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公司動態(tài)

智能家居之單火線智能開關(guān)電源模塊的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)

關(guān)鍵詞摘要:智能家居  單火線智能開關(guān) 電源模塊 設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn) 超微功耗 單火線開關(guān)  智能家居  智能開關(guān) 遙控開關(guān) WIFI燈控開關(guān) 觸摸開關(guān) 兩線制開關(guān)
      
前言
隨著智能家居的快速發(fā)展,單火線智能墻壁開關(guān)(只有單根火線進(jìn)/出,不需要零線)成為了傳統(tǒng)機(jī)械墻壁開關(guān)的升級換代(直接替代)產(chǎn)品,實(shí)現(xiàn)了燈具和電器開關(guān)的智能化控制(如聲控開關(guān),觸摸開關(guān),紅外線遙控開關(guān),人體感應(yīng)開關(guān),手機(jī)控制WIFI智能開關(guān)等)。并且,國內(nèi)外普通家庭大多為單火線布線,在升級實(shí)現(xiàn)智能化改造時(shí)往往要求新智能開關(guān)能直接代換舊有的機(jī)械墻壁開關(guān),更換時(shí)無需重新布線。所以開發(fā)新型電子智能照明開關(guān)都必須要求采用單線制(2 Wire 兩線制)的單火開關(guān)。
根據(jù)工作原理可知,凡是電子智能照明開關(guān)本身都需要消耗一定的電流,在待機(jī)時(shí),由于單火線開關(guān)待機(jī)取電是通過流過燈具的電流給智能開關(guān)的控制電路供電的,如果待機(jī)輸入電流太小就會導(dǎo)致待機(jī)電路不能正常工作,如果待機(jī)輸入電流太大就會導(dǎo)致燈具關(guān)閉后還會有閃爍或微亮(出現(xiàn)“關(guān)不死”的現(xiàn)象)等問題。特別是高阻抗的電子節(jié)能燈和LED燈(例如: 高效節(jié)能燈和AC直接驅(qū)動的AC LED燈具),對待機(jī)電流更為敏感。

單線制電子開關(guān)帶節(jié)能燈(LED燈)會閃爍的原因
電子開關(guān)為什么接白熾燈不會閃爍,而接節(jié)能燈和LED燈就會閃爍呢?這與節(jié)能燈(或LED燈)以及電子開關(guān)的自身構(gòu)造都有關(guān)系:由于電子開關(guān)是用電子電路組成的控制開關(guān),就一定要消耗一定的電流,這一電流必定要通過串接在電源回路中的節(jié)能燈(或LED燈)。由于電子節(jié)能燈(或LED燈)內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)的特殊性,即使流過節(jié)能燈(或LED燈)的電流很小,也會使節(jié)能燈產(chǎn)生不同程度的閃爍現(xiàn)象。

以下分析其中原因:節(jié)能燈(或LED燈)內(nèi)部電路一般采用了橋式整流電容濾波電路,如下圖
 單火線

當(dāng)電子開關(guān)本身消耗的微小的電流通過火線經(jīng)燈具內(nèi)部的橋式整流電路的濾波電容C時(shí),這一很小的電流向燈具內(nèi)部電容C充電,當(dāng)燈具內(nèi)部電容C上的直流電壓充到一定的程度時(shí)(約50V左右,不同的燈電路會有些差別),節(jié)能燈內(nèi)部的電子電路就會恢復(fù)工作而使節(jié)能燈(或LED燈)點(diǎn)亮,這時(shí)電容C兩端的電壓因?yàn)榉烹姸S則會下降,然后再開始下一回合的充電及放電過程。這樣,我們就會看到燈閃或微亮現(xiàn)象。
這一閃爍現(xiàn)象的間隔與流過的電流及節(jié)能燈(或LED燈)的內(nèi)部電路結(jié)構(gòu)密切相關(guān),很難進(jìn)行具體量化(如:多少瓦數(shù)以上的燈不會閃爍,哪些類型的燈不會閃爍)。經(jīng)過對大量各品牌不同廠家的節(jié)能燈進(jìn)行實(shí)際測試,發(fā)現(xiàn)引起節(jié)能燈閃爍的電流從20微安至100微安不等。有一些節(jié)能燈在電流小于10微安以下時(shí)都還會出現(xiàn)閃爍或者微亮的現(xiàn)象,另外燈閃爍與否與實(shí)際燈的標(biāo)稱功率瓦數(shù)也沒有直接的絕對關(guān)系(如: 測試發(fā)現(xiàn)有些1W甚至更小的燈都不會閃爍或微亮,而有一些5W的燈卻會出現(xiàn)閃爍或微亮)。

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內(nèi)外限制單火線(也稱: 2 wire,單極,兩線)智能開關(guān)發(fā)展的技術(shù)瓶頸。我們唯一可以做的就是: 將待機(jī)電流做到更小(15uA或者以下),以適應(yīng)更多的各類燈具,從而保證大部分(95%或以上)燈具不會出現(xiàn)閃爍。

