想要輕松改造智能開關(guān)，如何選擇單火線電源很關(guān)鍵！

廣州金升陽科技有限公司

上期（注：《電子產(chǎn)品世界》2021年10月期）我們介紹舊改中關(guān)于智能開關(guān)的改造方案時(shí)，推薦了單火線控制方案。那么如何輕松改造出智能開關(guān)，選對單火線電源很關(guān)鍵。本期我們將講解單火線控制方案的原理，以及這種方案的技術(shù)難點(diǎn)及其解決方案。

由于LED和單火線電源處于串聯(lián)關(guān)系，要求在LED不工作時(shí)（以下簡稱關(guān)態(tài)），單火線電源的工作電流小（LED無微亮，即無“鬼火”），且能輸出穩(wěn)定電壓，保證后端控制系統(tǒng)正常工作；在LED工作時(shí)（以下簡稱開態(tài)），單火線電源不能影響LED正常工作（即無“頻閃”），且能輸出穩(wěn)定電壓，保證后端控制系統(tǒng)正常工作。

1 要點(diǎn)一：單火線電源采用超低待機(jī)功耗的降壓電路

目前，多用超低待機(jī)功耗的降壓電路將市電轉(zhuǎn)化為設(shè)定的輸出電壓，以供后端控制系統(tǒng)正常工作，同時(shí)不會(huì)導(dǎo)致LED出現(xiàn)“鬼火”現(xiàn)象。

如圖3所示，降壓電路經(jīng)LED接入零線和火線，由于LED內(nèi)部等效一個(gè)電容并聯(lián)一個(gè)電阻負(fù)載，相當(dāng)于一個(gè)電阻串聯(lián)在母線上，降壓電路正常工作給后端控制系統(tǒng)供電。在關(guān)態(tài)時(shí)，需要重點(diǎn)關(guān)注LED是否存在“鬼火”現(xiàn)象（LED微亮）。

“鬼火”現(xiàn)象出現(xiàn)的原因?yàn)椋河捎贚ED與降壓電路串聯(lián)在零火線之間，當(dāng)降壓電路需要的輸入電流過大，則流進(jìn)LED的電流同樣增大，就會(huì)導(dǎo)致LED短暫工作，出現(xiàn)微亮現(xiàn)象。

針對該問題，市面上已有部分廠家能把單火線電源的待機(jī)功耗做到幾個(gè)毫瓦。金升陽的非隔離LSF01-K5BxxSS系列結(jié)合外圍電路可滿足全球輸入電壓范圍（85～264 VAC），在這個(gè)輸入工作電壓范圍內(nèi)能維持超低待機(jī)功耗，穩(wěn)定輸出電壓5 V、12 V等，其待機(jī)功耗約為5.2 mW。

2 要點(diǎn)二：關(guān)注單火線電源應(yīng)用電路的功耗問題

如何平衡取電能力和不能頻閃，常見解決方案為可控硅和繼電器兩種方案。由于可控硅發(fā)熱問題，繼電器方案目前在市面上較為主流，以下主要講解繼電器方案的工作原理。其開態(tài)的具體工作原理如圖4所示。

零火線兩端電壓為正弦波，當(dāng)交流電在正半波時(shí)，由于二極管D2的單向?qū)щ娦院蚆OS管Q1斷開，此時(shí)電流流經(jīng)二極管D1、儲(chǔ)能和控制電路，使儲(chǔ)能和控制電路工作，提供穩(wěn)定輸出電壓給后端控制系統(tǒng)工作，同時(shí)在某個(gè)設(shè)定電壓時(shí)控制MOS管Q1導(dǎo)通。故交流電在正半波時(shí)，只有一小部分能量儲(chǔ)存下來給后端控制系統(tǒng)供電，剩余能量通過MOS管Q1給LED供電。

當(dāng)交流電在負(fù)半波時(shí)，此時(shí)電流通過LED和二極管D2形成回路，給LED供電。

可知，單火線電源應(yīng)用時(shí)應(yīng)注意以下兩點(diǎn)。

1）LED燈功率不宜過小，若LED燈功率過小，會(huì)導(dǎo)致開態(tài)取電電路無法儲(chǔ)存能量給后級電路供電，所使用的最小LED燈功率需要結(jié)合不同的電路和器件參數(shù)決定。

