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作者：Art Pini

关键词：LDO，稳压器，电源稳压器

本文将介绍低压差稳压器的基础知识及其相对于传统线性和开关模式电源稳压器的关键特性。然后，介绍来自 Diodes Incorporated 的真正电阻器件及其用法。

现代电子设备正变得越来越小，越来越便携。智能手表、健身追踪器、安防系统和物联网 (IoT) 设备越来越多地采用电池供电。因此，这些设备需要高效率电源稳压器，能够从每次充电中炸尽每一毫瓦的功率，以确保设备工作更长的时间。此外，这些设备的总过温升必须极小。传统的线性稳压器和开关模式电源稳压器无法轻易地满足这些便携式设备的效率要求。此外，开关模式电源稳压器也会受到噪声和瞬态电压的影响。

低压差稳压器 (LDO) 是线性和开关稳压器系列的最新产品，通过其自身的极低压降运行，来提高效率并降低热耗散。LDO 类型众多，封装可以小到 3×3×0.6 mm，非常适合中低功率的应用。目前有输出电压恒定或可调的的版本，以及一些通过输出使能线路进行通断控制的版本。

什么是 LDO 稳压器？

电压稳压器的功能是在负载和源电压变化的情况下保持输出电压恒定。传统的电压稳压器电路采用线性或开关模式设计。LDO 稳压器属于线性稳压器，但在工作期间其输入和输出端之间的电压非常低。像所有的线性电压稳压器一样，LDO 基于反馈控制回路（图 1）。

LDO 稳压器通过电阻分压器检测输出电压，该分压器会缩放输出电平。输出电压经过缩放后施加到误差放大器上，然后比较基准电压。误差放大器驱动串联传输器件，以便在输出端保持理想电压。输入和输出电压之差即为压差，该电压出现在传输设备上。

在 LDO 中，串联传输器件的作用类似电压 – 可变电阻器。串联传输器件可以是 P 沟道金属氧化物半导体 (PMOS)、N 沟道金属氧化物半导体 (NMOS) 或者 PNP 双极晶体管。PMOS 和 PNP 器件可以驱动至饱和状态，从而最大限度地减少压差。在采用 PMOS 场效应晶体管 (FET) 的情况下，压差大约等于沟道导通电阻 (RDSON) 乘以输出电流。虽然这些器件各有优缺点，但事实证明 PMOS 器件的实施成本最低。Diodes Incorporated 的 AP7361EA 系列正输出 LDO 稳压器采用 PMOS 传输器件，能在 1 A 负载电流下实现 3.3 V 输出的压差约为 360 mV，且电压精度为 ±1%（图 2）。

压差与输出电流的函数关系图表明了每个温度下都有恒定斜率，说明其阻性特点。压差在一定程度上与温度有关，其电平随着温度升高而提高。请注意，LDO 的压差比传统的线性电源稳压器要低得多，后者的压差约 2 V。

请注意，图 1 所示的输出电容是以其固有的有效串联电阻 (ESR) 表示的，该值会影响稳压器的稳定性。所选电容器的 ESR 应低于 10 Ω，以保证在 -40° 至 +85°C 的整个工作温度内的稳定性。建议采用的电容器类型包括多层陶瓷电容器 (MLCC)、固态 E-CAP 以及数值超过 2.2 mF 的钽电容器。

静态电流 IQ 表示 LDO 在没有负载时消耗的电源电流。静态电流为 LDO 内部电路供电，如误差放大器和输出分压器。在电池供电型设备中，静态电流会影响到电池的放电率，而且通常情况下静态电流尽可能低。Diodes Incorporated 的 AP7361EA 系列的典型 IQ 为 68 mA。

AP7361EA 系列 LDO

AP7361EA 系列包括三种备选电路配置，如图 3 所示。

AP7361EA 系列分为输出电压恒定或可调的版本。恒压版本具有内部分压器，提供 1.0 V、1.2 V、1.5 V、1.8 V、2.5 V、2.8 V 或 3.3 V 的输出电压电平。输出可调器件需要用户提供外部分压器，且输出电压范围为 0.8 V 至 5 V。所有版本的输出电压精度规格为 ±1%，同时输入电压范围为 2.2 V 至 6 V。

恒压或输出电压可调版本可包含启用控制线 (EN)。AP7361EA 通过将 EN 引脚设置为高电平而开启，通过将其拉低而该器件关断。如果不使用这一功能，EN 引脚应与输入引脚 (IN) 绑定在一起，以保持稳压器输出一直处于开启状态。使能线路的响应时间约为 200 ms，用于开启，而其关断则用时约 50ms。

AP7361EA 器件的另一个与众不同之处是其封装。该器件可采用 U-DFN3030-8（E 型）、SOT89-5、SOT223、TO252 (DPAK) 和 SO-8EP 封装。

表 1 所示，以 AP7361EA 产品的不同版本为例进行了比较，包括恒压型 (AP7361EA-33DR-13, AP7361EA-10ER-13) 和可调型 (AP7361EA-FGE-7，AP7361EA-SPR-13)。

AP7361EA 系列器件都有短路和过流保护功能。如果输出电流超过电流限制（通常为 1.5A），短路和过流保护则具有 400 mA 的折返限流。当器件的结温上升到名义上的 150°C 时，就会发生热关断，而当结温下降到大约 130°C 时恢复工作。

负载和电源调整率

负载调节能力表示 LDO 在输出负载电流变化的情况下保持其输出电压的能力。这一特性对于电池供电型便携设备非常重要，因为控制器经常在不使用时关闭子系统。AP7361EA LDO 系列在输出电平为 1 V 至 1.2 V 时的最大指定负载调节率为 1.5%，输出为 1.2 V 至 3.3 V 时为 1%（图 4）。

负载调节率是最大输出电压变化与额定输出电压之比。在上例中，负载变化为 100 mA 至 500 mA 时，最大输出变化约为 5.0 mA。因此，负载调节率是 0.005/3.3 或 0.15%。

