智能插头参考设计 - 带有 ESP8266 的 MP161 非隔离式降压稳压器

时间：2021-10-21 10:41:20

关键字：智能插头电源

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[导读]如今，一切都是相连的。那么为什么不也连接墙上的插头呢？MPS 展示了带有 MP161 部件的参考设计，可让客户加入物联网市场。这是一个两板的产品，一个用于DC/DC转换器和继电器，另一个用于Wi-Fi模块。该配置设计用于插入墙上插头。

1.1 说明

如今，一切都是相连的。那么为什么不也连接墙上的插头呢？MPS 展示了带有 MP161 部件的参考设计，可让客户加入物联网市场。这是一个两板的产品，一个用于DC/DC转换器和继电器，另一个用于Wi-Fi模块。该配置设计用于插入墙上插头。

1.2 特点

· 集成IC供电方案（12V + 3V3 + Relay Driver）

· Wi-Fi 802.11 b/g/n (HT20) 协议

· 35.4 mW 待机操作下的有功输入功率

1.3 应用

物联网非隔离设计

参考设计

2.1 框图

图 1：框图

2.2 相关解决方案

此参考设计基于以下 MPS 解决方案：

MPS集成电路	描述
MP161B-33	高压降压稳压器

2.3 系统规格

范围	规格
输入电压范围	90 V 至 265 V 交流电
输出电压	12 V ± 1.5% 直流
额定负载	12 V / 17.5mA、3.3V /（T1 为 70 mA – T2 为 250 mA）
峰值输出电流	270 mA（12V 输出时）
LDO 输出电压	3.3 ±1.5% V
LDO 输出电流	70 – 250 毫安
开关频率	40 kHz（在标称条件下）
电路板外形	50 x 50 x 30 毫米
效率	> 90%
12V 输出纹波	17 mV（标称条件下）
无线协议	基于 802.11 b/g/n (HT20) ESP8266

2.4 MP161：集成非隔离降压稳压器

MP161 集成了一个 700V 开关稳压器、一个低压差线性稳压器和两个通道继电器驱动器。MP161 还具有特殊的待机模式，可将待机功耗降至最低。MP161 专为家庭自动化、工业自动化以及采用继电器和 MCU 的任何其他应用而设计。

特征

· 集成 700V MosFET 和电流源

· 具有内部环路补偿的恒压调节

· 通过频率调制优化轻载效率

· 待机模式

· 通过峰值电流调制进行抗可听噪声操作

· 可调或固定 12V 输出

· 低工作电流

· 过温保护 (OTP)、短路保护 (SCP)、过载保护 (OLP) 和过压保护 (OVP)

继电器驱动器

· 2 Ω 导通电阻

· 轨电压高达 30V

· 集成续流二极管

· 标称关闭驱动器

低压降 (LDO) 线性稳压器

· 高达 30V 的输入电压

· 固定输出，有 3V3 和 5V 选项

· 过温保护 (OTP)

图 2：MP161 的内部框图

3 设计

3.1.1 电感选择

MP161 的最短关断时间为 9.5 或 12 us，具体取决于 IC 变体 A 或 B/C，这决定了最大输出功率。与 eq。1 我们可以估计连续导通模式 (CCM) 下的过载点 (OLP)

考虑到容差，使用 1 mH 电感器我们可以保证 3.3W 的输出功率。

Pomax=Vo(ILlimit−Voτminoff2L)

3.1.2 输出电容

我们选择输出电容器以满足纹波要求。在这种情况下是 150mV。

使用 eq.2，我们可以估计 CCM 下的电压纹波：33 mV，100uF

Voutripple=Δi8fsCo+ΔiRESR

3.2 Wi-Fi模块消耗

Wi-Fi 模块消耗如下图所示。该周期性负载曲线将被视为标称负载条件（表 1）。其中：T1 为 97 ms，T2 为 1.5 ms，T 为 T1+T2。

图 3：框图

3.3 原理图

该板分为两个原理图文件，以便将功率级（图 4）和通信（图 5）分开。

图 4：功率级（整流器 + DC/DC）

图 5：Wi-Fi 模块

3.5 PCB 布局

为了提供紧凑的解决方案，我们将系统分为不同的板，一个用于功率级（图 4），另一个用于 Wi-Fi 模块（图 5）。一旦路由我们拥有的此类解决方案，应考虑这些主题：

· 即使这是一个非隔离的高压转换器，也不意味着我们不必关心走线之间的距离。我们在这块板上有交流电（90-265 Vac），所以建议在 L 和 N 之间留出 2.5mm，在高电压和低电压之间留出 1.2mm。

· 我们在电源回路中有高 dV/dt 电压节点和高 dI/dt 电流，因此必须使用去耦电容器。

图 6：PCB 电源底层（蓝色）和顶层（红色）

图 7：PCB ESP8266 底层（蓝色）和顶层（红色）

4 测试结果

4.1 时域波形

图 8：输入电流和电压。（额定负载）

图 9：二极管正负极电压。（Vin 265Vac，Vo 12V，Io 270mA（SW 图 1））

图 10：输出电压和 LDO。（额定负载）

4.3.1 输入端口：Live (L)

图 17：实时传导发射频谱

4.3.2 输入端口：中性（N）

图 18：中性传导发射光谱

启动

图 19：系统组件

请按照以下步骤快速启动系统。

1. 将交流电源预设为 90 VAC ≤ VIN ≤ 265 VAC。

2. 关闭电源

3. 修改 Wi-Fi 凭据以允许模块访问路由器（图 20）。

4. 使用 FTDI 232-TTL 转换器接口连接电路板和 PC（图 21）。

§ 如果接口为5V，请勿连接 3 脚（VCC），否则会损坏 Wi-Fi 模块。在这种情况下，打开交流电源对设备进行编程。3V3 将由内部 LDO 产生

§ 否则（3V3 输出）PC 将为模块供电，您可以连接 VCC 引脚。

图 20：Wi-Fi 凭证

图 21：RX-TX 接口

5. 打开终端并对 ESP8266 模块进行编程。该过程完成后（图 22），模块将通过通信端口发送 IP 地址（图 23）。

6. 然后，您可以使用此 IP 访问浏览器并与中继进行交互（图 24）。

5.1 网页布局

网页直接与 ESP8266 模块交互。该模块与 MP161 上的集成驱动程序连接，因此一旦用户点击按钮“GPIO 5”，继电器将改变其状态。