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单火线取电技术

菜鸟
2016-02-13 21:26:04     打赏
【关键词摘要】单火线 ZigBee 智能家居 智能开关 无线遥控开关 触摸开关 单火线取电  单火线供电 变压器电源变换 超微功耗电源转换器 PI-3V3-B4 PI-05V-D4

由于国内外普通传统机械墙壁开关盒大多为单火线布线(为节省成本没有预设“多余的”零线),而在智能家居升级实现智能化改造时往往要求新型智能开关能直接 代换旧有的机械墙壁开关无需重新布线,为了解决这个难题,所以新型电子智能开关都必须要求采用单火线供电方式,其核心就是单火线取电技术

      单火线取电技术的难点在于,在灯具关闭时,单火智能开关是和灯具串联后接入电网的,所以流过智能开关和灯具的电流大小是一样的,电流小就会导致智能开关电路不能工作,如果电流过大就会导致灯具会有间歇性闪烁(俗称“鬼火”)等问题。

单火线智能开关的DC供电电源(或者电源模块)设计需要重点考虑两个问题:一方面尽可能的降低待机功耗: 减小待机电流,避免出现灯关后闪烁或者微亮;另一方面是单火线的取电问题: 提供足够的输出电流给电子开关控制电路(如专用控制IC、MCU、红外接收头、RF遥控模块、ZigBee芯片、继电器或者可控硅等)。由于电子开关工作 时取电是通过开关断开时的两端压差来取电的,当开关闭合时就没有了压差无法取电,这样就会导致控制电路开时失电失控问题。对于这一问题,有很多的解决办法 出现,但有些还是比较复杂,电路成本也较高。目前市场上一些单火线电子开关的取电方式主要有:

方案一:变压器电源变换取电法

其实现方式是先将主回路电流整流,再经电子变压器进成DC-DC转换取出直流电作为控制电流。变压器电源变换取电方案的优点是:成品较低。

电源模块

其缺点是:电路稳定性较差,生产调试非常困难且不良品较高,另外负载兼营性也是非常有限:因为变压器转换方式效率很低(有些人标示为85%,实际测试一般 为35%左右)功耗较高,带节能灯或LED灯可能会出现关不断的现象而出现闪烁现象,所以不能控制小功率的负载。采用此种方案的电子开关厂家,往往在产品 使用说明书中要求用户在节能灯或LED灯的两端并接旁路电容或电阻,其方法是在节能灯或LED灯的两端并接一个0.1微法左右的电容或68K左右的电阻, 由于外加电容或电阻的交流旁路作用,流过节能灯或LED灯的电流比较小,因而可以避免部分节能灯或LED灯闪烁,外加电阻或电容配件主要是优点就是开发技 术难度较低;但是一方面因为外加电容体积及外加电阻自身发热的问题,外加电容或电阻只能提供比较有限的电流,无法保证某些中高档电子开关(如Zigbee 智能开关等)的自身供电电流足够,因而兼营的灯具比较有限,另一方面从安装的角度来说不太方便,需要额外拉线驳接这个电容或电阻配件,这将增加了安装的难 度而影响了消费体验,所以目前极少用在中高档智能开关产品中,只是在市场上的一些普通的低档单火线开关中比较常见。、

电源模块

上述变压器电源变换取电法,已经初步解决了电子开关的自身供电的问题(解决了电子开关断态时供电的问题),但对于电子开关控制的负载的功率范围、稳定性及其电源转换效率方面,还是存在明显的不足。

方案二:超微功耗电源转换器取电法

为了降低电子开关自身功耗、减少待机电流,一方面除了对控制电路(如控制芯片、RF无线模块等)要选用低功耗的电子元器件来减小电源的负荷之外;另一方面 单火取电电源电路要采用效率高功耗小的超微功耗电源变换器;这样才能将电子开关自身整机功耗限制在0.01W以内,我们可以从理论上计算一下:节能灯的最 大不闪烁电流I=30uA,开关和灯是串联的,那么待机功耗 P=Ui=220V×30uA=0.0088W=7.33mw; 现在视为理想情况输出效率为100%,若输出电压按Uo=5V计算,那么电子开关自身电源的输出电流Io=P/Uo=0.00733W /5V=1.46mA ,而实际上由于电源开关管的穿透电流在10uA以上,这种超微功耗电源效率做到100%是不可能的,达到60%以上都极为困难,实际电子开关的电源供给负 载的电流达到1mA就不错了。这种方案的优点是电路耗电极低,可以兼营更多的灯具不会出现闪烁情况,但是超微功耗电源转换器电路复杂,成本较高。目前市场 上出现了一些一体化的小体积微功耗单火线电源模块 (如可控硅专用型PI-3V3-B4,继电器专用型PI-05V-D4等),由于其专业化程度比较高、性能稳定、无需调试,能够满足各类负载功率(如:小 功率LED灯、大功率电器等)及负载类型(包括阻性、容性、感性负载,如白炽灯、荧光灯、节能灯、LED灯、节能灯等)的应用要求,特别是可以接各种日光 灯(包括传统电感镇流器、新型电子镇流器类型),不失为智能家居厂家开发智能开关的一种捷径,从而快速突破单火线取电的技术瓶颈而将开发重点转移到产品智 能化设计上面来。 

电源模块

 

     东莞市迅迪电子于2015年初研发推出的PI系列超小型一体化电源模块,其输入电压范围非常宽(13V-380V) 、输出功率较大(最大200mA)、输出电压可选(常用3.3V, 5V等),灯具负载范围宽(参考:3W-3000W)、功耗低发热较小。可以为控制电路(如专用控制IC、MCU、红外接收头、RF遥控模块、 ZigBee模块、蓝牙模块、继电器或者可控硅等)提供稳定的工作电源。该产品的优点是采用超微功耗电路设计,利用此电源模块的超宽电压输入特点(确保无 论开灯或者关灯时都能实现稳定供电),保证了电子开关的安全稳定,电源模块电路的转换效率较高,在电子开关断态时,转换效率达到65%以上并且主回路上的 电流较小,可以带绝大多数(因为世界上的灯具品种繁多质量参差不齐,不可能兼营所有!)节能灯和LED灯而不出现烁或者微亮现象。此系列超小型一体化电源模块可以根据实际控制电路需
要(如,是采用专用IC 还是采用MCU;是采用红外接收还是RF 遥控,是采用继电器还是可控硅,....等等,不同的控制电路所需要的工作电压和工作电流不一样)来选用,(如可控硅专用型PI-3V3-B4、PI-05V-B4,继电器专用型PI-05V-D4 等)。

单火线取电技术.pdf




关键词: 单火线取电技术    

专家
2016-02-14 20:47:15     打赏
2楼

院士
2016-02-14 22:35:00     打赏
3楼
学习了。单线取电确实使用有点不便,但适合零线未进开关盒的布线。

助工
2016-02-16 10:57:49     打赏
4楼
楼主写的8错~

专家
2016-02-17 12:57:02     打赏
5楼
Mark,不知能否申请到样品测试参数真假?

菜鸟
2016-02-18 10:39:19     打赏
6楼
mark

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