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智能家庭的建构与智能装置应用与保护

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利特(Littelfuse)应用工程经理许孝成

利特(Littelfuse)应用工程经理许孝成,介绍1927年于美国芝加哥创立的利特,早期提供航天工业所需的保护元件;1970年后走向国际化,像在墨西哥设厂,80年向亚太扩展并设立新加坡分公司,2000-2006在欧亚洲并购8家公司,2010在大陆无锡设立晶圆╱封测厂,2012年买下Accel进入车用传感器市场,2015买下Hamlin、太克(TE),取得磁簧开关及PTC热敏电阻技术,成为全球第一大电路保护及电源控制╱感测元件供应商。营收比例有47%在电子保护元件,38%在车用保护元件;电力能源占15%。

利特提供防雷击(感应雷)、ESD静电、电感性负载装置等过压防护(Overvoltage Supression)元件,像瞬态抑制二极管(TVS Diode)、压敏电组(Varistor)、双向顺态过电压保护器(SIDACtor)、惰性气体放电管(Gas Discharge Tube, GDT)、矽防护阵列(SPA)与聚合物、PTC热敏电阻与一般╱可回复保险丝等避免电路零组件损害的防护元件。可应用于电视、机上盒、游戏机、数码相机、可携周边、桌上型/笔记本电脑、外围与外接储存装置、手机、平板、DSL Modem、以太集线器、闸道器/路由器、白色家电、智能家电,以及逆变器、智能电表、LED照明等节能/控制的应用。

许孝成指出,从几万年前洞穴、帐篷/蒙古包、砖造房屋的居家进化,电力与自来水的引入是智能家居的第一阶段,接著电视、音响、洗衣机、微波炉等家电的导入是第二阶段。笔记本电脑、平板、手机及无线分享器╱闸道器的进入,开启智能家居第三阶段。现今谈到的智能家庭,是前述阶段的所有装置,藉由智能化网络相互连接并透过云端来控制。房子里面网络线的布设,有有线(Electrical Wiring)、电力(Power Wiring)以及其它联机(Misc. Wiring)方式。

许孝成认为智能家庭的三大应用区块是通讯(有线╱无线╱宽频设备)、系统平台(如HomeKit/Thread/All Seen/OIC)与应用╱服务。平台部份像可使用Siri语音触发的苹果专属封闭式HomeKit,Google主导的开放式、具银行级加密、IPv6/6LoWPAN技术为根基的Thread,由高通主导、以手机串连、控制各物联╱智能家庭的AllSeen,以及由Intel为首、要建立IoT装置硬件沟通规范的OIC(后更名为OCF)。

大家也关心从物联网串连、透过云端控制时如何确保安全性(Secure)的问题。而台湾中华电信(CHT)、美国AT&T都有提供以宽频网络,搭配无线闸道器,以及各种IoT感测装置,来感测瓦斯、烟雾、防入侵(动作感测/声音)、恒温与其它居家环境情境控制应用的月租服务。

针对IoT/智能家庭需求的防护元件方案

他也探讨应用在智能家庭的Wi-Fi、Bluetooth、ZigBee等无线通讯技术,各有其传输速率、传输距离或低功耗的特别优势。智能装置也必然具备微控制器(MCU)以做到可控制、排程、自动化与可程序化。据北美一项对30-40岁未来最想购买的智能家庭装置的统计,有72%需要可自我调控的恒温器,71%需要可远程遥控上锁的门,68%需要远程做居家情境控制,65%则需要居家视讯监控,以及户外照明的自动控制。

利特针对感测方案上,提供磁簧开关(Reed Switch)、可作定位的磁簧传感器(Reed Sensor),像防火安全门、窗户关到定点时自动上锁,或应用于像Gogoro电动机车的电池抽换,当电池插入到一定点时开始接通导电。户内的过电压防护方案上则提供瞬态抑制二极管(TVS Diode)、二极管阵列、多层/金属氧化压敏电阻(MLV/MOV)、脉冲防护元件、GDT、SIDACtor,可应用于一般电源供应器、xDSL/Cable Modem、PoE集线器。户外过电压/雷击防护方案上,则提供由PTC、MOV、TVS Diode组成的浪涌防护模块(Surge Protection Devices, SPD)。

利特针对像Wi-Fi、USB 2.0/3.0/3.1、HDMI/DP等高速高频(>100Mbps)应用上,容抗低的RF2193(0.13~0.25pF/2A/20kV)、RF3077(0.2pF/2A/20kV)与XGD10402 (0.04pF/24V/30kV),超小装置的SP1013(30pF/40A/8A/30KV)、SP1014(6pF/40A/2A/15KV)、SP1020(20pF/40A/5A/30KV)、SP1021(6pF/40A/2A/12KV),低频(<100Mbps)的SP1005(30pF/40A/10A/30KV)、SP4020(2.5pF/750W/30A/30KV)等ESD防护元件。

过电流方案上,利特提供各种正温度系数(Positive Temperature Coefficient, PTC)热敏电阻、SMD保险丝(SMD Fuses)与保险丝管(Cartridge Fuse)。在电力╱电源控制方案,则提供固态继电器(Solid State Relay, SSR)、最大可耐1,000V与100A的TRIAC、QUADRAC、SIDAC设计的晶体闸流管(Thyristor),以及智能转接插座(Smart Outlet)。他最后总结智能家庭强调集成、行动装置的远程控制、智能化管理与自动化控制,通讯的安全性,并从新兴市场去寻找更多创新应用与业务商机。