线路变化规定了每伏输出的源电压变化时的输出变化。AP7361EA 系列在室温下的最大电源调整率为 0.1%/V，在整个温度范围内为 0.2%/V。对于 3.3 V 输出，1 V 输入电平变化应该有小于输出电平变化，即标称 3.3 V 输出的 0.33%（图 5）。

图 5 显示了 LDO 的电源调整率。源电压在 4.3 V 到 5.3 V 之间变化，将导致输出电平发生 0.05% 或大约 1.65 mV 的变化。

请注意，在线路和负载变化条件下，说明了输出值从瞬态事件中迅速恢复。这一特点在便携式设备重启过程中非常重要，因为在重新启动消音电路之前，电源总线必须启动并发挥作用。

电源抑制比

作为线性电路，LDO 产生的噪声比开关模式电源 (SMPS) 或电源转换器要小得多。在许多应用中，在电路板上使用 LDO，但电源是 SMPS。由于 LDO 内的控制系统，它倾向于抑制来自输入电源的噪声和纹波。衡量这种噪声抑制的标准是电源抑制比 (PSRR)（图 6）。

如图 6 所示，PSRR 是根据输入的交流分量与输出的交流分量之比计算的。AP7361EA 系列的 PSRR 与频率有关，随着频率的增加而降低。1 kHz 时，PSRR 为 75 dB；10 kHz 时下降至 55 dB。75 dB 代表衰减超过 5600:1。1kHz 时的 10mV 纹波或噪声信号将被衰减至约 1.7 μV。

应用实例

图 7 所示为输出可调的 LDO 的典型应用。该应用包括一个与 AP7361EA-SPR-13 类似的输出使能以及一个外部输出分压器。

电阻分压器的电阻值可以用图 7 右下方所示的公式计算。R2 的值应保持小于 80 kΩ，以确保内部电压基准的稳定性。对于 2.4 V 输出，基准电压为 0.8 V，R2 为 61.9 kΩ，R1 为 123.8 kΩ。一个 124 kΩ、1% 的电阻就是所需的电阻。

结语

LDO 是线性稳压器，工作时输入和输出之间保持低压差并具有低静态电流。这种稳压器具有高功率效率、低噪音和小尺寸。这种稳压器特别适合电池供电型便携式设备，因为这种器件可以延长电池寿命并提高可靠性。

关键词: 保护, 继电器, 操作

问：继电器操作提示

继电器操作提示

• 在没有正常开关操作的情况下，对线圈使用连续、长期电流的继电器将由于线圈本身的发热而导致线圈的绝缘和特性发生恶化。对于这类电路，请使用磁保持型锁存继电器。如需使用单个稳定的继电器，请使用不易受环境条件影响的密封型继电器，并进行考虑到连接头故障或断开的可能性的故障安全电路设计。
• 进入线圈的电压应该是稳定的，无论是交流还是直流电压。诸如为线圈供电的电源或附近的设备等外部因素可能会发出噪声，这有时会导致锁存继电器的设置/复位脉冲时间出现问题。但每个继电器的规格都有所不同，因此请参考继电器的特定规格。如果包含纹波，则纹波系数应小于5%。
• 如果继电器有2个线圈，请勿同时给它们供电。连接极化继电器的线圈时，请查看内部连接图的线圈极性（+，-）。如果连接错误，可能会导致意外故障，如异常发热、火灾等，届时电路将无法工作。
• 如果线圈电压大于或等于最大额定连续电压，线圈可能会由于温度上升而烧毁或其层发生短路。此外，不要超过额定可用环境温度范围。可能需要根据环境因素和是否达到或接近最大值来应用降额系数。铜线的电阻/温度关系大约是每1℃增加0.4%，因此，线圈电阻会随着温度的升高而增加。

• 避免温度波动过大。当环境突然从高温和高湿的状态下降，或者继电器突然从低温环境转移到高温、高湿的环境时，会发生冷凝。冷凝会导致绝缘劣化、电线断开和生锈等故障。设备自身的热传导可能会加速设备本身的冷却，并可能发生冷凝。当高温发热部件靠近器件时，需要特别注意。
• 高温或高湿度水平，或在含有有机气体或硫化气体的环境中，可能会导致接触表面形成硫化膜或氧化膜，这可能会对功能产生干扰。
• 就使用的包装形式而言，应尽一切努力将水分、有机气体和硫化物气体的影响降到最低。硅物质来源（硅橡胶、硅油、硅密封胶、硅基涂料材料、硅基散热膏等）可能会释放挥发性硅气体（低分子硅氧烷等，称为排气），这种现象在封闭、高温、低压/真空或潮湿环境中尤为明显。在继电器（或其他开关机制）附近使用硅时，如果在有硅气体的情况下开关连接头会导致硅附着在连接头上，这可能导致连接头故障（硅气体可能通过塑料渗透到继电器内部，即使是塑料密封型继电器中也是如此）。在这种情况下，应使用不含硅的替代物料。或者，有时被称为“密封胶囊型”的密封型继电器是唯一一种在硅周围使用时可受到保护的继电器结构，因为它具有气密和密封特性。
• 当使用继电器在高湿环境中切换容易产生电弧的负载时，电弧产生的氮氧化物会与继电器外部吸收的水结合产生硝酸。这会腐蚀内部金属部件并影响操作。大多数继电器均避免在环境湿度为85%或更高的环境中使用（在20℃时）。
• 如果要使用自动焊接，请使用耐焊剂型或密封型。

(最大可切断1,000V DC 20A(串联连接触点时))

