單火線電子照明開(kāi)關(guān)電源模塊的研制心得

可做出待機(jī)電流15微安的智能照明開(kāi)關(guān)

單火線智能控制墻開(kāi)關(guān)是傳統(tǒng)機(jī)械墻壁開(kāi)關(guān)的換代產(chǎn)品，她使家居燈光、電器的開(kāi)關(guān)控制變得智能化。并且，國(guó)內(nèi)外普通家庭大多為單火線布線，由于金屬導(dǎo)線越來(lái)越昂貴，多走一根線的成本遠(yuǎn)高于開(kāi)關(guān)本身實(shí)施單火線增加的成本。所以生產(chǎn)電子照明開(kāi)關(guān)的廠家都在單線制這一技術(shù)投入了很大的人力進(jìn)行研究。我公司也在這方面進(jìn)行了長(zhǎng)達(dá)十年的研究。

我們都知道，凡是電子智能照明開(kāi)關(guān)本身都需要消耗一定的電流，在待機(jī)時(shí)，由于單火線開(kāi)關(guān)待機(jī)取電是通過(guò)流過(guò)燈具的電流給開(kāi)關(guān)的控制電路供電的，如果待機(jī)輸入電流小就會(huì)導(dǎo)致待機(jī)電路不能工作，如果待機(jī)輸入電流大就會(huì)導(dǎo)致電子節(jié)能燈關(guān)后會(huì)有冷閃光等問(wèn)題。特別是即將出現(xiàn)的LED照明燈，對(duì)待機(jī)電流更是苛刻。

當(dāng)電子開(kāi)關(guān)本身消耗的微小的電流通過(guò)火線經(jīng)燈具內(nèi)部的橋式整流電路的濾波電容時(shí)，這一很小的電流向電容充電，當(dāng)電容上的直流電壓充到一定的程度時(shí)（約150V左右），節(jié)能燈的電子電路就會(huì)工作使節(jié)能燈起輝閃亮，這時(shí)電容兩端的電壓立即下降，等待下一次的充電。這一閃爍現(xiàn)象的間隔與流過(guò)的電流及節(jié)能燈的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)密切相關(guān)，很難量化。經(jīng)過(guò)對(duì)大量各品牌不同廠家的節(jié)能燈實(shí)測(cè)，引起節(jié)能燈閃爍的電流從30微安至100微安不等。有一些節(jié)能燈在電流小于20微安以下時(shí)都還會(huì)出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象。所以，微功耗單火待機(jī)和工作電源電路的研發(fā)難度非常大，到目前為止這仍是國(guó)內(nèi)外限制單火線（單極）智能產(chǎn)品發(fā)展的最主要技術(shù)瓶頸。我們唯一可以做的就是待機(jī)電流做得越小就越能適應(yīng)更多的各種燈具。

綜上所述，單線制智能開(kāi)關(guān)的供電部份就是關(guān)鍵。由于小電流的電源變換效率很難提高，一般在30%~50%左右。根據(jù)我的的研制體會(huì)，降低電源本身的空載電流就很有效地降低待機(jī)電流。以我公司最近研制成功的DY10A的電源模塊，空載電流只有8微安，輸出電壓為6.4V，在輸出電流為0.1mA時(shí),輸出功率0.64mW。這時(shí)串入節(jié)能燈后電源模塊輸入端的電壓為270V左右，輸入電流為11.5微安（包括8微安的空載電流），則輸入功率為3.12mW。效率為0.64÷3.12＝20%。如果輸出電流為1mA，則輸出功率為6.4 mW，這時(shí)模塊輸入端的輸入電流為47.5微安，輸入功率為267V×0.0475=12.68 mW，效率為6.4÷12.68＝50%。在這里計(jì)算時(shí)為了避免功率因數(shù)的影響，都是采取在模塊的輸入端測(cè)直流電壓電流。我們?cè)谧鲭娮诱彰鏖_(kāi)關(guān)的控制電路時(shí)使用的電源電流大多數(shù)都在這一電流范圍內(nèi)。拿人體感應(yīng)開(kāi)關(guān)的控制電路為例，BISS0001、HT7610A的電流都在100微安左右，CS9803電流在0.6~0.8mA。只要我們?cè)谠O(shè)計(jì)的時(shí)候盡量降低控制電路的靜態(tài)電流是至關(guān)重要的。在聲控開(kāi)關(guān)方面，采用4011或者分立三極管的設(shè)計(jì)都能控制在100到200微安之間，所以只要采取我公司開(kāi)發(fā)的DY10A型的電源模塊，是可以做出待機(jī)電流在15微安左右的電子照明開(kāi)關(guān)的。

另外一個(gè)重要的問(wèn)題是單火線的取電問(wèn)題。在工作中，由于電子照明開(kāi)關(guān)工作時(shí)取電是通過(guò)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)的兩端壓差來(lái)取電的，當(dāng)開(kāi)關(guān)閉合時(shí)就沒(méi)有了壓差無(wú)法取電，這樣就會(huì)導(dǎo)致控制電路開(kāi)時(shí)失電失控問(wèn)題。對(duì)于這一問(wèn)題，有很多的解決辦法出現(xiàn)，但有些還是比較復(fù)雜電路成本也較高。由于我們的模塊具有很寬的輸入電壓范圍，在輸出電流小于1mA的情況下，其輸入直流電壓范圍達(dá)到了12~400V。解決這一問(wèn)題的方法就稍簡(jiǎn)單一點(diǎn)。下面就針對(duì)我們的模塊提出幾種取電方法供參考。

