简单低成本的WIFI插座电源芯片-

简单低成本的WIFI插座电源芯片推荐WI-FI插座是最早的智能家居单品之一，第一代产品是2013年面世的，经历了几年产品一直不温不火，但随着亚马逊Echo智能音箱的热潮，WI-FI插座的产品也逐渐升温，目前还是以出口居多。相信随着天猫精灵音箱和京东叮咚音箱等智能音箱产品进入千家万户，WI-FI智能插座在国内也将会讯速普及起来。对比于从传统家电产品升级的智能家电产品而言，WI-FI智能插座的功能相对简单些，下图是WI-FI插座的结构框框图，主要包含电源、WI-FI模组、继电器和计量电路。WI-FI插座结构框图1mΩ图1WIFI插座结构框图WIFI插座在传统插座的基础上增加了WI-FI模组，通过WI-FI模组接入网络，从而使用户可以通过手机控制插座的开关，并可以在手机上显示接入插座的用电器的功率和用电情况，同时可以了解用电器的运行状态。加入计量电路还可以增加过载和过流保护功能，使家庭用电更加安全可靠。电路分析电源AC-DC:负责整个电源系统的供电，一般提供2组电源信号，分别是5V和3.3V，5V用于继电器和计量电路的供电，3.3V则用于WIFI模块的供电。现在WIFI插座上面的非隔离芯片主要有PI的LNK304/LNK306,MPS的MP150和MP174,昂宝的OB2222和OB2225，还有芯朋的PN8015和PN8016，他们的价格也基本上从高到低排列。Wi-fi模组:现在的WIFI模组一般用乐鑫的8266比较多，供电系统是3.3V，最大发射电流约200mA。计量电路:一般用于测量负载电器的用电量、功能等电能参数，现在在WIFI插座上使用的计量电路方案使用非隔离采样的方案比较多，因为非隔离采样方案是使用采样电阻(康铜电阻)进行信号的采样，这种采样方案会比互感器采样方案的体积小不少。继电器控制电路:继电器的目的是连接或断开接入负载电器，一般选用5V继电器，需要的驱动电流约30-50mA;市面常用方案对整个电路框架有了整体的了解后，其实就己经知道计量插座方案的电子核心部件：电源芯片和WIFI模块。下面我们就来看看非隔离采样方案和隔离采样方案的区别。图2非隔离采样方案上图是非隔离采样方案，可以看到，非隔离采样方案的外围电路非常简单，电流采样是以R6为主，计量芯片通过测量R6两端的电压来进行负载电流采样。R11-R14是将市电进行电阻分压，计量芯片通过测量C点的分压电压的大小进行负载电压采样，这种方案的元器件成本是最低的。图3隔离采样方案+5VR1839Ω/1WD21N4007R164.99KΩ/1%R174.99KΩ/1%C72.2uF/10VVCC1FB2SOURCE3SOURCE4DRAIN5U3MP1502.2uF/400VC9L11mH320mA8*10C8220nF/16VC121uF/50VD3US1J/600V.1AD11N4007R19620Ω100uF/16VC11C61nF/50VC233nfC433nfC10.1uFGNDGND+5VC533nFGNDVDD1V1P2V1N3V2P4GND5CF6CF17SEL8U1HLW8012P_CFR11470KR12470KR13470KR14470KR151KR41KR81KVI_CFR60.001Ω/2WSELGNDL信号采样方式:非隔离采样电路+非隔离电源132J1PlugACFemale132P1PlugACMaleNGRelay1继电器+3.3VR510KΩR1020KΩR710KΩR920KΩINT1/PWM1INT2/PWM2VDDVSSGPIO9013Q1R21KΩR310KΩR110KΩ+5VCPUGNDVin3GND1Vout2U2AMS1117-3.3C30.1uF+3.3V100uF/16VC10LNNLAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDAGNDESignalsamplingmethod:Non-isolatedsamplingcircuit电压信号采样电路电流信号采样电路ABC负载接口NOTE:1、该电路采样方式非隔离采样方式;2、该电路以N为参考电平，那么是N是0V，L对N的电压有效值是220V;3、A、B、C三点对参考地（N）的最大电压:A点电压30.9mV；B点电压=0V；C点电压495mV；4、只测量电流，不测量电压，PIN4和PIN3需要短接，不能悬空；5、PIN8引脚是输入选择PIN，输入高电平必须4.6V;6、电压采样信号选取4个0805封装的470K电阻，串联分压得到110mV交流电压输入至PIN4进行测；7、R6采样电阻的选择请参考文档说明；8、如果要以L做参考地，只需把图中的L和N全部对调，其它电路不用变动；C233nfC