• 虽然环境密封型继电器（塑料密封型等）可以清洁，但应避免在焊接后立即将继电器浸入冷液水（如清洁溶剂）中，因为这样可能会降低密 (封性能。建议使用煮沸法进行清洁（清洁液的温度应不超过40℃）。避免使用超声波清洁继电器。超声波清洁可能会导致线圈断裂或连接头因超声波能量而轻微粘连。
• 在使用直流继电器（如继电器顺序电路、直流电机、直流离合器和直流电磁铁）切换感性负载时，应吸收浪涌（例如使用二极管）以保护连接头，这一点很重要。当这些感性负载被切断时，会产生几百到几千伏的反EMF（电动势或电磁场），这可能会严重损坏连接头或电路并大大缩短其使用寿命。如果这些负载中的电流相对较小（大约在1A或以下），反EMF将点燃辉光或电弧放电。放电会分解空气中的有机物，并在连接头上形成黑色沉积物（氧化物、碳化物），这可能导致连接头故障。
• 当温度低于0℃时，冷凝或其他水分可能会冻结“开启”开关，这称为“结冰”。这可能会导致诸如固定活动的连接头、操作发生延迟或连接头之间出现冰干扰等问题，而这些问题可能会干扰连接头的传导。
• 如果机械继电器连接头的开关与交流电源的相位同步，可能会出现电力寿命缩短、连接头焊接或因接触材料转移而导致锁定现象（不完全释放）。因此，在实际系统中操作继电器时，请进行检查。当使用定时器、微型计算机和晶闸管等驱动继电器时，可能会与电源相位同步。
• 作为指导，使锁存继电器设置或复位的最小脉冲宽度至少为每个产品设置时间或复位时间的5倍，并印加矩形波额定电压。另请验证操作。如果你无法获得至少为设置（复位）时间5倍的脉冲宽度，请联系我们。另外，有关电容驱动的问题，也请咨询我们。

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关键词: 电阻, 噪音

问：电阻的热噪声

电阻的热噪声

电阻的热噪声（或约翰逊噪声，或奈奎斯特噪声，或约翰逊-奈奎斯特噪声）是由构成电阻的原子内部和原子之间的电荷载流子的自 然随机运动产生的。无论组成如何，它在所有电阻中都是相等的，并且其均方根振幅由以下等式描述：

其中：

• Vn = 均方根噪声电压
• KB=玻尔兹曼常数=1.38 x 10-23
• T=绝对温度（°K）
• R=电阻值（Ω）
• B=测量噪声的带宽（Hz）

例如，在室温（300°K）下，1KΩ电阻在20Hz-20kHz的标准音频带宽上产生的噪声可计算为：

该数字表示直流电压的值，该电压将向电阻负载提供与所讨论的噪声信号相同的功率。电阻上出现的最大瞬时噪声电压幅值在严格意义上不受限制，因为它是由随机过程驱动的，但观察到峰值振幅超过某个值的可能性随着阈值的增加而降低。通常使用6.6倍均方根值的系数来估算峰间热噪声值；热噪声的瞬时值应等于或低于99.9%(时间)均方根值的6.6倍。

各种封装形式的通孔电阻（不按比例）

各种封装形式的表面安装电阻（不按比例）

热噪声通常也用噪声密度表示，方法是将带宽项带到上面等式的左侧：

结果通常以纳伏每平方根赫兹的单位表示，然后可以针对估计的工作温度（通常约300°K）进行计算，并用作与电路中其他噪声源（例如运算放大器的输入电压噪声）进行比较的基础。

电阻的噪声可以分为以下几种类型：

1. 热噪声：由于电阻器内部存在电子的热运动，导致电子在电阻器内部发生碰撞，产生随机的电压和电流波动，即热噪声。其噪声功率谱密度为常数。

2. 1/f噪声：指随着频率降低而噪声功率谱密度增加的噪声。其原因是电阻器内部存在许多缺陷，导致电子在这些缺陷处发生反射和散射，产生1/f噪声。

3. 互感噪声：当电阻器与其他电路元件连接时，由于存在互感作用，导致电阻器内部产生噪声。其噪声功率谱密度随频率增加而增加。

4. 外部噪声：指来自电源、信号线、天线等外部环境的电磁干扰和机械振动引起的噪声。

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作者：Don Horne

关键词：稳压器，SMPS，DC/DC转换器

选择合适的开关稳压器时，效率是最重要的选择依据。当今的微型设备应能以较小的尺寸实现可靠的电源。

能够通过产生稳定的电压来提供大量电流，是电子器件设计的一项基本要求。开关稳压器是产生稳定的电源电压和将电压升高或降低的必备器件。

开关稳压器有多种名称：转换器或开关、开关模式电源 (SMPS) 以及 DC/DC 稳压器或转换器。由于在满足更高效的高功率转换要求、能灵活地从单输入电压源获得稳定输出以及能适应不同极性的多路输出电压等方面具有优势，开关稳压器的受欢迎程度在持续上升。

最常见的开关转换器类型如下：

• 升压型：将输入电压升高，并在调节后输出
• 降压型：将输入电压降低，并在调节后输出
• 升降压：将输入电压升高或降低，可选择负极性
• 反激型：一种同时提供电隔离的升降压类型

恒压和可调节线性电压稳压器

多年来，电源设计一直依赖线性稳压器。事实证明，线性稳压器在提供连续的固定输出电压方面表现出色。除此之外，还有其他线性稳压器（如 LM317）具有调节功能。

常见的恒定和线性输出电压稳压器类型包括 78xx 正输出系列、79xx 负输出电压系列。这类稳压器可提供 5 V 至 24 V 的稳定输出。

线性稳压器不是开关模式电源。稳压器的优点是结构简单、成本低。稳压器的输出功率通常低于 10 W 且效率往往较低，因此会发热，但具有低噪音和低纹波特性。线性稳压器只能进行降压调节，而 SMPS 则可以利用降压、升降压器件对输入电压进行电压升高、降低和负向调节。

开关模式电源系统

大多数现代电视机、个人电脑、直流电机驱动器和功率放大器都需要先进高效的 SMPS 器件。这种器件利用半导体开关技术而不是标准的线性方法来提供输出电压。基本的开关转换器由功率开关级和控制电路组成。

