电路保护对于确保物联网增长至关重要

作者：David Johnson ，Bourns 技术市场分析师

物联网 (IoT) 正朝着将数十亿智能设备连接到智能系统的目标积极推进，为用户提供可操作的实时数据，从而改进决策。例如，在工业自动化市场中，可以部署智能互联设备来监控工厂车间的机器。通过检查故障或错误消息，物联网系统允许运营商主动管理问题，以消除可能导致收入减少的计划外工厂停机时间。因此，要使物联网成为现实，就需要开发能够最大限度地提高网络效率、互操作性和安全性的应用程序。除了低成本、高速通信技术、智能传感器和数据分析之外，电路保护也起着至关重要的作用。连接的设备越多， 

本文介绍了组成物联网生态系统的日益集成的设备，需要经过验证的电路保护解决方案来维持物联网基础设施所期望的系统可靠性。  

物联网生态系统设备

物联网不属于单一行业或市场；这一趋势有能力影响所有全球市场并改善人们生活的方方面面。它超越了我们通常认为的通信设备，可以包括白色家电、可穿戴健身设备、智能家居设备、医疗诊断设备等等。几乎任何机器都可以从独立设备转变为更智能、更互联的系统。

各种电子设备将组成数十亿个连接设备，流式传输可用于决策的信息。传感器用于与本地集线器、中心位置或服务器进行通信；软件分析接收到的数据并根据程序逻辑做出决定或通知操作员启动某些操作。例如，预计物联网将针对自动化进行优化，以监控单个机器并提供故障或错误消息，使现场维护有机会缓解问题，从而消除可能导致收入减少的计划外工厂停机。物联网就绪设备可用于通过监控电机的温度或振动并在发生灾难性故障之前通知维护来检测即将发生的故障。 

网络效率、互操作性和安全性也是物联网的要求，因此还需要包括网络设备、服务器和“软件即服务”(SaaS) 在内的数据通信设备。物联网生态系统需要以下设备类型：  

端点——由环境、物理特性、位置或化学传感器组成，充当要分析的信息的数据收集点。这些组件负责监控系统的变化，并提供及时的反馈以进行调整，使系统保持在最佳水平。  

网关 —提供一系列数据聚合功能和进出 IP 网络的实时分析。它们还支持可靠的发布/订阅机制，并在云暂时不可用的情况下提供物联网数据缓冲。  

集线器 -促进连接的通信网关，例如交换机、路由器或调制解调器。简单的集线器将端点连接到更广泛的网络，并且通过集成集线器，可以通过互联网与外部世界连接。它们旨在协同工作，以提供无缝组合的各种服务。  

网络基础设施——用于汇集来自网关和企业源的数据。基础设施管理和监控设备和服务信息，将其转化为可操作的情报。可靠性是保持网络基础设施平稳运行的一个重要问题。  

网络和云服务——物联网就是关于通信的。数据通信通过 LAN 或 WAN 技术从集线器转移到服务器；系统可以在本地或远程运行，并且可以是有线或无线的。  

增强服务——大数据计划、分析软件和数据服务器或云存储是物联网框架支持的一些增强服务。为了提供最大的商业价值，必须实时收集信息并针对公司绩效、设备维护要求、产品偏好和一系列新的交互式服务进行分析。  

为什么电路保护很重要

更多连接的设备会增加系统故障的机会，这当然不是为始终在线的智能设备保持最高可靠性的选择。例如，智能电网或智能交通应用程序必须以极高的可靠性运行并消除数据篡改的威胁。此外，许多设备位于偏远地区、户外、公共场所，或者可能由个人佩戴。在这些情况下，闪电、爆裂或静电放电 (ESD) 等瞬变对设备构成持续威胁。因此，物联网优化系统需要设计有先进的浪涌和电路保护，以确保敏感电路可靠运行。 

据估计，物联网的广泛采用将与对电路保护技术日益增长的需求相关。

电路保护解决方案包括一系列设备，包括适用于恶劣计算环境的坚固 SPD（浪涌保护设备）模块以及支持高效电源管理的定制磁性元件和微调器。Bourns MultiFuse 产品就是一个例子，旨在通过监控和管理电机和泵内部的过热来帮助避免灾难性故障。瞬态阻断单元器件提供低导电在线保护器件。随着物联网系统的不断普及，与这些电路保护技术集成的系统提高了可靠性，同时降低了物料清单 (BoM) 成本（见图 2）。

图 2：此 USB 接口保护示意图只是众多基于物联网的应用之一，这些应用需要由一系列在线保护解决方案处理，例如位置传感器以及磁性和微调电位计。

物联网的另一个需求是支持使用触摸屏和其他界面的移动设备用户，例如可以产生 ESD 事件的按钮、开关或连接器。防止 ESD 故障需要保护器件，例如 ESD 抑制器或 TVS 二极管。当设备支持每秒千兆位范围内的更高吞吐量时，ESD 保护需要更小的设备电容和更快的响应时间。例如，可提供亚皮法通道电容和纳秒响应时间的新型 ESD 保护器件。 

物联网的采用和增长

将低成本、高速通信技术、智能传感器和数据分析的爆炸式增长与通过先进电路保护技术确保更高设备可靠性的能力相结合，是物联网确保其未来成功采用和发展所需的基础。物联网连接的数量预计将继续呈指数增长。新的通信协议和系统架构将支持持续增长所需的带宽和计算性能。“智能传感器”将通过集成和通信促进数据收集和传播。分析物联网提供的数据提供了提高生产能力、降低能源消耗和增强多个业务流程的基本信息。 

对于致力于实现物联网承诺的 OEM，电路保护需要在设计周期的早期成为高度优先事项。通过有效的电路保护，消除了连接工作中系统可靠性的担忧。好消息是，系统设计人员拥有广泛的成熟和先进的电路保护解决方案可供选择，这些解决方案可作为关键的物联网推动者随时随地可靠地交付有用信息。

审核编辑 黄昊宇