問題便顯得尤為突出。這時，優(yōu)化這些功能以減少損耗變得至關(guān)重要。

LinkSwitch-TNZ的創(chuàng)新設(shè)計

Power Integrations 推出的 LinkSwitch-TNZ 提供了一種無損的過零信號檢測和 X 電容器放電解決方案。通過集成這兩個功能，該芯片能夠顯著減少能量損耗并提高整體效率。LinkSwitch-TNZ 采用了非隔離反激式轉(zhuǎn)換器架構(gòu)，這種設(shè)計不僅簡化了系統(tǒng)，還避免了使用自定義變壓器的需求，進(jìn)一步降低了成本和復(fù)雜性。

在許多現(xiàn)代智能家居應(yīng)用中，隔離電源已不是必需，因?yàn)樵O(shè)備外殼本身就提供了足夠的隔離保護(hù)。以智能墻壁開關(guān)為例，這類設(shè)備通常無需復(fù)雜的隔離設(shè)計，因此采用 LinkSwitch-TNZ 的非隔離解決方案既簡化了電路，又確保了可靠性和安全性。

繼電器與交流電的智能控制

許多智能設(shè)備，如開關(guān)、調(diào)光器、傳感器和插頭，使用繼電器或 TRIAC 來周期性地連接和斷開交流線路。在這種情況下，如何同步繼電器開關(guān)動作以減少電流浪涌是一個重要的挑戰(zhàn)。如果開關(guān)時機(jī)不準(zhǔn)確，繼電器可能會經(jīng)歷較大的浪涌電流，進(jìn)而縮短繼電器的使用壽命并影響設(shè)備的穩(wěn)定性。

通常，設(shè)計者使用分立電路來檢測交流線路的過零點(diǎn)，以此控制主要功率器件的開關(guān)時間，從而減少開關(guān)損耗和浪涌電流。然而，這種分立式設(shè)計不僅復(fù)雜，還增加了物料成本 (BOM)。Power Integrations 的 LinkSwitch-TNZ 則通過集成過零交流檢測功能，大幅減少了電路設(shè)計中的復(fù)雜性，提供了更經(jīng)濟(jì)有效的解決方案。

過零檢測在 VAC 通過 0 V 時提供邏輯信號。該信號用于通過繼電器或 TRIAC 同步開啟電源。通過在 VAC = 0 時切換，浪涌電流顯著降低。

過零檢測可顯著降低繼電器開關(guān)應(yīng)用中的浪涌電流

符合節(jié)能標(biāo)準(zhǔn)的設(shè)計

LinkSwitch-TNZ 的另一個優(yōu)勢在于它在輕負(fù)載狀態(tài)下的高效表現(xiàn)，尤其適合于待機(jī)模式的優(yōu)化。根據(jù)歐盟委員會 (EC) 標(biāo)準(zhǔn)，家用電器在待機(jī)或關(guān)閉模式下的功耗不能超過 0.5W。LinkSwitch-TNZ 的設(shè)計不僅能夠滿足這些嚴(yán)格的能效標(biāo)準(zhǔn)，還可以通過可選功能集成 X 電容器放電，用于處理高功率應(yīng)用，進(jìn)一步提升系統(tǒng)的整體性能和可靠性。

這種集成化的創(chuàng)新設(shè)計，既提升了能效，又降低了材料成本和電路復(fù)雜性，為智能家居和家電應(yīng)用提供了更加高效且可持續(xù)的電源解決方案。通常，x 電容器用于更高功率的設(shè)計。x 電容器通常是一個濾波電容器，出于 EMI 和 RFI 的原因，它直接連接在交流線路的兩端，從而最大限度地減少了噪聲。因此，隨著功率水平的提高，那些 x 電容器變得更大，泄放電阻器的影響要高得多。通常，電容器放電功能與電器更相關(guān)LinkSwitch-TNZ 開關(guān)模式電源 IC 允許對線路和負(fù)載進(jìn)行 ±3% 的調(diào)節(jié)，具有小于 30 mW 的外部偏置的空載功耗，以及小于 100 µA 的待機(jī)電流。