智能插頭參考設(shè)計(jì) - 帶有 ESP8266 的 MP161 非隔離式降壓穩(wěn)壓器

1.1 說明

如今，一切都是相連的。那么為什么不也連接墻上的插頭呢？MPS 展示了帶有 MP161 部件的參考設(shè)計(jì)，可讓客戶加入物聯(lián)網(wǎng)市場。這是一個(gè)兩板的產(chǎn)品，一個(gè)用于DC/DC轉(zhuǎn)換器和繼電器，另一個(gè)用于Wi-Fi模塊。該配置設(shè)計(jì)用于插入墻上插頭。

1.2 特點(diǎn)

· 集成IC供電方案（12V + 3V3 + Relay Driver）

· Wi-Fi 802.11 b/g/n (HT20) 協(xié)議

· 35.4 mW 待機(jī)操作下的有功輸入功率

1.3 應(yīng)用

物聯(lián)網(wǎng)非隔離設(shè)計(jì)

參考設(shè)計(jì)

2.1 框圖

圖 1：框圖

2.2 相關(guān)解決方案

此參考設(shè)計(jì)基于以下 MPS 解決方案：

2.3 系統(tǒng)規(guī)格

2.4 MP161：集成非隔離降壓穩(wěn)壓器

MP161 集成了一個(gè) 700V 開關(guān)穩(wěn)壓器、一個(gè)低壓差線性穩(wěn)壓器和兩個(gè)通道繼電器驅(qū)動(dòng)器。MP161 還具有特殊的待機(jī)模式，可將待機(jī)功耗降至最低。MP161 專為家庭自動(dòng)化、工業(yè)自動(dòng)化以及采用繼電器和 MCU 的任何其他應(yīng)用而設(shè)計(jì)。

特征

· 集成 700V MosFET 和電流源

· 具有內(nèi)部環(huán)路補(bǔ)償?shù)暮銐赫{(diào)節(jié)

· 通過頻率調(diào)制優(yōu)化輕載效率

· 待機(jī)模式

· 通過峰值電流調(diào)制進(jìn)行抗可聽噪聲操作

· 可調(diào)或固定 12V 輸出

· 低工作電流

· 過溫保護(hù) (OTP)、短路保護(hù) (SCP)、過載保護(hù) (OLP) 和過壓保護(hù) (OVP)

繼電器驅(qū)動(dòng)器

· 2 Ω 導(dǎo)通電阻

· 軌電壓高達(dá) 30V

· 集成續(xù)流二極管

· 標(biāo)稱關(guān)閉驅(qū)動(dòng)器

低壓降 (LDO) 線性穩(wěn)壓器

· 高達(dá) 30V 的輸入電壓

· 固定輸出，有 3V3 和 5V 選項(xiàng)

· 過溫保護(hù) (OTP)

圖 2：MP161 的內(nèi)部框圖

3 設(shè)計(jì)

3.1.1 電感選擇

MP161 的最短關(guān)斷時(shí)間為 9.5 或 12 us，具體取決于 IC 變體 A 或 B/C，這決定了最大輸出功率。與 eq。1 我們可以估計(jì)連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM) 下的過載點(diǎn) (OLP)

考慮到容差，使用 1 mH 電感器我們可以保證 3.3W 的輸出功率。

Pomax=Vo(ILlimit?Voτminoff2L)

3.1.2 輸出電容

我們選擇輸出電容器以滿足紋波要求。在這種情況下是 150mV。

使用 eq.2，我們可以估計(jì) CCM 下的電壓紋波：33 mV，100uF

Voutripple=Δi8fsCo+ΔiRESR

3.2 Wi-Fi模塊消耗

Wi-Fi 模塊消耗如下圖所示。該周期性負(fù)載曲線將被視為標(biāo)稱負(fù)載條件（表 1）。其中：T1 為 97 ms，T2 為 1.5 ms，T 為 T1+T2。

圖 3：框圖

3.3 原理圖

該板分為兩個(gè)原理圖文件，以便將功率級(jí)（圖 4）和通信（圖 5）分開。

圖 4：功率級(jí)（整流器 + DC/DC）

圖 5：Wi-Fi 模塊

3.5 PCB 布局

為了提供緊湊的解決方案，我們將系統(tǒng)分為不同的板，一個(gè)用于功率級(jí)（圖 4），另一個(gè)用于 Wi-Fi 模塊（圖 5）。一旦路由我們擁有的此類解決方案，應(yīng)考慮這些主題：

· 即使這是一個(gè)非隔離的高壓轉(zhuǎn)換器，也不意味著我們不必關(guān)心走線之間的距離。我們?cè)谶@塊板上有交流電（90-265 Vac），所以建議在 L 和 N 之間留出 2.5mm，在高電壓和低電壓之間留出 1.2mm。

· 我們?cè)?a href="/tags/電源" target="_blank">電源回路中有高 dV/dt 電壓節(jié)點(diǎn)和高 dI/dt 電流，因此必須使用去耦電容器。

圖 6：PCB 電源底層（藍(lán)色）和頂層（紅色）

圖 7：PCB ESP8266 底層（藍(lán)色）和頂層（紅色）

4 測試結(jié)果

4.1 時(shí)域波形

圖 8：輸入電流和電壓。（額定負(fù)載）

圖 9：二極管正負(fù)極電壓。（Vin 265Vac，Vo 12V，Io 270mA（SW 圖 1））

圖 10：輸出電壓和 LDO。（額定負(fù)載）

4.3.1 輸入端口：Live (L)

圖 17：實(shí)時(shí)傳導(dǎo)發(fā)射頻譜

4.3.2 輸入端口：中性（N）

圖 18：中性傳導(dǎo)發(fā)射光譜

啟動(dòng)

圖 19：系統(tǒng)組件

請(qǐng)按照以下步驟快速啟動(dòng)系統(tǒng)。

1. 將交流電源預(yù)設(shè)為 90 VAC ≤ VIN ≤ 265 VAC。

2. 關(guān)閉電源

3. 修改 Wi-Fi 憑據(jù)以允許模塊訪問路由器（圖 20）。

4. 使用 FTDI 232-TTL 轉(zhuǎn)換器接口連接電路板和 PC（圖 21）。 

§ 如果接口為5V，請(qǐng)勿連接 3 腳（VCC），否則會(huì)損壞 Wi-Fi 模塊。在這種情況下，打開交流電源對(duì)設(shè)備進(jìn)行編程。3V3 將由內(nèi)部 LDO 產(chǎn)生

§ 否則（3V3 輸出）PC 將為模塊供電，您可以連接 VCC 引腳。

圖 20：Wi-Fi 憑證

圖 21：RX-TX 接口

5. 打開終端并對(duì) ESP8266 模塊進(jìn)行編程。該過程完成后（圖 22），模塊將通過通信端口發(fā)送 IP 地址（圖 23）。   

6. 然后，您可以使用此 IP 訪問瀏覽器并與中繼進(jìn)行交互（圖 24）。

5.1 網(wǎng)頁布局

網(wǎng)頁直接與 ESP8266 模塊交互。該模塊與 MP161 上的集成驅(qū)動(dòng)程序連接，因此一旦用戶點(diǎn)擊按鈕“GPIO 5”，繼電器將改變其狀態(tài)。