スマート ホーム セキュリティ アプリケーションのための回路保護、制御、およびセンシング設計の考慮事項

IoT テクノロジーの進歩により、消費者にセキュリティ、利便性、エネルギー効率を提供するスマート ホーム セキュリティ システムの開発が可能になりました。 新しいセンシング技術と無線 LAN (Wi-Fi) などの無線プロトコルにより、セキュリティ機器、アクセス制御機器、電化製品、エネルギー管理機器、電源コンセント、照明、エンターテイメント システムなどを監視および制御できる幅広いデバイスが生み出されています。 図 1 は、スマート ホームを実現する幅広い IoT テクノロジーを示しています。

スマート ホーム セキュリティ市場はダイナミックな市場です。 住宅用セキュリティカメラの出荷台数は、2018 年の 5,400 万台から 2023 年には 1 億 2,000 万台に増加すると予想されています。これは 17% という大幅な年間平均成長率 (CAGR) に相当します。 この市場にはイノベーションと新製品の大きなチャンスがあります。

スマートホームセキュリティ製品が市場シェアを獲得するには、高い信頼性が必要です。 より多くのベンダーが市場に参入し、製品の差別化が狭まるにつれて、製品の品質が消費者にとってより大きな決定要素になるでしょう。 したがって、製品は過負荷や過渡現象に対して堅牢である必要があります。 次の段落では、ホーム セキュリティ システムの設計者に、回路を保護および制御するコンポーネントの使用と選択に関する推奨事項を示します。 次の製品を保護するためのコンポーネントが紹介されます。

有線セキュリティ カメラ システムは通常、住宅の周囲のエリアを監視するための固定設置型セキュリティ システムです。 図 2 は、有線セキュリティ カメラと、カメラの保護と制御に推奨されるコンポーネントを示しています。 これらのカメラは AC 電源で動作するため、AC 電源ラインを伝播する過負荷や過渡現象の影響を受けます。 さらに、外部環境へのすべての接続は静電気放電 (ESD) の影響を受けます。

設計者は、これらの危険な状況による損傷からカメラ回路を保護する必要があります。 図 3 は、有線セキュリティ カメラのブロック図と、堅牢な製品を保証するために推奨される保護および制御コンポーネントを示しています。

電源アダプタは AC 電力線とインターフェイスしており、電力線の電流サージや電圧過渡現象から保護する必要があります。 過負荷保護にはヒューズ、過渡電流サージからの保護には金属酸化物バリスタ (MOV)、過渡電圧からの保護には過渡電圧抑制 (TVS) ダイオードをお勧めします。 これら 3 つのコンポーネントと、設計の仕様に合わせて選択されたパラメータにより、電源アダプタが過負荷や過渡現象に対して堅牢であることが保証されます。

スイッチング電源の突入電流による迷惑なヒューズの開放を避けるために、スローブローヒューズを選択してください。 ただし、電源アダプタ回路への損傷を避けるために、200 % の過負荷まで数秒以内など、継続的な過負荷に迅速に反応するヒューズを選択してください。 ヒューズを選択するときは、他の重要なパラメータを見落とさないでください。 ヒューズの電圧定格が、電源が受け取る最大ライン電圧を超えていることを確認してください。 また、遮断定格が、回路が遭遇すると予想される最悪の電流過負荷よりも高いことを確認してください。

適切な遮断定格により、AC ラインからの大きな過渡過負荷によるヒューズの物理的損傷が回避されます。 電源ではスペースが非常に重要であるため、要件を満たす小型のヒューズを探してください。 最後に、UL/IEC 認証を取得したヒューズを使用して、製品の安全性コンプライアンス認定を簡素化し、迅速化します。

たとえば、雷によって引き起こされる大規模で高エネルギーのサージに対しては、電源の入力にできるだけ近い位置に金属酸化物バリスタ (MOV) を配置して電源を保護します。 MOV は 10 kA ものサージ電流を吸収でき、500 J を超えるピーク パルス エネルギーを吸収できます。 MOVは電源ラインに接触するため、UL/IEC認定品を使用してください。

考慮すべき 3 番目の保護要素は、下流の回路を過渡電圧から保護する過渡電圧抑制 (TVS) ダイオードです。 TVS ダイオードは、1 ps 未満で非常に迅速に過渡応答に応答します。 過渡現象を抑制する場合、TVS ダイオードは出力を低電圧でクランプし、敏感な回路を保護します。 TVS ダイオードは単方向バージョンまたは双方向バージョンで利用でき、10 V までの幅広いクランプ電圧を備えています。