SMPS 的功率耗散较低，通过在饱和“导通”和截止“关断”状态之间在内部对晶体管（或功率 MOSFET）进行开关操作，拥有了效率更高的优势。

降压开关稳压器

ROHM Semiconductor 的 BD9x 系列为设计人员提供了高效率 DC/DC 降压转换器，是需要高效率电源转换应用（包括汽车和工业设计）的紧凑型选择。BD9x 系列采用简化设计，减少了器件数量，从而节省了空间、减少了制造流程。该系列待机电流小，可延长便携式应用中的电池寿命，同时保持稳定的输出电压，以实现可靠的性能，例如 BD9A201FP4-LBZTL降压型开关稳压器（图 1）。

BD9E105FP4-ZTL 降压型开关稳压器（图 2）提供单路可调输出，是一款专为满足较低电压需求而设计的直流稳压器。凭借低导通电阻功率 MOSFET 和单同步降压 DC/DC 转换器，BD9E105FP4-ZTL 稳压器在轻负载条件下可实现最佳能效。这非常适合要求待机功耗最小的设备和装置。

该器件不仅瞬态响应特性良好，在电路板上的占用面积小，而且封装小巧、功率密度高，是冰箱和空调等家电产品、电信设备、适配器和二次电源设备的理想之选。

升压开关稳压器

MP3414AGJ-Z 升压开关稳压器提供可调输出，其外形纤薄，适合空间有限的表面贴装应用。该器件能在 -40°C ~ +125°C 的温度范围内轻松运行，并能从低至 1.8 V 的输入电压开始工作，同时提供浪涌电流和输出短路保护 (SCP)。

当需要具有输出断开功能的升压转换器时，必须能在保持高效率的同时以同步电流模式运行。此外，由于采用集成 P 沟道同步整流器提升了效率，因此无需外部肖特基二极管。MP3414A 关断时的输出断开功能可实现完全放电，同时在关断模式下的电流消耗小于 1 μA。

越小越好

使用 MP3414A 可以减少外部元件数量。该器件具有 1 MHz 开关频率，可使用小体积外部元件，同时其软启动功能最大限度地减少了外部元件数量。该器件可处理较大范围的电流负载。此外，集成功率 MOSFET 支持超过 3 A 的峰值开关电流，且输出电压达到 5.5 V。

这种多用途、大功率和小巧的外形非常适合此类单芯锂电池产品，包括两芯和三芯碱性、镍氢或镍镉电池。诸如 MP3414A 这样的升压转换器非常有助于无线外设、游戏配件、个人医疗设备和便携式媒体播放器。

这种技术发展迅速，而且产品外形越来越紧凑。与 SOP-J8 相比，采用 TSOT23 封装的 MP3414AGJ-Z 体积缩小了约 72%，从而大大减少了所需的板面积（图 3）。

降低功耗的同时，最大限度地提高效率

对小型化的需求是一种持续驱动力；同时，还需要保持可靠性和功率效率。BD9E202FP4-ZTL 降压型开关稳压器设计紧凑，提供可调输出和可靠的功率（图 4）。

也许有人认为，小型化意味着以牺牲负载能力或可靠的电力输送为代价，但事实并非如此。 BD9E202FP4-ZTL 不仅实现了高转换效率，而且还有助于降低功耗要求（图 5）。

通过提供较低的待机电流，电池供电型设备可将闲置时的功耗降至最低。此外，通过控制恒定导通时间，还可实现高效的轻负载运行。

用于 AC/DC 和 DC/DC 的反激式转换器

反激式转换器是一种包含反激式变压器的升降压转换器。既可用于 AC/DC 转换，也可用于 DC/DC 转换，且在任何输出与输入之间都实现了电隔离。此外，还具有电压比倍增功能，以及隔离的额外优势。

隔离式电源转换器有两种控制方案：电压模式控制和电流模式控制。为确保运行时的稳定，大多数情况下电流模式控制应占主导地位。

升降压型 DC/DC 转换器

升降压转换器是一种典型的 DC/DC 转换器，其输出电压幅值大于或小于输入电压。此外，这种转换器也可以产生负电压。这种转换器类似于反激式转换器，但不使用变压器，而是使用单个电感器。具体来说，升降压转换器由两种不同的拓扑结构组成，都能产生从大于输入电压到小至零的一系列输出电压。

DC/DC 电源有时被称为“斩波器”，包括一个升降压电路，可根据占空比的不同，用作升压或降压转换器。

结语

当今汽车和工业设计的高效电源转换离不开开关稳压器。随着当今的设计变得越来越紧凑小巧，对能够保持稳定功率水平的多功能高效器件的需求也空前高涨。

虽然开关稳压器可能有不同的名称——SMPS、DC/DC 转换开关、稳压器或转换器，但 ROHM 可为需要高效电源转换的各种应用提供多种紧凑型产品选择。

小编的话：

开关稳压器在电子系统设计中具有非常重要的价值，它不仅能够提供稳定、高效的电源转换，还具有小型化、多功能化的优势，广泛应用于多个领域。相信通过这篇文章，我们对开关稳压器的基本概念和类型，线性稳压器与SMPS的差异，以及ROHM公司的高效开关稳压器产品及其应用场景有了更多的了解。您对开关稳压器的相关设计和应用有哪些经验或问题？欢迎留言，分享交流！

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关键词：FPGA，评估套件，传感器

AMD Spartan™ 7 SP701 评估套件专为需要传感器融合的设计而构建，例如工业网络、嵌入式视觉和汽车应用。SP701 通过 Pmods 和 FMC 连接器实现了高 I/O 可用性和 I/O 扩展能力，使其成为了 Spartan™ 7 FPGA 用户的最大规模 IP 开发工具。随附的 XC7S100 FPGA 是 Spartan™ 7 系列中密度最高的器件。XC7S100 具有 102K 逻辑单元和 400 个 I/O 引脚，配备可扩展的连接能力和较高的处理能力，再加上其小巧尺寸，因而是边缘计算应用的理想选择。

