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物聯網系統中為什么要使用電子開關

物聯網系統中使用電子開關的原因主要體現在以下幾個方面：

自動化與智能化控制

自動控制：電子開關能夠基于預設的條件或指令自動執行開關操作，無需人工干預。在物聯網系統中，這種自動化控制能力至關重要，因為它可以確保設備在需要時自動開啟或關閉，從而提高系統的整體運行效率。

智能控制：通過結合傳感器、微控制器等元件，電子開關能夠實現對環境參數（如溫度、濕度、光照等）的實時監測，并根據這些參數的變化自動調整設備的工作狀態。這種智能控制能力使得物聯網系統能夠更加精準地滿足用戶需求，提升用戶體驗。

提高系統安全性

防止過載與短路：電子開關通常配備有過載保護和短路保護功能，能夠在電流異常時迅速切斷電源，防止設備損壞或引發火災等安全事故。這種保護機制對于確保物聯網系統的安全穩定運行具有重要意義。

隔離功能：部分電子開關在輸入部分和輸出部分之間具有隔離功能，能夠有效防止電路之間的相互影響和干擾，降低系統故障的風險。

節能環保

節能：電子開關可以通過智能控制實現設備的按需供電，避免不必要的能源浪費。例如，在智能家居中，電子開關可以根據室內人員的活動情況自動調整照明和空調等設備的工作狀態，從而達到節能的目的。

環保：由于電子開關通常使用電子元件而非傳統機械觸點進行開關操作，因此不會產生機械磨損和電弧等有害物質，對環境更加友好。

適應性與靈活性

多種應用場景：電子開關適用于各種物聯網場景，包括智能家居、工業自動化、農業溫室等。其廣泛的應用范圍使得物聯網系統能夠更加靈活地應對不同領域的需求。

易于集成：電子開關通常具有標準的接口和通信協議，易于與其他物聯網設備或系統進行集成。這種集成能力使得在物聯網系統中部署電子開關變得更加簡單快捷。

具體應用場景

在家庭智能化中，電子開關可以通過接收WiFi信號實現遠程控制燈光或其他電器設備的開關。電子開關在能源管理領域也扮演著重要的角色，它可以幫助實現能源的高效利用和節約。此外，它們用于許多現代應用，例如電機，HVAC和工業，自動化，汽車，航空航天，機器人和更多商業應用的VFD驅動器。

綜上所述，物聯網系統中使用電子開關的原因是多方面的，包括提高系統的自動化與智能化水平、增強系統的安全性、實現節能環保以及提升系統的適應性與靈活性等。這些優勢使得電子開關在物聯網系統中扮演著不可或缺的角色。

本文會再為大家詳解電力電子器件家族中的一員——電子開關。

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電子開關定義

電子開關是指利用電子電路以及電力電子器件實現電路通斷的運行單元，通過運用半導體材料中特定特性來實現控制電流的流動和終止，開關狀態的改變，電子開關沒有物理接觸或移動部件，可以通過電信號或編程電路（如微控制器或微處理器）自動操作。

03

電子開關分類及其原理

從原理上區分，大體可分為模擬開關與數字開關其中：

模擬開關： 模擬開關基于模擬電路原理，通過改變其內部電阻或導通狀態，控制模擬信號的通斷和連接。模擬開關通常使用晶體管、MOSFET或機械式觸點等元件來實現。

數字開關： 數字開關基于數字信號處理原理，通過邏輯門或存儲器等數字電路，根據輸入的離散信號控制輸出信號的狀態轉換。數字開關通常直接處理二進制信號（0和1）。

電子開關在現代電子技術中應用廣泛，它可以實現電路的自動調節、遠程控制以及高效能量轉換等功能，它們操作精確，確保系統的穩定性和可靠性，沒有開關操作的噪音。

04

電子開關基本類型

基本類型的電子開關。如晶閘管、晶體管、場效應管、可控硅等。

二極管作為開關

一個基本的PN結二極管可用作開關。正向偏置中的二極管充當閉合開關，而在反向偏置的情況下充當開路開關。PN結二極管由硅或鍺（半導體材料）制成。當向二極管施加0.7V（如果是鍺則為0.3V）作為閾值限制時，它以高狀態工作，即正向偏置，例如閉合電路，電流開始流過它。對于高負載電器，功率二極管和整流器用于開關操作。

NPN晶體管作為開關

當逆變器的輸入為高“+5V”時，NPN晶體管飽和，其輸出為低“≈0V”。當逆變器的輸入為低電平時，晶體管被切斷，其輸出為高電平。總之，在飽和區域，它像閉合開關一樣“開”在截止區域，它像開路開關一樣“關閉”。

場效應管（MOSFET）

與晶體管類似，MOSFET被廣泛用作電力電子設備中的開關器件，即使是MHz的高頻也是如此。MOSFET（P溝道或N-Chanel）是一種電壓控制器件，MOSFET作為開關器件的ON和OFF操作可以通過控制柵極到源極（輸入）電壓來控制。MOSFET（金屬氧化物半導體場效應晶體管）有三個端子。柵極（控制）漏極（輸入、輸出）源級（輸入，輸出）

與晶體管類似，MOSFET被廣泛用作電力電子設備中的開關器件，晶體管屬于電流控制，MOSFET屬于電壓控制，因此，在信號源額定電流極小的情況，應選用MOSFET。此外，MOSFET是多子導電，濃度對溫度、輻射等外界條件不敏感，因此，對于環境變化較大的場合，采用場效應管比較合適.

可控硅

SCR 代表可控硅整流器，作為晶閘管，它有三個端子，即陽極，陰極和門。SCR是一個四層和三個結的單向設備，即PNPN和J1，J2和J3。它們也稱為PN PN結或鎖存開關（類似于數字鎖存器），通過控制其柵極輸入電壓和偏置操作，可用作ON和OFF開關。用于高速開關應用，工業中的整流器和功率控制。

IGBT

IGBT代表絕緣柵雙極晶體管，它是BJT晶體管和MOSFET的組合。它有三個端子，即發射器，集電極和柵極。它們用于高速開關應用。

與BJT晶體管和MOSFET類似，IGBT可用作ON和OFF開關，如下所示：當 VGE是 0v，沒有 IC并且設備像打開開關一樣保持關閉狀態。當 VGE超過閾值限制，IC開始增加，設備打開。作為高速開關，在工業用電機、民用小容量電機、變換器（逆變器）、照相機的頻閃觀測器、感應加熱（InductionHeating）電飯鍋等領域應用。

GTO 可關斷晶閘管

GTO代表柵極關閉OFF是一種基于晶閘管的半導體和完全控制的單向開關器件。它有三個端子，即陽極、陰極和柵極。GTO可用作ON和OFF應用的開關，其中開關操作可以通過柵極端子進行控制。

可關斷晶閘管既保留了普通單向晶閘管耐壓高、電流大的特性，又具備了自關斷能力，且關斷時間短，不需要復雜的換向電路，工作頻率高，使用方便，但對關斷脈沖信號的脈沖功率和門極負向電流的上升率要求較高。可關斷晶閘管是理想的高壓、大電流開關器件，廣泛用于斬波調速、變頻調速、逆變電源等領域。

雙向可控硅

TRIAC縮寫為“交流電三極管”。與DIAC類似，它是一種雙向半導體控制開關，能夠在兩個方向上傳導電流。

它有三個終端（即主終端MT1和MT2和門），具有4層設備，背靠背連接的SCR在一個單元中，用于調節交流電路中的功率，風扇和電機的速度控制，燈具和燈光的調光器等。

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審核編輯 黃宇