一、濾波電容儲(chǔ)電法:圖一

我們上面說(shuō)過(guò)，當(dāng)控制電路的電流比較小時(shí)，高壓輸入端的電流只有十幾微安，即使用高壓濾波電容儲(chǔ)存的電壓也能為電源模塊供電一段時(shí)間的。不過(guò)這方案對(duì)電路的設(shè)計(jì)要有一定的要求，首先控制電路的電流必須較小，最好小于100微安，二是要具備不可重復(fù)觸發(fā)的功能，即完成一個(gè)周期的延時(shí)后必須有一個(gè)短暫的間隔時(shí)間（0.5秒以上），以便讓電容重新充電，比如人感電路BIS0001,只要把1腳接地，就具有單次不可重復(fù)觸發(fā)功能。另外很多聲控電路也會(huì)設(shè)計(jì)成不可重復(fù)觸發(fā)的。

還有一個(gè)要注意的是單向可控硅的觸發(fā)電流要盡量小，最好小于20微安，這樣可以減小輸入端的電流延長(zhǎng)電容的放電時(shí)間。

根據(jù)實(shí)際測(cè)試（測(cè)試時(shí)模塊的輸出電流定為100微安，輸出電壓從6.4V下降到6V即認(rèn)為是電容放電時(shí)間），不同容量的濾波電容C1的供電時(shí)間如下：

3.3μF      42秒

4.7μF      75秒

6.8μF      110秒

10μF      160秒

我們只要把延時(shí)時(shí)間設(shè)計(jì)為電容C1放電時(shí)間的一半（因?yàn)殡娊怆娙莸恼`差較大），電路就可以正常工作。這種方法通常適用于延時(shí)時(shí)間不大于50秒的電路，如果設(shè)計(jì)的延時(shí)時(shí)間很長(zhǎng)那就要采用下面的電路。

二、控制可控硅導(dǎo)通角法：圖2

該電路的巧妙之處是:利用交流電過(guò)零后的起始段部分來(lái)給電路供電;在電壓上升到設(shè)定值之后.單向可控硅導(dǎo)通.電路便被旁路。這樣，一方面保證了輸出電壓的穩(wěn)定，解決了因?yàn)樨?fù)載燈具電流的變化而影響電路自身供電的問(wèn)題，帶負(fù)載能力強(qiáng);另一方面，由于可控硅工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，其有自身壓降小、功耗低等優(yōu)點(diǎn)。用戶要改變輸出電源電壓的高低，只要改變穩(wěn)壓二極管的穩(wěn)壓值就可以輕易實(shí)現(xiàn)。

該方法加入了高反壓三極客MMBTA44，所以可控硅的觸發(fā)電流不再由電源模塊提供，對(duì)于常用的10A以下的單雙向可控硅都可以直接觸發(fā)，并且對(duì)電路的延時(shí)時(shí)間沒(méi)有限制，只是不適用于多路控制。但要注意當(dāng)可控硅導(dǎo)通后，模塊的輸出電流不能大于1.2毫安，就是說(shuō)控制芯片電路的靜態(tài)電流不能超過(guò)1.2毫安。因?yàn)檫@種取電電路當(dāng)輸出電流大于1.2毫安后，模塊的輸出電壓下降較多，但只要保證三端穩(wěn)壓電源的輸入端電壓大于輸出電壓0.2V就可保證電路供電的穩(wěn)定性。同時(shí)為了防止誤觸發(fā)，單向可控硅的觸發(fā)電流最好大于30微安。

三、多路控制的取電方法：

以上兩種方法都只能作為單路控制。對(duì)于觸摸、遙控等需要多路控制的開(kāi)關(guān)，目前一般是在開(kāi)關(guān)回路中串接一個(gè)取電電路，利用燈負(fù)載電流在該回路產(chǎn)生的電壓降作為開(kāi)態(tài)供電。實(shí)現(xiàn)這一方法的電路有很多種，但本人覺(jué)得還是以雙向可控硅取電的電路比較簡(jiǎn)單，具體電路見(jiàn)圖3、4。

圖3電路是用繼電器作為開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)元件，由于繼電器的驅(qū)動(dòng)電流比較大，以目前驅(qū)動(dòng)電流最小的SH-105LM型的繼電器為例驅(qū)動(dòng)電流也要40mA。由于驅(qū)動(dòng)電路是靠負(fù)載回路的電流來(lái)工作的，所以對(duì)開(kāi)關(guān)控制的最小的負(fù)載功率是有要求的。雙向可控硅取電電路對(duì)負(fù)載電流的利用率約為70%左右，如果不對(duì)驅(qū)動(dòng)電路采取一定的措施，則負(fù)載電流要達(dá)到60 mA左右，對(duì)純阻的負(fù)載功率就要13W，即使是節(jié)能燈類功率因數(shù)小于1的燈具也要9~10W左右，為此，為了控制的負(fù)載功率能盡量小，我們要繼電器的線圈回路串入了電阻與及并聯(lián)了一個(gè)電容組成低電流維持電路，我們知道繼電器的吸合電流比維持電流要大。在兼顧性能的前提下，維持電流比吸合電流降低一半是完全可以正常工作的。采取這一措施以后開(kāi)關(guān)控制的最小功率可以下降到5W。

至于能控制的最大功率則取決于可控硅的電流與及散熱措施。

圖4電路采用光耦可控硅作為驅(qū)動(dòng)元件，由于光耦可控硅的驅(qū)動(dòng)電流只要5 mA即可，所以可以控制的負(fù)載功率小至2W。對(duì)于控制更小功率的多路取電電路我們正在努力，同行們加油！