随着智能手机和智能家电的广泛普及，如何降低待机功耗成为智能家居领域的重要挑战。物联网（IoT）设备的普及进一步推动了设备间的互联需求，但这也带来了待机功耗的问题。为了保持设备的在线状态，待机模式成为许多智能设备的默认运行模式。然而，长期处于待机状态的设备往往会消耗不必要的能源，对能源效率和环保造成负面影响。
在2023年APEC展会上，Power Integrations发布了其创新的开关电源IC系列——LinkSwitch-TNZ，旨在为智能家居和家用电器提供更加高效的待机功耗解决方案。根据Power Integrations的介绍，LinkSwitch-TNZ不仅结合了离线电源转换与无损过零检测技术，还可选配X电容器放电功能，以满足全球各地对待机功耗日益严格的监管要求。
典型的智能家居设备，如智能开关和插座，不仅需要与电网保持连接，还需与智能手机等设备持续通信，因此待机功耗成了智能家居系统中的主要瓶颈之一。研究表明，许多家庭设备在待机状态下消耗的能量可占总家庭能源使用的10%，并且这些设备在80%-90%的时间内处于待机状态，几乎没有实际功能输出。例如，烟雾探测器虽然与交流电源保持连接，但其工作周期非常短，大部分时间都处于低功耗待机模式。此外，许多智能电器需要符合各国的能耗法规标准，如欧洲的EC 1275条例，对待机能耗有严格限制。这些标准推动了技术企业研发更为节能的待机功耗解决方案。
LinkSwitch-TNZ 系列：电源转换增加了过零检测和 X 电容放电
随着智能家居设备的增多，降低待机功耗不仅关系到用户的电费支出，还与全球能源可持续发展目标紧密相关。根据国际能源署（IEA）的数据显示，全球家用电器和消费电子产品的待机能耗预计每年将占全球总电力消耗的3%-4%。这意味着，通过改进待机模式和引入更高效的能源管理方案，可以显著减少碳排放，推动低碳经济的发展。
解决待机功耗的核心在于提高设备的能效设计，尤其是对智能家居设备的电源管理进行优化。传统待机模式下，设备会通过一部分功率来维持在线连接和后台功能，如接收远程控制指令或定期更新状态。这类待机状态虽然便捷，但会耗费大量不必要的能量。因此，诸如LinkSwitch-TNZ等新一代电源管理IC，通过高度集成的设计，实现了待机功耗的极大降低，同时确保设备的实时通信和响应能力。
未来，随着5G、人工智能（AI）等技术的进一步发展，智能家居设备的互联需求将更加复杂，功耗优化将是产业发展的关键议题。除了电源IC的创新，智能家居系统还可以通过优化传感器设计、引入低功耗通信协议（如Zigbee、Thread等）、以及采用先进的能源收集技术（例如太阳能或热能回收）来进一步减少待机功耗，通过智能化的能源管理系统，不仅可以实现家庭能源的高效利用，还可以为用户提供更直观的能源消耗数据，帮助用户做出更加节能环保的使用决策。开关解决方案
在现代智能家居和家电设备设计中，提高能源效率并减少待机能耗已成为重要的目标。待机状态往往是能源浪费的来源，因此减少待机能耗是设计中需要优先考虑的问题。两个常见的关键功能是交流过零电路和X 电容器放电。这些功能广泛应用于智能家居和家电设备中，但当前的实现方式存在效率低下的问题。
交流过零电路用于在设备如 LED 灯中有效控制电流的流动。然而，现有的分立式交流过零电路常常带来较高的能耗。这种传统设计虽然普遍，但其效率并不理想，尤其是在待机状态下。而X 电容器放电功能主要用于满足电器的安全要求，通过电阻器泄放电荷。然而，这种方法在能量损耗方面同样不尽人意。
在满载情况下，交流过零和 X 电容器放电功能对效率的影响可能并不明显。但在设备待机时，能耗问题便显得尤为突出。这时，优化这些功能以减少损耗变得至关重要。
LinkSwitch-TNZ的创新设计
Power Integrations 推出的 LinkSwitch-TNZ 提供了一种无损的过零信号检测和 X 电容器放电解决方案。通过集成这两个功能，该芯片能够显著减少能量损耗并提高整体效率。LinkSwitch-TNZ 采用了非隔离反激式转换器架构，这种设计不仅简化了系统，还避免了使用自定义变压器的需求，进一步降低了成本和复杂性。
在许多现代智能家居应用中，隔离电源已不是必需，因为设备外壳本身就提供了足够的隔离保护。以智能墙壁开关为例，这类设备通常无需复杂的隔离设计，因此采用 LinkSwitch-TNZ 的非隔离解决方案既简化了电路，又确保了可靠性和安全性。
继电器与交流电的智能控制
许多智能设备，如开关、调光器、传感器和插头，使用继电器或 TRIAC 来周期性地连接和断开交流线路。在这种情况下，如何同步继电器开关动作以减少电流浪涌是一个重要的挑战。如果开关时机不准确，继电器可能会经历较大的浪涌电流，进而缩短继电器的使用寿命并影响设备的稳定性。
通常，设计者使用分立电路来检测交流线路的过零点，以此控制主要功率器件的开关时间，从而减少开关损耗和浪涌电流。然而，这种分立式设计不仅复杂，还增加了物料成本 (BOM)。Power Integrations 的 LinkSwitch-TNZ 则通过集成过零交流检测功能，大幅减少了电路设计中的复杂性，提供了更经济有效的解决方案。
过零检测在 VAC 通过 0 V 时提供逻辑信号。该信号用于通过继电器或 TRIAC 同步开启电源。通过在 VAC = 0 时切换，浪涌电流显着降低。
过零检测可显着降低继电器开关应用中的浪涌电流
符合节能标准的设计
LinkSwitch-TNZ 的另一个优势在于它在轻负载状态下的高效表现，尤其适合于待机模式的优化。根据欧盟委员会 (EC) 标准，家用电器在待机或关闭模式下的功耗不能超过 0.5W。LinkSwitch-TNZ 的设计不仅能够满足这些严格的能效标准，还可以通过可选功能集成 X 电容器放电，用于处理高功率应用，进一步提升系统的整体性能和可靠性。
这种集成化的创新设计，既提升了能效，又降低了材料成本和电路复杂性，为智能家居和家电应用提供了更加高效且可持续的电源解决方案。通常，x 电容器用于更高功率的设计。x 电容器通常是一个滤波电容器，出于 EMI 和 RFI 的原因，它直接连接在交流线路的两端，从而最大限度地减少了噪声。因此，随着功率水平的提高，那些 x 电容器变得更大，泄放电阻器的影响要高得多。通常，电容器放电功能与电器更相关LinkSwitch-TNZ 开关模式电源 IC 允许对线路和负载进行 ±3% 的调节，具有小于 30 mW 的外部偏置的空载功耗，以及小于 100 µA 的待机电流。
