一種用于二線制電子開關(guān)的供電電路設(shè)計(jì)

目前，二線制(無零線輸入)電子墻壁開關(guān)除供電電路之外的其它電路(如控制電路、驅(qū)動(dòng)元件等)的供電,大多采用在開關(guān)關(guān)閉時(shí)由關(guān)態(tài)供電電路在電力線路的電壓回路中取電的方法(即關(guān)態(tài)供電方法，其電路稱為關(guān)態(tài)供電電路)，以及在開關(guān)開啟時(shí)，由開態(tài)供電電路在電力線路的電流回路中取電的供電方法(即開態(tài)供電方法，其電路稱為開態(tài)供電電路)。關(guān)態(tài)供電方法一般采用阻容降壓整流濾波或變壓器降壓整流濾波，當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，由于開關(guān)的控制電路需要維持正常待機(jī)工作，會(huì)消耗較小的功率，而在開關(guān)開啟的瞬間，開關(guān)消耗較大的功率，用繼電器作為開關(guān)的驅(qū)動(dòng)元件更是如此。即使控制電路及微控制器在開關(guān)關(guān)閉時(shí)的待機(jī)功耗很低，為了保證開關(guān)的正常開啟，需要較大的關(guān)態(tài)供電電流，大于等于開關(guān)的最大工作電流，否則，開關(guān)開啟的瞬間電壓迅速下降，使得控制電路不能繼續(xù)正常工作。因此，在開關(guān)關(guān)閉時(shí)仍有較大的待機(jī)電流流過開關(guān)，當(dāng)負(fù)載為節(jié)能燈或日光燈時(shí)，燈具會(huì)發(fā)生閃爍現(xiàn)象。為了不使燈具閃爍，有的采用在負(fù)載兩端并聯(lián)阻容元件作為負(fù)載連接器的方法，這就增加了安裝難度，使電子開關(guān)難以推廣。

　　基于以上問題，本文提供了一種用于二線制電子開關(guān)的供電電路，在開關(guān)關(guān)閉時(shí)給控制電路提供很小的電流，用以維持待機(jī)工作，開關(guān)開啟的瞬間，先由控制單元控制關(guān)態(tài)供電單元，提供較大的工作電流給控制單元和驅(qū)動(dòng)元件，使開關(guān)開啟，然后轉(zhuǎn)入開態(tài)供電狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，控制單元控制關(guān)態(tài)供電單元提前進(jìn)入大電流工作狀態(tài)，迅速補(bǔ)充開關(guān)關(guān)閉瞬間控制單元和驅(qū)動(dòng)元件消耗的功率，使電源濾波電容兩端的電壓維持在額定值。有效地解決了負(fù)載燈具閃爍的問題。

　　供電電路如圖1所示，包括開態(tài)供電單元、關(guān)態(tài)供電單元及穩(wěn)壓濾波單元，其特征在于，關(guān)態(tài)供電單元還包括瞬態(tài)電流控制電路，開關(guān)開啟的瞬間，先由控制單元的控制端口發(fā)出控制信號(hào)給與其相連的瞬態(tài)電流控制電路，瞬態(tài)電流控制電路通過穩(wěn)壓濾波單元提供較大的工作電流給控制單元和驅(qū)動(dòng)元件，再由控制單元控制驅(qū)動(dòng)元件，使開關(guān)開啟，轉(zhuǎn)入開態(tài)供電狀態(tài)。當(dāng)開關(guān)關(guān)閉時(shí)，控制單元控制關(guān)態(tài)供電單元提前進(jìn)入大電流工作狀態(tài)，迅速補(bǔ)充開關(guān)關(guān)閉瞬間控制單元和驅(qū)動(dòng)元件消耗的功率，使電源濾波電容兩端的電壓維持在額定值，然后，瞬態(tài)電流控制電路維持很低的電流，供控制單元進(jìn)入休眠待機(jī)狀態(tài)時(shí)使用。

　　該供電電路與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：只要控制單元保證有足夠低的靜態(tài)功耗，就可以通過瞬態(tài)電流控制電路，既能把開關(guān)的靜態(tài)電流控制在最低限度，以維持開關(guān)系統(tǒng)進(jìn)入休眠待機(jī)狀態(tài)，又能在開關(guān)開啟瞬間提供充足的工作電流給控制單元和驅(qū)動(dòng)元件，使開關(guān)準(zhǔn)確開啟，解決了負(fù)載燈具閃爍的問題。而且，不用安裝負(fù)載阻容元件，可直接替換普通開關(guān)，適合各種燈具使用，使二線制電子開關(guān)的推廣應(yīng)用成為可能。