产品特性

最大的 Spartan™ 7 器件，具有出色的性能和灵活性

• Spartan™ 7 XC7S100 FPGA
• 400 个可用 I/O 引脚，最大化连接性
• 借助成本优化的产品组合实现扩展

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关键词: 湿度, 传感器, 方案

问：湿度传感器的常见问题和解决方案

湿度传感器包含一个感测元件，用于测量湿度水平，并常常配备热电偶来测量温度。这些元件将数据转换为电信号并报告湿度水平，供用户在应用中使用。

TE电容式湿度传感器 HPP801A031

Amphenol电阻式湿度传感器 HS12SP

湿度传感器的常见问题和解决方案

• 温度波动： 选择可提供温度补偿的传感器，并尽量保持传感器环境的稳定。
• 校准： 定期校准传感器以保持准确性，即便是具有自动校准功能的传感器。使用可靠的校准标准，并定期进行手动检查。
• 污染： 保持传感器清洁，以防灰尘和污染物影响其性能。也可以使用盖子或防护罩。
• 偏移： 随着时间的推移，传感器的性能可能会出现偏移。需要定期检查和校准。选择具有可调校准的传感器，并按照厂商的指南操作。
• 极端条件： 请注意，传感器在极高或极低湿度下的效果可能不太理想。选择适合你的特定湿度范围的传感器，并在极端条件下进行校准。

关于湿度传感器的类型及限制，请查看

湿度传感器：类型、特点和准确测量的最佳做法 

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关键词: 保护, 工作原理, 选料

问：一次性熔断保险丝选型时，选择快断型（Fast-Acting）还是慢断型（Slow-Blow）

作为工程师，在面对保险丝选型时经常会遇到这样的问题，应该选择快断型（Fast-Acting）还是慢断型（Slow-Blow）呢？

下面针对这个问题提出一些具体的判断方法和实际示例：

一、判断依据：

二、选择步骤

1. 分析电路负载特性，比如是否存在浪涌电流？

例如：电机启动、电容充电、电源上电等场景会产生数倍于额定电流的瞬时电流。

2. 负载是否敏感？

例如：半导体器件（MOSFET、IC）需要快速切断过流以防止损坏。

3. 匹配熔断特性

有浪涌 → 选慢断型：避免浪涌导致保险丝误熔断。

无浪涌 → 选快断型：快速切断故障电流，保护敏感元件。

4. 验证I²t值

保险丝的I²t值（熔断能量）需大于浪涌电流的I²t值（确保保险丝在浪涌期间不熔断）。

三、具体示例

示例1：led驱动电路选型

假设工作电流：1A（稳定，无浪涌）

由于led属于敏感元件，需要快速响应过流或者短路。

选择快断型保险丝（比如C1F），额定电流1.5A（1.25~1.5倍工作电流）。

使保险丝在毫秒级内熔断，保护led。

示例2：电机控制电路

假设工作电流：2A（稳态）。

浪涌电流：电机启动时电流达15A（持续150ms）。

由于浪涌电流远高于稳态电流，保险丝需耐受短时过流。

选择慢断型保险丝（比如C1T），额定电流3A（1.5倍工作电流）。

使电机启动时15A电流持续150ms，保险丝不熔断；

若故障导致电流持续≥3A，保险丝在数秒内熔断。

四、总结

快断型 ：用于无浪涌、需快速保护的场景（如电子板卡、电池保护）。

慢断型 ：用于有浪涌、需容忍短时过流的场景（如电机、电源、逆变器）。

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作者：Shawn Luke，DigiKey技术营销工程师

关键词：边缘人工智能，自动化，嵌入式，传感器

从智能家居助手（如 Alexa、Google 和 Siri）到能够提示驾驶人员发生车道偏离的高级驾驶辅助系统 (ADAS)，世界依赖边缘 AI 为这些日益普及的重要设备提供实时处理能力。边缘 AI 在设备内直接使用人工智能，在数据源附近进行计算，而无需依赖远程数据中心的云计算。边缘 AI 带来了更低的延迟和更快的处理速度，降低了对持续互联网连接的依赖，同时减少对隐私方面的担忧。这项技术代表着数据处理方式的重大转变，随着对实时智能需求的增长，边缘 AI 具备在许多行业继续发挥其强大影响力的优势。 

边缘 AI 的最大价值在于它能为关键应用带来速度。与云/数据中心人工智能不同，边缘 AI 不会通过网络链路发送数据并期望获得合理的响应时间。相反，边缘 AI 是在本地（通常是在实时操作系统上）进行计算，擅长提供及时响应。对于要在工厂生产线上应用机器视觉，并在一秒内判断产品是否可以被分流的这类情况，边缘 AI 完全胜任。同样，您也不希望汽车发出的信号依赖于网络或云服务器的响应时间。

用于实时处理的边缘 AI

许多实时活动正在推动对边缘 AI 的需求。智能家居助手、ADAS、病人监护和预测性维护等应用都是该技术值得注意的应用。从对家庭问题的快速响应，到车辆车道偏离的提示，再到发送到智能手机的血糖读数，边缘 AI 提供了快速的响应，同时最大限度地减少了隐私方面的担忧。

相当长一段时间以来，我们已经看到边缘 AI 在供应链，特别是在仓储和工厂方面的良好表现。在过去十年中，运输行业的技术也有了长足的发展，例如可以穿越云层等条件完成导航的送货无人机。边缘 AI 也为工程师带来了巨大的好处，尤其是在医疗技术领域，这是一个至关重要的进步领域。例如，开发心脏起搏器和其他心脏设备的工程师可以为医生提供查找异常心律的工具，同时还能主动对设备进行编程，为何时寻求进一步的医疗干预提供指导。医疗技术部门将继续增加对边缘 AI 的使用，并进一步提高能力。

