借助現代控制和自動化技術和技術，智能建筑可以顯著節省能源、保護環境、改善居住者的健康和安全，并提高生活質量。

自動化系統允許建筑運營商通過云遠程管理大型建筑。他們的軟件平臺提供實時性能監控、數據分析、可視化、故障檢測和診斷以及組合能源管理。通過將設備數據聯網到云端，可以利用人工智能 （AI） 的進步實時運行分析以確定要采取的行動。建筑物中最普遍的自動化應用是 HVAC（供暖/通風/空調）、照明、監控、訪問控制、火災探測和閉路電視 （CCTV） 監控系統。

樓宇自動化系統架構包括管理、控制和現場的不同層。管理層從一個中心位置操作和控制智能建筑，并根據需要記錄和優化數據。由于問題是實時發現的，因此可以立即采取行動。該層使用 BACnet 和 Modbus 等網絡協議。

控制層（圖 2所示的樓宇自動化模塊）專門處理硬件級別的樓宇設備控制，并使用 KNX 和 LonWorks 等分散式協議。在現場層，智能傳感器和執行器收集數據并執行任務。例如，該系統可以感應照明水平并自動調整以匹配一天中的時間或提供陰影以確保最佳地使用自然光而不會產生眩光。

圖 2. 智能樓宇系統

更小的尺寸和功率效率是關鍵

硬件和軟件的進步使所有這些智能、網絡和控制成為可能。現場級是控制器、傳感器、I/O 和執行器。控制器可以是可編程邏輯控制器 （PLC）、電機/運動控制器或使用高級處理器和微控制器的分布式控制系統 （DCS）。傳感器可以是數字的或模擬的，用于測量溫度、濕度、通風和占用情況。執行器可用于鎖、窗戶警報器、安全攝像頭定位、太陽能電池板、百葉窗和其他移動機構。在現代建筑中，傳感器和執行器可以通過有線或無線網關與控制中心通信。它們由電池或有線直流電壓供電，通常在 5V 至 24V+ 范圍內。

控制器接收來自現場傳感器的輸入，對其進行處理，并驅動適當的執行器。今天的傳感器和執行器配備了內部處理器，可以在本地做出簡單的決策，而無需升級到控制器，從而提高了吞吐量。

隨著智能建筑中智能聯網設備的普及，現場的每個控制器、傳感器和執行器都需要更多的處理器和連接接口。這反過來又對系統硬件提出了新的要求：減小組件尺寸以在同一機箱中安裝更多電子設備，提高能效以在相同或更低的熱預算內執行，并提高電氣/機械安全性和可靠性以減少停機時間。

推動對更小 PCB 尺寸需求的小型化帶來了散熱挑戰。因此，電源解決方案必須非常高效，因為它可以提供更高的功率，同時占用更小的面積。傳感器和執行器應用通常以 24V 標稱直流電壓總線為特征。但是，對于非關鍵設備，工業應用的最大工作電壓預計為 36V 至 40V，而控制器、執行器和安全模塊等關鍵設備必須支持 60V（IEC 60664-1 絕緣和 61508 SIL 標準） 。 流行的輸出電壓為 3.3V 和 5V，電流從小型傳感器中的 10mA 到運動控制、CNC 和 PLC 應用中的數十安培不等。這使得降壓（降壓）穩壓器成為樓宇和工業控制應用的明顯選擇（圖 3）。

圖 3. 完全集成的同步降壓轉換器

隨著傳感器變得越來越普遍，另一個需要解決的重要問題是：如何安全地向微型傳感器提供低壓電源，同時最小化解決方案尺寸并最大化效率？用于檢測和診斷許多參數并做出決策的傳感器必須耐用且可靠，無論環境如何。傳感器“盒”由穩壓器供電，穩壓器向 ASIC/微控制器/FPGA、模擬前端 （AFE） 和傳感元件提供適當的電壓。

傳感器通常由 24V 直流電源供電。然而，在建筑物中安裝傳感器可能是一個非常具有挑戰性的環境，這需要長電纜連接到電源，這會導致高壓瞬變。因此，傳感器內部的降壓轉換器必須承受 42V 或 60V 的電壓瞬變，這遠高于傳感器的工作電壓。如前所述，對于 24V 電源軌，最好使用最大工作電壓為 42V 的設備。

隔離和保護電路的重要性

根據 SELV/FELV 規定，低于 60V 的輸入電壓被認為本質上是觸摸安全的，但出于功能安全和可靠性的原因，在此工作范圍內隔離的需求仍然普遍存在。在此電壓范圍內，電源電子負載（通常是非常精密且昂貴的微控制器）需要保護。如果無意中暴露在高壓下，該電子負載可能會自毀。隔離也有利于防止接地回路，這可能會引發降低設備可靠性的反應。

保護電路是當今電子產品的無名英雄。它們可以幫助防止可能損壞電子負載的壓力源，例如浪涌和反向電流、過壓和欠壓。

總之，樓宇自動化技術正在打造更舒適、更節能的住宅和辦公室。但這些技術也帶來了能源效率、小型化和系統可靠性方面的挑戰。電源管理 IC 可以幫助應對這些挑戰。

審核編輯：郭婷