工作原理及實(shí)現(xiàn)方式

　　圖1中，AC/DC轉(zhuǎn)換電路可采用常用的阻容降壓、整流方式進(jìn)行電壓轉(zhuǎn)換，可用全波整流，也可用半波整流。AC/DC轉(zhuǎn)換電路的輸出端接瞬態(tài)電流控制電路的輸入端IN。瞬態(tài)電流控制電路的輸出端(關(guān)態(tài)供電單元的輸出端)OUT和開態(tài)供電單元的輸出端均與穩(wěn)壓濾波單元的VCC連接。經(jīng)穩(wěn)壓濾波單元輸出的穩(wěn)定直流電壓VCC加在與其連接的電流控制輸入端口。控制單元的電流控制輸出端口與瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl連接。

圖1 二線制電子開關(guān)供電電路原理圖

　　瞬態(tài)電流控制電路包括R1~R4、場(chǎng)效應(yīng)管Q1和Q2、電容C1、二極管D1；二極管D1的正極作為瞬態(tài)電流控制電路的輸入端IN，負(fù)極與Q1的漏極和R1的一端連接；Q1的源極與R3的一端連接，R3的另一端與R4的一端連接，形成瞬態(tài)電流控制電路的輸出端口OUT。Q1的柵極與R2連接，R2的另一端與R1的另一端及Q2的漏極連接；Q2的柵極與R4的另一端及C1的一端連接，并作為瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl；Q2的源極與C1的另一端連接，形成公共地，并與開關(guān)各單元的直流公共地連接。

　　當(dāng)開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)，L、N兩端加220V交流電壓的瞬間，Q2截止，Q1通過電阻R1、R2獲得較高的柵極電壓，處于充分導(dǎo)通狀態(tài)，有大電流流過Q1的源極，經(jīng)分壓限流電阻R3送到穩(wěn)壓濾波單元，穩(wěn)壓濾波單元中的電容同時(shí)起到了存儲(chǔ)電能的作用，經(jīng)穩(wěn)壓濾波使系統(tǒng)獲得工作電壓VCC。在瞬態(tài)電流控制電路的OUT端口，電壓升高的同時(shí)，Q2的柵極經(jīng)R4獲得電壓而導(dǎo)通，Q1的柵極電壓隨之降低，當(dāng)OUT端口電壓升高到VCC后，Q1的柵極獲得較低的電壓而處于低導(dǎo)通狀態(tài)，只要控制單元的靜態(tài)功耗足夠低，Q1處于低導(dǎo)通狀態(tài)時(shí)，系統(tǒng)仍能夠?qū)⒐ぷ麟妷悍€(wěn)定在額定值。

　　開關(guān)開啟時(shí)，先由控制單元的控制端口輸出一個(gè)低電平給與其連接的瞬態(tài)電流控制電路的電流輸入端口Ctrl,輸入到Q2的柵極，Q2截止，Q1由R1、R2獲得較高的柵極電壓而充分導(dǎo)通，瞬態(tài)電流控制電路在瞬間經(jīng)過穩(wěn)壓濾波單元，給控制單元和驅(qū)動(dòng)元件提供較大的工作電流，再由控制單元控制驅(qū)動(dòng)元件，使開關(guān)開啟，轉(zhuǎn)入開態(tài)供電狀態(tài)。此時(shí)，關(guān)態(tài)供電電路失去電壓，停止工作，控制單元的控制端口經(jīng)上拉電阻R4獲得高電平，也可以由控制單元將其轉(zhuǎn)換為低電平，為開關(guān)關(guān)閉瞬間提供大電流供電提前做好準(zhǔn)備。

　　開關(guān)關(guān)閉時(shí)，先由控制單元的控制端口輸出一個(gè)低電平(或如上所述，關(guān)閉前保持為低電平狀態(tài))給與其連接的瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl，開關(guān)關(guān)閉的瞬間，瞬態(tài)電流控制電路的輸入端獲得電壓和電流，Q2截止，Q1由R1、R2獲得較高的柵極電壓而充分導(dǎo)通，使輸出電流增加。瞬態(tài)電流控制電路在瞬間可給穩(wěn)壓濾波單元和控制單元提供較大的工作電流，迅速補(bǔ)充開關(guān)關(guān)閉瞬間控制單元和驅(qū)動(dòng)元件消耗的功率，以及開關(guān)由開啟到關(guān)閉瞬間所消耗的穩(wěn)壓濾波單元中電容器所存儲(chǔ)的電能，使穩(wěn)壓濾波單元兩端的電壓維持在額定值。然后，控制單元的控制端口輸出高電平給與其連接的瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl，Q2導(dǎo)通，Q1處于低導(dǎo)通狀態(tài)，瞬態(tài)電流控制電路維持很低的電流，供控制單元進(jìn)入休眠待機(jī)狀態(tài)使用。

　　該電路能夠在負(fù)載燈具關(guān)閉后為系統(tǒng)提供微弱的電流，而不使負(fù)載燈具閃爍，又能在開燈瞬間為系統(tǒng)提供足夠大的啟動(dòng)電流。

結(jié)語(yǔ)

　　在實(shí)際應(yīng)用過程中驗(yàn)證了該電路的合理性，工作穩(wěn)定可靠，有效地解決了電子開關(guān)中負(fù)載燈具閃爍的問題。