單線制智能開關(guān)的DC供電電源(或者電源模塊)設(shè)計(jì)需要重點(diǎn)考慮兩個(gè)問題:
一方面盡可能的降低待機(jī)功耗: 減小待機(jī)電流,避免出現(xiàn)燈關(guān)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(guān)控制電路(如專用控制IC,MCU,紅外接收頭,RF遙控模塊,繼電器或者可控硅等)。由于電子開關(guān)工作時(shí)取電是通過開關(guān)斷開時(shí)的兩端壓差來取電的,當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)就沒有了壓差無法取電,這樣就會導(dǎo)致控制電路開時(shí)失電失控問題。對于這一問題,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,比如現(xiàn)在市場上一些二線制電子開關(guān)的控制電路的供電電路(或電源模塊)采用的方式有:
1、    方式一: 電子開關(guān)(觸摸開關(guān)、聲光控開關(guān)、人體感應(yīng)開關(guān)等)中的開關(guān)元件的開態(tài)和斷態(tài)情況下由同一電路供電,通過電容降壓再用穩(wěn)壓管穩(wěn)壓的方式給控制電路提供直流電源,在斷態(tài)時(shí),由于控制電路消耗的電流也是電子開關(guān)主回路的電流,所以電子開關(guān)主回路的電流必須比較大,如果接上小功率的燈泡,燈絲就會發(fā)紅,接上節(jié)能燈可能會出現(xiàn)關(guān)不斷的現(xiàn)象,所以此類兩線制電子開關(guān)大多數(shù)不能控制小功率的負(fù)載,同時(shí)用電容降壓,如果電流較大,電容的發(fā)熱非常嚴(yán)重,這樣就會給產(chǎn)品留下很大的故障隱患。

2、    方式二: 將開態(tài)和斷態(tài)的時(shí)由不同的電路供電,其實(shí)現(xiàn)方式是先將主回路電流整流,再取出部分直流電作為控制電流。其缺點(diǎn)是對整流器件要求高、且發(fā)熱嚴(yán)重,限制了負(fù)載功率的提高,不適用于較大功率燈具。

 

上述兩種電源模塊,都解決了電子開關(guān)斷態(tài)時(shí)供電電流較大的問題,但對于電子開關(guān)控制的負(fù)載的功率范圍、穩(wěn)定性及其電源轉(zhuǎn)換效率方面,還是存在一定的不足。

      于是,東莞市迅迪電 子公司研發(fā)推出了PI系列超小型一體化電源模塊,其輸入電壓范圍非常寬(6V-380V) 、輸出功率較大(高達(dá)200mA)、輸出電壓可選(,3.3V,5V等),燈具負(fù)載范圍寬(1W-3000W)、功耗低發(fā)熱較 小。可以為控制電路(如專用控制IC,MCU,紅外接收頭,RF遙控模塊,繼電器或者可控硅等)提供穩(wěn)定的工作電源。該產(chǎn)品的優(yōu)點(diǎn)是拋棄現(xiàn)有二線制開關(guān)通 過開態(tài)供電路和斷態(tài)供電路結(jié)合的方式供電,而是利用此電源模塊的超寬電壓輸入特點(diǎn)(確保無論開燈或者關(guān)燈時(shí)都能實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定供電),保證子電子開關(guān)的安全穩(wěn) 定。電源模塊電路的轉(zhuǎn)換效率較高,在電子開關(guān)斷態(tài)時(shí),轉(zhuǎn)換效率達(dá)到65%以上并且主回路上的電流較小,可以帶絕大多數(shù)節(jié)能燈或LED燈而不出現(xiàn)爍或者微亮現(xiàn)象。此系 列超小型一體化電源模塊可以根據(jù)實(shí)際控制電路需要(如,是采用專用IC還是采用MC;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,如可控硅版本(負(fù)載1W-300W)用的有PI-05V-B4,PI-3V3-B4等,繼電器版本(負(fù)載1W-3000W)用的有PI-05V-D4(配合繼電器驅(qū)動模塊XD-KC024)等

 

智能開關(guān)無零線供電主要有兩種方式:

1)單火智能開關(guān)單火線取電(單火線模塊內(nèi)置),如XD301,XD301F等
2)零火智能開關(guān)單火線供電(單火線套件外接),如XD101/XD102等
 

【單火線模塊選型】

1)XD301單火線開關(guān)模塊|適用于ZigBee/BLE Mesh單火開關(guān)

2)XD301F單火線開關(guān)模塊|適用于智能中控屏|全面屏|觸屏語音智能開關(guān)等

3)XD30A單火線開關(guān)模塊|適用于WiFi/NB-IOT單火開關(guān)

4)XD303單火線開關(guān)模塊|適用于開關(guān)型NB-IOT室溫采集器

5)XD501單火線串聯(lián)取電模塊|適用于開關(guān)型NB-IOT室溫采集器(開燈取電)

6) XD101 XD102零火轉(zhuǎn)單火套件 零火智能開關(guān)單火線供電套件組件(外接式)【new]

 

相關(guān)下載:

1.單火線取電技術(shù)

 

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