2）控制電路工作功耗不宜過大，若控制電路工作功耗過大，則會(huì)導(dǎo)致關(guān)態(tài)出現(xiàn)“鬼火”現(xiàn)象和開態(tài)取電電路異常，在參數(shù)確定的情況下，由于開態(tài)取電電路單個(gè)周期儲(chǔ)存的能量有限，無法提供充足的能量給工作功耗過大的控制電路；若實(shí)際應(yīng)用需要工作功耗大的控制電路，則需要另外搭建電路解決該問題。

3 單火線的可靠性、體積、應(yīng)用電路成為重點(diǎn)關(guān)注要素

針對這兩點(diǎn)，需考量各種應(yīng)用環(huán)境的應(yīng)用電路設(shè)計(jì)和具體參數(shù)，客戶可結(jié)合開關(guān)盒尺寸進(jìn)行設(shè)計(jì)，但需一起考慮單火線電源的可靠性、體積、電源匹配的應(yīng)用電路方案。

由于市面上各個(gè)廠家的單火線電源產(chǎn)品不同，其搭配的外圍電路及其電子元器件也并不相同，如模塊類的單火線電源集成度較高，IC類的單火線產(chǎn)品對客戶的自主研發(fā)能力要求較高。這里以金升陽的LSF01-K5BxxSS系列為例。

參考市面上不同應(yīng)用端需求，金升陽結(jié)合LSFK5BxxSS系列可將相關(guān)應(yīng)用電路方案大致分成兩類。

①參考方案一：使用磁保繼電器作為開關(guān)器件

其磁保繼電器應(yīng)用方案支持帶3 W功率以上LED，且支持一路3 W功率以上LED、兩路3 W功率以上LED，三路3 W功率以上LED的各種應(yīng)用需求。

該應(yīng)用方案的特點(diǎn)：關(guān)態(tài)LED無“鬼火”現(xiàn)象，開態(tài)取電能力強(qiáng)，單火線電源輸出電壓穩(wěn)定。

②參考方案二：超級電容方案

后端控制系統(tǒng)是NB-loT等大功率負(fù)載的應(yīng)用方案（以下簡稱超級電容方案）。由于后端控制系統(tǒng)可能是NB-IoT等大功率負(fù)載，在后端控制系統(tǒng)工作時(shí)，需要單火線電源處于關(guān)態(tài)，LED無“鬼火”現(xiàn)象，且供電電壓正常；若單火線電源處于開態(tài)，要求供電電壓正常，且LED無“頻閃”現(xiàn)象。

該方案主要通過對超級電容/鋰電池充電儲(chǔ)能，提供穩(wěn)定輸出電壓給后端控制系統(tǒng)工作。由于超級電容方案內(nèi)部設(shè)計(jì)了開態(tài)和關(guān)態(tài)充電電路，故實(shí)際應(yīng)用時(shí)無需因超級電容/鋰電池?zé)o電壓導(dǎo)致更換超級電容/鋰電池，該方案可長期正常提供穩(wěn)定輸出電壓。超級電容方案工作原理見圖10。

超級電容方案的繼電器分為兩種：普通繼電器或磁保繼電器。其主要目的為：若應(yīng)用要求后端控制系統(tǒng)休眠，可選擇使用磁保繼電器的超級電容方案；若應(yīng)用不要求后端控制系統(tǒng)休眠，可選擇使用普通繼電器的超級電容方案，其成本較使用磁保繼電器的超級電容方案低，且內(nèi)部已設(shè)計(jì)了檢測LED是否接入的控制電路，成功解決了因少接LED情況下開啟支路繼電器，而其余LED存在“鬼火”的問題。

4 未來單火線電源方案將會(huì)成為市場主流方案

目前，隨著智能家居的興起，單火線的需求也隨之增加。智能化市場是一個(gè)新興市場，售后服務(wù)尤為重要，如果要選購智能化產(chǎn)品，一定要選擇一個(gè)口碑好的生產(chǎn)廠家，讓售后服務(wù)得到最大的保障，這樣才能實(shí)現(xiàn)真正意義上的實(shí)用、省心。

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