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一種用于二線制電子開關的供電電路
發布時間:2011-1-10

目前,二線制(無零線輸入)電子牆壁開關除供電電路之外的其它電路(如控制電路、驅動元件等)的供電,大多接納在開關封閉時由關態供電電路在電力線路的電壓回路中取電的方法(即關態供電方法,其電路稱爲關態供電電路),以及在開關開啓時,由開態供電電路在電力線路的電流回路中取電的供電方法(即開態供電方法,其電路稱爲開態供電電路)。關態供電方法一般接納阻容降壓整流濾波或變壓器降壓整流濾波,當開關封閉時,由于開關的控制電路需要維持正常待機工作,會消耗較小的功率,而在開關開啓的瞬間,開關消耗較大的功率,用繼電器作爲開關的驅動元件更是如此。即使控制電路及微控制器在開關封閉時的待機功耗很低,爲了包管開關的正常開啓,需要較大的關態供電電流,大于等于開關的最大工作電流,否則,開關開啓的瞬間電壓迅速下降,使得控制電路不克不及繼承正常工作。因此,在開關封閉時仍有較大的待機電流流過開關,當負載爲節能燈或日光燈時,燈具會發生閃爍現象。爲了不使燈具閃爍,有的接納在負載兩端並聯阻容元件作爲負載連接器的方法,這就增加了安頓難度,使電子開關難以推廣。

  基于以上問題,本文提供了一種用于二線制電子開關的供電電路,在開關封閉時給控制電路提供很小的電流,用以維持待機工作,開關開啓的瞬間,先由控制單元控制關態供電單元,提供較大的工作電流給控制單元和驅動元件,使開關開啓,然後轉入開態供電狀態。當開關封閉時,控制單元控制關態供電單元提前進入大電流工作狀態,迅速增補開關封閉瞬間控制單元和驅動元件消耗的功率,使電源濾波電容兩端的電壓維持在額定值。有效地解決了負載燈具閃爍的問題。

  供電電路如圖1所示,包括開態供電單元、關態供電單元及穩壓濾波單元,其特征在于,關態供電單元還包括瞬態電流控制電路,開關開啓的瞬間,先由控制單元的控制端口發出控制信號給與其相連的瞬態電流控制電路,瞬態電流控制電路通過穩壓濾波單元提供較大的工作電流給控制單元和驅動元件,再由控制單元控制驅動元件,使開關開啓,轉入開態供電狀態。當開關封閉時,控制單元控制關態供電單元提前進入大電流工作狀態,迅速增補開關封閉瞬間控制單元和驅動元件消耗的功率,使電源濾波電容兩端的電壓維持在額定值,然後,瞬態電流控制電路維持很低的電流,供控制單元進入休眠待機狀態時使用。

圖1 二線制電子開關供電電路原理圖

  該供電電路與現有技術相比具有以下優點:只要控制單元包管有足夠低的靜態功耗,就可以通過瞬態電流控制電路,既能把開關的靜態電流控制在最低限度,以維持開關系統進入休眠待機狀態,又能在開關開啓瞬間提供充足的工作電流給控制單元和驅動元件,使開關准確開啓,解決了負載燈具閃爍的問題。而且,不消安頓負載阻容元件,可直接替換普通開關,適合各種燈具使用,使二線制電子開關的推廣應用成爲可能。

  工作原理及實現方式

  圖1中,AC/DC轉換電路可接納常用的阻容降壓、整流方式進行電壓轉換,可用全波整流,也可用半波整流。AC/DC轉換電路的輸出端接瞬態電流控制電路的輸入端IN。瞬態電流控制電路的輸出端(關態供電單元的輸出端)OUT和開態供電單元的輸出端均與穩壓濾波單元的VCC連接。經穩壓濾波單元輸出的穩定直流電壓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電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl連接。

  瞬態電流控制電路包括R1~R4、場效應管Q1和Q2、電容C1、二極管D1;二極管D1的正極作爲瞬態電流控制電路的輸入端IN,負極與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,並作爲瞬態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,並與開關各單元的直流公共地連接。

  當開關處于封閉狀態時,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,處于充分導通狀態,有大電流流過Q1的源極,經分壓限流電阻R3送到穩壓濾波單元,穩壓濾波單元中的電容同時起到了存儲電能的作用,經穩壓濾波使系統獲得工作電壓VCC。在瞬態電流控制電路的OUT端口,電壓升高的同時,Q2的柵極經R4獲得電壓而導通,Q1的柵極電壓隨之降低,當OUT端口電壓升高到VCC後,Q1的柵極獲得較低的電壓而處于低導通狀態,只要控制單元的靜態功耗足夠低,Q1處于低導通狀態時,系統仍能夠將工作電壓穩定在額定值。

  開關開啓時,先由控制單元的控制端口輸出一個低電平給與其連接的瞬態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通,瞬態電流控制電路在瞬間經過穩壓濾波單元,給控制單元和驅動元件提供較大的工作電流,再由控制單元控制驅動元件,使開關開啓,轉入開態供電狀態。此時,關態供電電路失去電壓,停止工作,控制單元的控制端口經上拉電阻R4獲得高電平,也可以由控制單元將其轉換爲低電平,爲開關封閉瞬間提供大電流供電提前做好准備。

  開關封閉時,先由控制單元的控制端口輸出一個低電平(或如上所述,封閉前連結爲低電平狀態)給與其連接的瞬態電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl,開關封閉的瞬間,瞬態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通,使輸出電流增加。瞬態電流控制電路在瞬間可給穩壓濾波單元和控制單元提供較大的工作電流,迅速增補開關封閉瞬間控制單元和驅動元件消耗的功率,以及開關由開啓到封閉瞬間所消耗的穩壓濾波單元中電容器所存儲的電能,使穩壓濾波單元兩端的電壓維持在額定值。然後,控制單元的控制端口輸出高電平給與其連接的瞬態電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl,Q2導通,Q1處于低導通狀態,瞬態電流控制電路維持很低的電流,供控制單元進入休眠待機狀態使用。

  該電路能夠在負載燈具封閉後爲系統提供微弱的電流,而不使負載燈具閃爍,又能在開燈瞬間爲系統提供足夠大的啓動電流。

  結語

  在實際應用過程中驗證了該電路的合理性,工作穩定可靠,有效地解決了電子開關中負載燈具閃爍的問題。

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