Considerações de projeto de proteção, controle e detecção de circuito para aplicações de segurança residencial inteligente

Os avanços na tecnologia IoT estão permitindo o desenvolvimento de sistemas de segurança residencial inteligentes que oferecem aos consumidores segurança, conveniência e eficiência energética. Novas tecnologias de detecção e protocolos sem fio, como LAN sem fio (Wi-Fi), criaram uma ampla gama de dispositivos que podem monitorar e controlar equipamentos de segurança, equipamentos de controle de acesso, eletrodomésticos, equipamentos de gerenciamento de energia, tomadas elétricas, iluminação e sistemas de entretenimento. A Figura 1 ilustra a amplitude da tecnologia IoT que está possibilitando a casa inteligente.

O mercado de segurança residencial inteligente é um mercado dinâmico. Espera-se que as remessas unitárias de câmeras de segurança residenciais cresçam de 54 milhões de unidades em 2018 para 120 milhões de unidades em 2023. Isso representa uma taxa composta substancial de crescimento anual (CAGR) de 17%. Há uma oportunidade significativa para inovação e novos produtos neste mercado.

Os produtos inteligentes de segurança residencial precisarão ser altamente confiáveis ​​para ganhar participação no mercado. À medida que mais fornecedores entram no mercado e a diferenciação do produto diminui, a qualidade do produto se tornará um fator decisivo maior para os consumidores. Assim, os produtos precisarão ser robustos a sobrecargas e transientes. Os parágrafos seguintes darão aos projetistas de sistemas de segurança residencial recomendações para o uso e seleção de componentes que protegem e controlam seus circuitos. Serão apresentados componentes para proteção dos seguintes produtos:

Os sistemas de câmeras de segurança com fio são normalmente sistemas de segurança montados fixamente para monitorar áreas ao redor de uma residência. A Figura 2 mostra uma câmera de segurança com fio e componentes recomendados para proteger e controlar a câmera. Essas câmeras são alimentadas pela linha CA e estão sujeitas a sobrecargas e transientes propagados na linha de alimentação CA. Além disso, todas as conexões com o ambiente externo estão sujeitas a descargas eletrostáticas (ESD).

Os projetistas precisarão proteger os circuitos de suas câmeras contra danos devido a essas condições perigosas. A Figura 3 mostra um diagrama de blocos de uma câmera de segurança com fio e os componentes de proteção e controle recomendados para garantir um produto robusto.

O adaptador de energia faz interface com a linha de energia CA e precisa de proteção contra surtos de corrente e transientes de tensão na linha de energia. Sugerimos fusíveis para proteção contra sobrecarga, um varistor de óxido metálico (MOV) para proteção contra surtos transitórios de corrente e um diodo supressor de tensão transitória (TVS) para proteção contra transientes de tensão. Esses três componentes, com parâmetros selecionados de acordo com as especificidades do seu projeto, garantirão que o adaptador de energia seja robusto contra sobrecargas e transientes.

Selecione um fusível de queima lenta para evitar aberturas incômodas do fusível devido à comutação da corrente de partida da fonte. Entretanto, para evitar danos ao circuito do adaptador de energia, escolha um fusível que responda rapidamente a uma sobrecarga contínua, como em poucos segundos a uma sobrecarga de 200%. Não negligencie outros parâmetros importantes ao selecionar um fusível. Verifique se a tensão nominal do fusível excede a tensão máxima da linha que a fonte de alimentação verá. Além disso, certifique-se de que a classificação de interrupção seja superior à sobrecarga de corrente do pior caso que o circuito poderia encontrar.

Uma classificação de interrupção apropriada evitará danos físicos ao fusível devido a uma grande sobrecarga transitória da linha CA. Como o espaço na fonte de alimentação é escasso, procure fusíveis pequenos que atendam aos requisitos. Por fim, use um fusível com certificações UL/IEC para simplificar e acelerar a qualificação de conformidade de segurança do produto.

Para grandes surtos de energia induzidos por raios, por exemplo, proteja a alimentação com um varistor de óxido metálico (MOV) localizado o mais próximo possível da entrada da alimentação. Os MOVs podem absorver correntes de surto de até 10 kA e podem absorver mais de 500 J de energia de pulso de pico. Como o MOV está em contato com a linha de energia, use um componente certificado pela UL/IEC.

O terceiro elemento de proteção que você deseja considerar é um diodo supressor de tensão transitória (TVS) para proteger o circuito downstream contra transientes de tensão. Os diodos TVS respondem a transientes com extrema rapidez, em menos de 1 ps. Ao suprimir um transiente, o diodo TVS fixa sua saída em baixa tensão para proteger circuitos sensíveis. Os diodos TVS estão disponíveis em versões unidirecionais ou bidirecionais e possuem uma ampla faixa de tensões de fixação que podem ser tão baixas quanto 10 V.