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    單火線取電技術

    【關鍵詞摘要】單火線取電技術 單火線 ZigBee 智能家居 智能開關 無線遙控開關 觸摸開關 單火線取電  單火線供電 變壓器電源變換 超微功耗電源轉換器 PI-3V3-B4 PI-05V-D4

    由于國內外普通傳統機械墻壁開關盒大多為單火線布線(為節省成本沒有預設“多余的”零線),而在智能家居升級實現智能化改造時往往要求新型智能開關能直接代換舊有的機械墻壁開關無需重新布線,為了解決這個難題,所以新型電子智能開關都必須要求采用單火線供電方式,其核心就是單火線取電技術。

          單火線取電技術的難點在于,在燈具關閉時,單火智能開關是和燈具串聯后接入電網的,所以流過智能開關和燈具的電流大小是一樣的,電流小就會導致智能開關電路不能工作,如果電流過大就會導致燈具會有間歇性閃爍(俗稱“鬼火”)等問題。

    單火線智能開關的DC供電電源(或者電源模塊)設計需要重點考慮兩個問題:一方面盡可能的降低待機功耗: 減小待機電流,避免出現燈關后閃爍或者微亮;另一方面是單火線的取電問題: 提供足夠的輸出電流給電子開關控制電路(如專用控制IC、MCU、紅外接收頭、RF遙控模塊、ZigBee芯片、繼電器或者可控硅等)。由于電子開關工作時取電是通過開關斷開時的兩端壓差來取電的,當開關閉合時就沒有了壓差無法取電,這樣就會導致控制電路開時失電失控問題。對于這一問題,有很多的解決辦法出現,但有些還是比較復雜,電路成本也較高。目前市場上一些單火線電子開關的單火線取電技術主要有:

    方案一:變壓器電源變換取電法

    其實現方式是先將主回路電流整流,再經電子變壓器進成DC-DC轉換取出直流電作為控制電流。變壓器電源變換取電方案的優點是:成品較低。

    單火線模塊原理圖

    此單火線取電技術的缺點是:電路穩定性較差,生產調試非常困難且不良品較高,另外負載兼營性也是非常有限:因為變壓器轉換方式效率很低(有些人標示為85%,實際測試一般為35%左右)功耗較高,帶節能燈或LED燈可能會出現關不斷的現象而出現閃爍現象,所以不能控制小功率的負載。采用此種方案的電子開關廠家,往往在產品使用說明書中要求用戶在節能燈或LED燈的兩端并接旁路電容或電阻,其方法是在節能燈或LED燈的兩端并接一個0.1微法左右的電容或68K左右的電阻,由于外加電容或電阻的交流旁路作用,流過節能燈或LED燈的電流比較小,因而可以避免部分節能燈或LED燈閃爍,外加電阻或電容配件主要是優點就是開發技術難度較低;但是一方面因為外加電容體積及外加電阻自身發熱的問題,外加電容或電阻只能提供比較有限的電流,無法保證某些中高檔電子開關(如Zigbee智能開關等)的自身供電電流足夠,因而兼營的燈具比較有限,另一方面從安裝的角度來說不太方便,需要額外拉線駁接這個電容或電阻配件,這將增加了安裝的難度而影響了消費體驗,所以目前極少用在中高檔智能開關產品中,只是在市場上的一些普通的低檔單火線開關中比較常見。、

    單火線智能開關原理圖

    上述變壓器電源變換取電法,已經初步解決了電子開關的自身供電的問題(解決了電子開關斷態時供電的問題),但對于電子開關控制的負載的功率范圍、穩定性及其電源轉換效率方面,還是存在明顯的不足。

    方案二:超微功耗電源轉換器取電法

    為了降低電子開關自身功耗、減少待機電流,一方面除了對控制電路(如控制芯片、RF無線模塊等)要選用低功耗的電子元器件來減小電源的負荷之外;另一方面單火取電電源電路要采用效率高功耗小的超微功耗電源變換器;這樣才能將電子開關自身整機功耗限制在0.01W以內,我們可以從理論上計算一下:節能燈的Max不閃爍電流I=30uA,開關和燈是串聯的,那么待機功耗 P=Ui=220V×30uA=0.0088W=7.33mw; 現在視為理想情況輸出效率為100%,若輸出電壓按Uo=5V計算,那么電子開關自身電源的輸出電流Io=P/Uo=0.00733W/5V=1.46mA ,而實際上由于電源開關管的穿透電流在10uA以上,這種超微功耗電源效率做到100%是不可能的,達到60%以上都極為困難,實際電子開關的電源供給負載的電流達到1mA就不錯了。這種方案的優點是電路耗電極低,可以兼營更多的燈具不會出現閃爍情況,但是超微功耗電源轉換器電路復雜,成本較高。目前市場上出現了一些一體化的小體積微功耗單火線電源模塊 (如可控硅專用型PI-3V3-B4,繼電器專用型PI-05V-D4),由于其專業化程度比較高、性能穩定、無需調試,能夠滿足各類負載功率(如:小功率LED燈、大功率電器等)及負載類型(包括阻性、容性、感性負載,如白熾燈、熒光燈、節能燈、LED燈、節能燈等)的應用要求,特別是可以接各種日光燈(包括傳統電感鎮流器、新型電子鎮流器類型),不失為智能家居廠家開發智能開關的一種捷徑,從而快速突破單火線取電的技術瓶頸而將開發重點轉移到產品智能化設計上面來。 

    單火線取電電路

     

         東莞市迅迪電子有限公司研究單火線取電技術多年,2015年初研發推出的PI系列超小型一體化電源模塊,其輸入電壓范圍非常寬(13V-380V) 、輸出功率較大(Max200mA)、輸出電壓可選(常用3.3V, 5V),燈具負載范圍寬(參考:3W-3000W)、功耗低發熱較小??梢詾榭刂齐娐罚ㄈ鐚S每刂?span lang="EN-US">IC、MCU、紅外接收頭、RF遙控模塊、ZigBee模塊、藍牙模塊、繼電器或者可控硅等)提供穩定的工作電源。該產品的優點是采用超微功耗電路設計,利用此電源模塊的超寬電壓輸入特點(確保無論開燈或者關燈時都能實現穩定供電),保證了電子開關的安全穩定,電源模塊電路的轉換效率較高,在電子開關斷態時,轉換效率達到65%以上并且主回路上的電流較小,可以帶絕大多數節能燈和LED燈而不出現爍或者微亮現象。此系列超小型一體化電源模塊可以根據實際控制電路需要(如,是采用專用IC還是采用MCU;是采用紅外接收還是RF遙控,是采用繼電器還是可控硅,....等等,不同的控制電路所需要的工作電壓和工作電流不一樣)來選用,(如可控硅專用型PI-3V3-B4、PI-05V-B4,繼電器專用型PI-05V-D4)。

     

     單火線取電模塊

     

     

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