生成边缘 AI 模型

现在，日常生活中越来越多的系统都具有某种程度的机器学习 (ML) 交互功能，因此了解这个世界对于工程师和开发人员规划未来的用户交互至关重要。 

边缘 AI 的最大机遇是基于统计算法进行模式匹配的 ML。这些模式可以是感知到人的存在、有人刚对智能家居助手说了“唤醒词”（如 Alexa 或 ‘Hey Siri’）或电机开始晃动。对于智能家居助手来说，唤醒词是在边缘运行的模型，无需将语音发送到云端。它可以唤醒设备，让它知道是时候下达进一步的指令了。

生成机器学习 (ML) 模型有几种途径：要么使用集成开发环境（如 TensorFlow 或 PyTorch），要么使用 SaaS 平台（如 Edge Impulse）。建立一个好的 ML 模型的大部分“工作”是创建一个有代表性的数据集，并做好标记。

目前，边缘 AI 中最流行的 ML 模型是监督模型。这种模型基于带标签和标记的样本数据的训练，输出是已知值，可以检查其正确性，就像导师在批改作业一样。这种类型的训练通常用于分类工作或数据回归等应用中。监督式训练非常有用，准确度也很高，但它在很大程度上依赖于带标记的数据集，可能无法处理新的输入。

 

运行边缘 AI 工作负载的硬件

在 DigiKey，我们完全有能力协助实现边缘 AI，因为它们通常在单片机、fpga 和单板计算机 (SBC) 上运行。DigiKey 与顶级供应商合作，提供多代可在边缘运行 ML 模型的硬件。今年我们已经见证一些重磅新型硬件的发布，包括 NXP 的 MCX-N 系列，而且我们很快就会备货 ST Microelectronics 的 STM32MP25 系列。

在过去几年中，来自创客社区的开发板在运行边缘 AI 方面一直很受欢迎，包括 SparkFun 的边缘开发板 Apollo3 Blue、AdaFruit 的 EdgeBadge、Arduino 的 Nano 33 BLE Sense Rev 2 以及 Raspberry Pi 4  或 5 型。

神经处理单元 (NPU) 在边缘 AI 领域的应用越来越广泛。神经处理单元是一种专用集成电路，旨在加速基于神经网络的 ML 和 AI 应用的处理速度。神经网络是基于人脑的结构，其中有许多相互连接的层和称为神经元的节点，用于处理和传递信息。正在开发的新一代 NPU 具有专门的数学处理功能，包括 NXP 的 MCX N 系列和 ADI 的 MAX78000。

我们还看到了用于边缘设备的 AI 加速器，这一领域尚待定义，早期值得关注的公司包括 Google Coral 和 Hailo。

ML 传感器的重要性 

带有 ML 模型的高速相机在供应链中发挥作用已有相当长的时间。它们已被用于决定诸如仓库中的产品发送到哪里等类似的事务，或在生产线上发现有缺陷的产品。我们看到，供应商正在开发低成本的人工智能视觉模块，这些模块可以运行 ML 模型来识别物体或人。   

尽管运行 ML 模型需要嵌入式系统，但仍会有更多产品作为支持 AI 的电子元件而不断推出。这包括支持 AI 的传感器，也称为 ML 传感器。虽然为大多数传感器添加一个 ML 模型并不会提高它们的应用效率，但有几类传感器可以通过 ML 训练大大提高工作效率：

• 相机传感器，可开发 ML 模型来跟踪画面中的物体和人物
• IMU、加速计和运动传感器，用于检测活动情况

有些 AI 传感器预装了可随时运行的 ML 模型。例如， 用于感知人的 SparkFun 评估板就预编程人脸检测，并通过 QWiiC I2C 接口返回信息。有些 AI 传感器，如 Arduino 的 Nicla Vision 或 Seeed Technology 的 OpenMV Cam H7, 则更具开放性，需要针对所寻找的对象（缺陷、物体等）建立经过训练的 ML 模型。

通过使用神经网络提供计算算法，可以在物体和人员进入相机传感器视野时对其进行检测和跟踪。

边缘 AI 的未来

随着许多行业的发展和对数据处理技术的依赖，边缘 AI 将继续得到更广泛的应用。通过在设备层面实现更快、更安全的数据处理，边缘 AI 的创新将是深远的。我们认为在不久的将来会扩展的几个领域包括：

1.用于神经网络算法计算的专用处理器逻辑。

2.与云计算的巨大能耗相比，低功耗替代方案的进步。

3.更多集成/模块选择，如 AI 视觉部件，将包括内置传感器和嵌入式硬件。

随着 ML 训练方法、硬件和软件的不断发展，边缘 AI 已做好充分准备，将呈指数级增长，为众多行业提供支持。在 DigiKey，我们致力于走在边缘 AI 趋势的前沿，我们期待通过众多的解决方案、顺畅的互动、强大的工具和丰富的教育资源，为世界各地的创新工程师、设计师、建造者和采购专业人士提供支持，让他们的工作更加高效。如需了解更多边缘 AI 信息、产品和资源，请访问 DigiKey的相关页面。 

Shawn Luke 是 DigiKey 的技术营销工程师  。DigiKey 是全球公认的电子元件和自动化产品尖端商务分销领域的领导者和持续创新者之一，提供着来自 3,000 多家优质名牌制造商的 1,560 多万种元器件。

小编的话：

正如作者所言，边缘AI通过实现更快、更安全的数据处理，正在推动实时数据处理和自动化领域的创新和发展。而其未来的扩展创新将推动专用处理器逻辑的发展、低功耗替代方案的进步以及更多集成/模块选择的出现。可以预见，边缘AI将继续在多个行业得到更广泛的应用。您怎样看待边缘AI的创新对技术和产品生态的影响？您在进行相关系统的开发中有哪些经验或遇到哪些问题？欢迎留言，分享交流！