333nfC10.1uFGNDGND+5VVDD1V1P2V1N3V2P4GND5CF6CF17SEL8U1HLW8012P_CFR41KR81KVI_CFSELGNDL信号采样方式:隔离采样电路132J1PlugACFemale132P1PlugACMaleNGRelay1继电器+3.3VR610KΩR1020KΩR710KΩR920KΩINT1/PWM1INT2/PWM2VDDVSSGPIO9013Q1R21KΩR310KΩR110KΩ+5VCPUGNDLNESignalsamplingmethod:Isolatedsamplingcircuit电流信号采样电路AB负载接口L1N2OUT4GND3U2AC-DC+3.3VLN1122T1CurrenttransformerT2电流型电压互感器R161KΩC433nFR1750ΩR51ΩR1420KR1320KR1220KR1120KIN1OUT2U3DC-DC+5V电压信号采样电路GNDGNDGNDGNDR1520K上图是隔离采样方案，通过互感器T1和互感器T2将交流信号转换成计量芯片可以测量的信号。使用互感器的成本相对比较高，且体积也比较大。因为插座的空间体积小，对于大多数插座而言，互感器的体积较大，且要同时放下两个互感器非常困难，除非增大插座模具空间，但如果插座体积大，就不符合消费者的审美，所以现在市面上基本上都选用非隔离采样方案，而不选用互感器方案。选用非隔离方案还有一个最大的关键因素是成本相对于互感器方案而言，能低到2-4元。建议的电源方案非隔离AC-DC电源芯片降压电路，一般采用BUCK拓扑结构，常见于小家电控制板电源以及工业控制电源供电。其典型电路规格包含5V/0.5A、12V/0.5A和24V/0.5A等，满足六级能效要求。可通过EFT、雷击、浪涌等可靠性测试，可通过3C、UL、CE等认证。其特点是：电路简单、BOM成本低（外围元件数目极少：无需变压器、电感、光耦）,电源体积小、无噪音、发热低。非隔离电源芯片的应用电路也非常简单，因为各家的电源IC在内部结构原理上差别不大，所以应用电路也是基本类似的，下面就几种常用的非隔离电源AC-DC做个对表。型号PN8015OB2222MCPSY50281MP150LNK304封装SOP8SOP8SOT23-5SOT23-5SOP8驱动电流200mA200mA250mA200mA170mA价格低低中中高高表1电源芯片对比表从上表可以看出，PN8015和OB2222的性价比最高，所以建议在可以选用非隔离电源芯片PN8015或OB2222来做为WIFI插座的电源芯片。下图是以OB2222设计的应用电路方案图4OB2222电源电路下图是以SY50281设计的应用电路方案100uF/16VC4+5VR52KΩ/5%/1206FB1GND2C6CS4C5C7C8VDD3U1OB2222R410Ω/1WD21N4007/M7NLN2.2uF/400VC3R32MΩ/5%/1206R12MΩ/5%/1206R21Ω/1%/1206C24.7uF/25VL1500uH/9*12D3ES1JC11uF/25VD11N4007/M7LC50.1uF/50V图5SY50281电源电路下图是以PN8015设计的电源电路方案图6PN8015电源方案图7MP150电源电路图4、图5、图6和图7是OB2222、SY50281、PN8015和MP150的非隔离电源方案，从图4到图7可以看出，它们均采用的是同一种BUCK电路设计方案，使用的基本原理是一致的，以上电源方案上述电源芯片都可以满足WIFI插座设计需求，用户可以根据电源电路设计需求进行选择。+5VR52KΩ/5%/1206R010Ω/1WD21N4007/M7NLN2.2uF/400VC3R22MΩ/5%/1206R12MΩ/5%/1206R31Ω/1%/1206C22.2uF/25VL1470uH/9*12D3ES1JLC50.1uF/50VVSEN1VIN2GND3ISET4LX5U1SY50281R41Ω/1%/1206R718KΩ/5%/1206C447uF/16V/C1206R62KΩ/5%/1206+5VR1839Ω/1WD21N4007R164.99KΩ/1%R174.99KΩ/1%C72.2uF/10VVCC1FB2SOURCE3SOURCE4DRAIN5U3MP1502.2uF/400VC9L11mH320mA8*10C8220nF/16VC121uF/50VD3US1J/600V.1AD11N4007R19620Ω100uF/16VC11C61nF/50VVin3GND1Vout2U2AMS1117-3.3C30.1uF+3.3V100uF/16VC10NLAGNDAGNDAGNDAGND