淺談接近開關兩線供電電源的改進

【摘 要】本文介紹一種新型接近開關兩線供電的供電電路設計。該電路從根本上解決了傳統供電線路中接線復雜，穩定性不高等問題。

【關鍵詞】接近開關；可控硅過零點；持續供電

接近開關是一種非接觸式的位置開關，當物體接近開關的感應面到動作距離時可使開關動作，從而驅動交流或直流電器或給計算機裝置提供控制指令。它動作可靠，性能穩定，頻率響應快，應用壽命長，抗干擾能力強等、并具有防水、防震、耐腐蝕等特點。在采用可控硅控制的線路中，必須解決使用中會出現瞬間斷電的現象，使之滿足客戶的使用。根據接近開關的應用條件的不同，現有的接近開關的供電分為交流和直流，輸出方式還有二線，三線等。二線制接近開關安裝簡單，接線方便；應用比較廣泛，但卻有殘余電壓和漏電流大的缺點。而采用可控硅的輸出方式除了可以帶動較大的負載外，同時也可以將交直流回路隔開，有效克服上述的缺點。但二線可控硅供電會有瞬間斷電的現象，必須采取必要的措施加以改進。

一、常用供電線路原理及缺陷

圖1 常用供電線路圖

目前在使用接近開關時，一般采用如圖1所示的供電電路。在圖1電路中，當接近開關未檢測到金屬物時，可控硅截止，電源通過Q11，D4，D5，Q10，R6對U1，供電。當檢測到金屬物后，U1的Q輸出高電平，可控硅T1導通，A點電位為0，無法繼續對U1供電。在實際使用時，若接近開關不能工作，則無法對移動設備進行持續控制，造成不可估量的損失，因而，必須保證當可控硅T1導通時，控制模塊U1也能夠獲得電源而工作，目前的技術中，大都是在控制模塊U1的電源輸入端VS端另外增加連接一直流電源VDD作為輔助電源。則當檢測到金屬物而導致可控硅T1導通時，依靠直流電源對控制模塊U1進行供電，保證控制模塊U1不會因可控T1導通而斷電；然而，這種方案也有其弊端存在：由于此方案是在控制模塊U1的VS端增加設置一直流電源，因此使得整體需要引出三條線，安裝時接線復雜，使用不便，電路穩定性差；且需另外配備直流電源，增加使用成本。

二、供電線路的改進

1．線路改進的原理。為了保證接近開關無論是否檢測到金屬物體時，均能正常工作，就必須保證任何時候控制模塊3都能有正常的供電。在新線路中增設圖2部分的5過零供電模塊電路，利用可控硅過零點自動關斷的特點，就能達到此目的（其中的負載起著分壓降流的作用，保護控制模塊Ic不會因開關瞬間電壓過高而燒壞）。

圖2 線路改進的原理圖

2．線路改進的方案。改進后的供電電路如圖3，這個零供電模塊包括一二極管、一電阻、一三極管和一電容，二極管的陰極與可控硅的控制極反相連接，陽極經過電阻連接到三極管的基極；三極管的發射極與整流模塊的輸出端連接，集電極與電容的正極連接，且電容的正極還與控制模塊的電源輸入端相連；電容的負極接地。當接近開關未檢測到金屬物時，控制模塊U1的Q端5為低電平，則與之連接的可控硅T1的控制極也為低電平，此時可控硅截止，A點高電位。經整流橋MB6S整流后的直流電壓經由場效應管Q11、二極管D4、二極管D5、三極管Q10及電阻R6對控制模塊U1（此處使用漏流傳感器TC355為VDD）供電。此時過零供電模塊的觸發端為高電平（U1的4），而使得過零供電模塊也不會工作，供電電源為電容C4充電。當接近開關檢測到金屬物后，控制模塊U1的Q端5為高電平，可控硅T1的控制極也為高電平，觸發可控硅T1導通，使得可控硅的陽極電位為0，則截止供電模塊4中的場效應管Q11截止，此模塊不再為控制模塊U1供電。此時由于U1的4控制端/Q為低電平，使得二極管D3導通，三極管Q9導通，電容C4開始將儲存的電量送入控制模塊U1的電源輸入端，使得接近開關繼續工作；電容C4中儲存的電量有限，然而當交流電過零后，可控硅T1會自動截止，可控硅的陽極電壓開始上升，使得整流后的電源電壓通過三極管Q9繼續對電容C4充電，進而為控制模塊3供電，使得在可控硅過零時，能繼續不斷電，如圖4中的零點電壓波形（陰影）部分。

圖3 改進后的線路圖

圖4 電壓波形圖

本設計電路是行程開關供電線路的改進。利用簡單的電子元件，通過過零供電模塊的組合，實現接近開關的連續供電的目的，減少外供電的品種，節約費用，增加開關的可靠性。本電路結構簡單且操作方便，具有一定的應用和參考價值。

參 考 文 獻

[1]鄧重一．接近開關原理及其應用[J]．自動化博覽．2003（3）

[2]謝嘉奎．電子線路[M]．北京：高等教育出版社，2002

[3]華成英．董詩白．模擬電子技術基礎[M]．北京：高等教育出版社，2000