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作者：Jeff Shepard

关键词：led ，分流器，开发板

在智慧城市和工业 4.0 环境下，具有无线控制功能的 led 照明系统的使用越来越广泛，因为它带来了诸多好处，包括降低能源成本（相应地减少碳排放）、照明水平可控，以及因 led 灯具的更高可靠性和更长使用寿命而降低维护成本。为了实现最佳效果，这些 led 照明系统需要具有各种操作模式、传感和保护功能的照明控制器，还需要高效率和 90 至 300 伏交流电 (VAC) 的宽工作电压范围，以及高功率因数 (PF) 和低总谐波失真 (THD)。此外，完整配置系统还需要微控制器 (MCU)、数据集中器和无线收发器。从头开始设计无线 led 照明控制系统是一项多学科的任务，需要承担很大的风险，并可能延迟上市时间。

作为替代方法，设计人员可以使用预制的联网 led 照明控制开发平台。这些平台具有高能效、高 PF，以及全面的无线控制功能（开/关、调光和其他模式）和多个独立控制的 led 通道，提供最大的设计灵活性。此类平台包括支持低功耗蓝牙 (BLE)、Zigbee 和 6LoWPAN 等协议的无线通信模块。此外，开发环境也支持这些平台，包括可定制固件、Free RTOS 和各种用例。

led灯特性

智能 led 照明控制主要是控制每个灯串的 led 之间的交互，以优化灯具性能。它还包含智能电源转换，并扩展了功能以对多个灯具进行无线控制，包括硬件和软件，从而最大限度地提高街道照明和工业照明网络的性能。

典型的 led 灯具包括多个串联在一个或多个灯串中的 led。每个 led 的驱动电压约为 3.5 V。一个灯串通常包含 10 至 30 个 led，工作电压为 40 至 100 V，电流约为 0.35 至 1.0 A，具体取决于各个 led 的亮度（图 1）。

光源的亮度以流明 (lm) 为单位，其衡量人眼的视亮度，并考虑到眼睛对各种波长的可见光的敏感性。光源产生亮度的效率称为发光效率，测量单位为 lm/W。与其他常见的照明技术相比，led 具有更高的发光效率。然而，并非所有 led 都具有相同的发光效率，有些 led 的发光效率明显高于其他 led。此外，如果用更大的电流驱动，一个特定的 led 可以产生更多的光。

led 比其他照明技术更可靠，但它们并不完美。led 可能会出现故障，特别是在高性能灯具中由大电流驱动时，例如那些用于街道照明和工业照明的 led。led 故障可能是短路或开路。如果灯串中的一个 led 发生短路故障，该 led 会变黑，但灯串中的其余 led 继续工作。电流继续流经短路的 led，使其加热到可以成为开路的程度，导致整个灯串变暗。

分流 led

led 灯具设计师面临着在更小的灯具中提供更高亮度的挑战。这往往需要 led 在较高的温度下长期运行，可能导致 led 故障。尤其是预计工作寿命长达 15 年的路灯灯具。旁路分流器有助于满足对更高工作温度和延长寿命的矛盾要求。当一个 led 在开路状态下发生故障时，分流器会将该 led 旁路，保持灯串正常运行，因此灯串不会变暗，只有发生故障的 led 变暗（图 2）。

根据灯具设计的需要，分流器可用于绕过一个或两个 led（图 3）。如果一个 led 发生故障，绕过每个 led 可实现最小的亮度下降，而绕过两个 led 可以将分流器的数量减少一半，适用于对成本更敏感的解决方案。例如，onsemi 的 NUD4700SNT1G 可用于旁路灯串中的单个 led，如果 led 恢复工作或被更换，该分流器将自动复位。STMicroelectronics 的 LBP01-0810B 可以旁路 1 个或 2 个led，提高了设计灵活性并减少了零件数量。LBP01-0810B 还提供针对浪涌的过压保护，符合 IEC 61000-4-2 和 IEC 61000-4-5 标准。

智能街道照明

智能街道照明系统的设计人员可以借助 STMicroelectronics 的 STEVAL-LLL006V1 板来评估大功率 led 照明的选择（图 4）。集成的 HVled001A led 照明控制器包括各种工作模式、传感和保护机制，并使用 STP21N90K5 MOSFET 构建了一个智能而高效的电源转换器。该 led 驱动板使用 VIPER012LSTR 离线高压转换器 IC，提供 60 至 110 V 直流电输出，恒定电流为 0.7 A。为满足智能街道照明应用的需要，该驱动器的输入范围为 90 至 300VAC，PF 值超过 0.97，THD 低于 15%。嵌入式 SPSGRFC 亚千兆赫 (GHz) 收发器模块可用于接收开、关和调光命令，并将其发送到集成的 STM32L071KZ 微控制器。该收发器支持五级模拟调光。

开发工具

为了加快开发进程并突出 STEVAL-LLL006V1 评估板的功能，还提供了数据集中器单元 (DCU) 和 Android 移动应用程序。DCU 是在 NUCLEO-F401RE 平台上构建的集成评估环境。它包含一块 X-NUCLEO-IDS01A4 板，用于与 STEVAL-LLL006V1 进行亚千兆赫通信，还包含一块 X-NUCLEO-IDB05A2 板，用于与移动设备进行蓝牙通信。STMicroelectronics 还提供 6LoWPAN 智能街道照明移动应用，可用于组建智能街道照明控制器网，并评估网络功能。

工业 led 照明

互联的工业 led 照明解决方案可以使用 onsemi 的 LIGHTING-1-GEVK 互联照明平台进行原型设计。该开发平台具有无线控制功能，可选择使用离线 AC/DC 电源或可选以太网电源 (PoE)、led 模块和 led 驱动模块，以及将所有模块连接在一起的 BLE 连接模块。可用的控制选项包括使用 onsemi 的 RSL10 Sense and Control 移动应用或网络客户端。该开发平台包括 Free RTOS、带有可定制固件的 CMSIS-Pack 和几个用例，以开始探索使用互联工业 led 照明解决方案。

基础的 LIGHTING-1-GEVK 套件包括一个双 led 驱动器、带有两个 led 灯串的 led 板、一个 AC/DC 电源以及一个 BLE 通信模块（图 5）。另有一个 PoE 电源模块，可提供高达 90 W 的电力。套件中各种板的一些关键规格包括：

