得益于現代控制和自動化技術和技術，智能建筑可以節省大量能源，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投資組合能源管理。通過將設備數據聯網到云，可以使用人工智能 （AI） 的進步實時運行分析，以確定要采取的行動。自動化在建筑物中最普遍的用途是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用于管理、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。由于問題可以實時識別，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（如圖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，系統可以感知照明水平并自動調整以匹配一天中的時間或提供陰影，以確保最佳利用自然光而不會產生眩光。

圖2.智能建筑系統

更小的尺寸和電源效率是關鍵

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、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進行通信。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。當今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，從而提高吞吐量。

隨著智能建筑中智能互聯網連接設備的激增，現場每個控制器、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容納其他電子設備，提高能源效率以在相同或更低的熱預算內運行，以及提高電氣/機械安全性和可靠性以減少停機時間。

小型化推動了對更小PCB尺寸的需求，這帶來了散熱挑戰。因此，電源解決方案必須非常高效，因為它在占用更小面積的同時提供更高的功率。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）。常用輸出電壓為 3.3V 和 5V，電流從小型傳感器的 10mA 到運動控制、CNC 和 PLC 應用中的數十安培不等。這使得降壓穩壓器成為建筑和工業控制應用的不二之選（圖 3）。

圖3.完全集成的同步降壓轉換器

隨著傳感器越來越常用，另一個需要解決的重要問題是：如何安全地為微型傳感器提供低壓電源，同時最大限度地減小解決方案尺寸并最大限度地提高效率？無論環境如何，檢測和診斷許多參數并做出決策的傳感器都必須耐用可靠。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，建筑物可能是一個非常具有挑戰性的環境，需要安裝傳感器，這需要與電源進行長電纜連接，從而導致高壓瞬變。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，這些瞬變遠高于傳感器的工作電壓。如前所述，對于 24V 電源軌，最好依賴最大工作電壓為 42V 的器件。

隔離和保護電路的重要性

根據 SELV/FELV 法規，低于 60V 的輸入電壓本質上是安全的，但出于功能安全性和可靠性原因，在此工作范圍內仍然普遍需要隔離。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。隔離還有助于防止接地回路，接地回路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帶來更舒適、更節能的家庭和辦公室。但這些技術也給能源效率、小型化和系統可靠性帶來了挑戰。電源管理IC可以幫助應對這些挑戰。有關此主題的更深入探討，請閱讀智能建筑的電源管理設計指南。

審核編輯：郭婷