• 双 led 驱动器：包括两个 FL7760 led 驱动器，每个驱动器提供高达 25 W 的功率，效率高达 96%；4,000 步调光，可调低至 0.6%；遥测数据，包括每个 led 驱动器的电流和电压测量；以及一个可插拔 MCU 模块的接头，支持无线连接。
• led 板：双独立通道，每个通道有 16 个 led。一个通道的 led 额定亮度为 121 lm，另一个通道的 led 额定亮度为 95 lm，总可用亮度为 7,000 lm。
• AC/DC 电源：包括两个带 PFC 的 FL7740 初级侧调节反激式控制器，在 90 至 270 VAC的输入范围内工作，在 55 V 时输出 70 W 的电力，为 led 驱动板供电，PF 值超过 0.99，效率超过 91%。
• BLE 模块：互联照明平台使用三种 BLE 服务；照明控制服务由连接的设备用于远程读取和更改 led 的状态；遥测服务由连接的设备用于监测 led 驱动器中的电压和电流；PoE 供电服务提供关于 PoE 供电器对设备施加的 PoE 功率限制的信息。

扩展板

LIGHTING-1-GEVK 套件有两块扩展板，即 BLE-SWITCH001-GEVB 能量收集 BLE 开关，以及 MULTI-SENSE-GEVB 多传感器板（图 6）。led 的亮度可通过 BLE 开关控制。按住开关时，亮度增加。松开开关或达到最大亮度时，光强度保持不变。再按一次开关，亮度就会降低。多传感器板支持包括环境光传感器、环境传感器和/或惯性运动传感器的系统原型开发。

设计和部署选项

led 路灯和工业照明灯具引发了照明网络设计和部署的重新思考。与通常被其取代的技术不同，led 可调光，因而为设计智慧城市和智能工业 4.0 设施创造了机会，可整合各种因素，如交通/使用模式、当日时间，甚至还有一套传感器，以根据需要优化照明水平。

在智慧城市中，无线网状网络是自然的选择，而在工业 4.0 设施中，可以通过无线或以太网连接实现控制。以太网的好处是既能提供电力，又能实现通信。在这两种情况下，温度、湿度、甚至摄像传感器都可以集成到灯具中，以扩展其功能。此外，还可以监测灯具本身的运行状况，如内部温度、led 短路或开路以及其他因素，以帮助安排预防性维护并降低运营成本。

总结

如上所述，设计可靠高能效的互联 led 照明系统，要从灯具的设计开始。选择的 led 需要能够提供最佳亮度水平，而使用分流器可以显著提高灯具的可靠性和性能。在智慧城市和工业 4.0 设施中使用有线或无线连接的 led 照明，除了减少能耗，还能够降低持续的维护和运营成本。全面的开发平台可以帮助加快智能互联 led 照明解决方案的设计和部署。

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关键词: USB, 连接器, 电路设计

问：用于无缝设备集成的一体式 USB 集线器

对于所有在当今快节奏且互联互通日益紧密的世界中工作的技术爱好者和开发者而言，我们深知你们在管理多种设备、连接和工作流程时每天所面临的挑战。随着技术的不断发展，为满足现代需求，对多功能工具的需求也与日俱增。

如今，像微控制器、SD 卡、工业机器以及外部外设等 USB 供电设备的数量不断增加，在各种适配器和集线器之间频繁切换变得十分繁琐。此外，个人电脑上有限的 USB 端口进一步使工作流程复杂化，尤其是在需要高速数据传输或同时进行设备通信的情况下。

鉴于对这些挑战的深刻理解，我们设计了一款解决方案，既能简化您的工作空间，又能提高您的工作效率。这就是我们要推出的一体化 USB 集线器。

这款创新型集线器可将单个 USB 3.1 Type – C 端口扩展为多个接口：

• USB 端口 ：两个 USB 3.1 Type – C 端口和两个 USB 3.1 Type – A 端口，可实现多种设备连接。
• 卡槽 ：SD 卡和 Micro SD 卡槽，用于数据管理。
• 通信协议 ：UART/TTL、RS – 485 和 RS – 232 端口，支持 3.3V 和 5V 逻辑（可与多种设备配合使用），非常适合微控制器、传感器和工业设备。
  （此处插入一张图片，尺寸 1920×1080，大小 145KB）

关键组件

• 该设备的核心是 Microchip 公司的 USB5926CT 集成电路，它可将 1 个 USB 端口扩展为 6 个 USB 端口，并具备诸如高达 5 Gbps 的高速数据传输、电源管理等先进功能，且与不同的通信协议广泛兼容。
• 该设计还集成了 UPD350A USB Type – C 电源传输控制器，可确保对线缆和接口方向的正确检测。
• 此外，该集线器利用 CP2102N UART 桥实现 UART、RS – 485 和 RS – 232 通信。CP2102N 的输出通过 ADUM341 数字隔离器与 UART、RS – 485 和 RS – 232 电路隔离，确保设备安全。
• 对于 UART、RS485 和 RS232 在 3.3V 和 5V 之间的电压选择，我们使用 MIC2009 配电开关集成电路连接到 RFM-0505（一个 5V 直流 – 5V 直流转换器）。这种设置可在输入和输出电路之间提供电气隔离。
• 该集线器采用四层印刷电路板（pcb）制造，确保高速走线的精确布局，以提高性能和可靠性。

为封装 pcb，我们设计了定制外壳，并使用五颗 M3 螺丝进行组装。

这款 USB 集线器不仅功能多样、紧凑便携，而且支持所有主流操作系统，包括Windows、Mac 和 Linux。

如需了解该项目所需的所有资源，请查看这链接。

更多相关技术内容, 请参考下面帖子：

• 将带USB-C接口的手机连接到汽车辅助音频端口的最佳方法是什么？
• FTDI USB转串口产品兼容Windows 10
• USB Type-C连接器看着都一样，但选型中其实另有玄机……
• Swiveling USB 适配器
• USB充电验证/测试工具 
• USB 连接器防护罩（Hood）

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