一種基于單火取電的觸摸控制單路雙控開關電路

王曉燕

（青島港灣職業(yè)技術學院，山東青島，266000）

一種基于單火取電的觸摸控制單路雙控開關電路

王曉燕

（青島港灣職業(yè)技術學院，山東青島，266000）

本文給出了一種基于人體感應觸摸按鍵的電子開關方案，只需要單火取電即可可以實現(xiàn)雙控開關控制。電路中所采用微功耗的開關電源技術，有效地解決了目前市場上單火取電開關會使燈具出現(xiàn)閃爍的現(xiàn)象。

體感檢測；雙控開關；智能家居；微功耗

0 引言

智能家居進入快速發(fā)展階段，傳統(tǒng)機械墻壁開關的升級換代迫在眉睫，單火取電電子開關，可以實現(xiàn)燈具的智能化控制(如聲控開關，紅外線遙控開關，人體感應觸摸開關，手機控制WIFI智能開關以及藍牙開關等)。考慮到國內(nèi)外普通家庭大多為單火線布線，新智能開關要直接代換舊有的機械墻壁開關，必須采用單火線取電控制方式。

電子智能照明開關本身需要消耗一定的電流，在燈具待機時，由于單火線開關待機取電是通過流過燈具的電流給智能開關的控制電路供電的，如果待機輸入電流太大就會導致燈具關閉后還會有閃爍或微亮(出現(xiàn)“鬼火”現(xiàn)象)等問題。高阻抗的電子節(jié)能燈和LED 燈(AC-DC的高效節(jié)能燈和AC直接驅(qū)動的AC-LED燈具等)，對待機電流更為敏感。設計時需要特別注意。

1 單火線開關閃爍的原因分析

電子開關接白熾燈時，只要待機電流足夠小，白熾燈就不會亮（人眼感覺不到）更不會閃爍，而電子開關接節(jié)能燈和LED燈時會閃爍。首先分析節(jié)能燈(或LED燈)以及電子開關的自身構造：電子開關是用電子電路組成的控制開關，如圖1所示，燈滅時機械開關是完全斷開的，而電子開關（只畫出了交流開關器件，控制線路下文再介紹）是串接著燈具的，需要消耗一定的電流，這個電流會通過串接在電源回路中的節(jié)能燈(或LED 燈)；由于電子節(jié)能燈(或LED燈)內(nèi)部電路結構包括一個橋式整流電路的濾波電容C，上述很小的電流向燈具內(nèi)部電容C充電，即使流過節(jié)能燈(或LED燈)的電流很小，積累到一定程度，濾波電容的電壓也會達到一定值，此時燈就會亮一下，消耗濾波電容的電壓，因此出現(xiàn)每間隔一段時間，節(jié)能燈亮一下的閃爍現(xiàn)象。

閃爍現(xiàn)象的間隔與流過的電流及節(jié)能燈(或LED 燈)的內(nèi)部電路結構密切相關，很難進行具體量化(如：多少瓦數(shù)以上的燈不會閃爍，哪些類型的燈不會閃爍)。經(jīng)過對大量各品牌不同廠家的節(jié)能燈進行實際測試，發(fā)現(xiàn)引起節(jié)能燈閃爍的電流從20微安至100微安不等。有一些節(jié)能燈在電流小于10微安以下時也會出現(xiàn)閃爍或者微亮的現(xiàn)象，另外燈閃爍與否與實際燈的標稱功率瓦數(shù)并沒有直接的絕對關系。

微功耗單火待機和工作電源電路的研發(fā)難度非常大，到目前為止這仍是國內(nèi)外限制單火線智能開關發(fā)展的最主要技術瓶頸。只有將待機電流做到更小(15uA或者以下)，以適應更多的各類燈具，從而保證絕大多數(shù)燈具不會出現(xiàn)閃爍。

2 單火電子開關的實現(xiàn)方法

單火線智能開關的DC供電電源(或者電源模塊)設計需要重點考慮兩個問題：一方面盡可能的降低待機功耗減小待機電流，避免出現(xiàn)燈關后閃爍或者微亮；另一方面是單火線的取電問題：需要提供足夠的輸出電流給電子開關控制電路(如專用控制IC、MCU、紅外接收頭、RF遙控模塊、ZigBee芯片、繼電器或者可控硅等)。由于電子開關工作時取電是通過開關斷開時的兩端壓差來取電的，當開關閉合時就沒有了壓差無法取電，這樣就會導致控制電路開時失電失控問題。對于這一問題，有很多的解決辦法出現(xiàn)，但有些還是比較復雜，電路成本也較高。本文給出的方案很簡潔易于實現(xiàn)。

燈線和火線L經(jīng)過整流電路變成DC電壓，再經(jīng)開關電源環(huán)節(jié)轉換成直流電作為控制電源。為了避免“鬼火”現(xiàn)象，電路消耗必須為微功耗。如果需要較大的帶載能力，需要求用戶在節(jié)能燈或LED燈的兩端并接旁路電容或電阻，其方法是在節(jié)能燈或LED燈的兩端并接一個0.1微法左右的電容或68K左右的電阻，這樣會旁路燈具的控制電路，流過節(jié)能燈或LED燈的電流比較小，因而可以避免部分節(jié)能燈或LED燈閃爍。

3 電子雙控開關的實現(xiàn)方法

照明的雙控開關可以實現(xiàn)用戶在兩個不同的位置，都可以控制一個燈的亮滅，如圖3（a）所示為雙控開關的機械接線方式。下面以觸摸按鍵為例描述電路的實現(xiàn)方法，如圖3（b）為電子開關實現(xiàn)方式，SW1和SW2分別有兩個控制電路（包括開關電源，MCU和觸摸按鍵等），結合圖4可以看出SW1上還包括一個濾波整流電路和一個雙向晶閘管；SW2上沒有晶閘管，連線如圖所示，右邊部分的兩根線，一根線連接到SW1控制板的整流濾波后的電容正極，該點定義為Vin，如圖4），另一根線始終接到燈線（作為兩個開關的公用地線，連接到SW1的整流濾波后的電容負極）。

（1）當SW1的觸摸按鍵有信號檢測到后，直接打開晶閘管、燈亮；當再次檢測到SW1上的觸摸按鍵后，關斷晶閘管，燈滅。

（2）當SW2的觸摸按鍵有信號檢測到后，將圖中的MOSFET開通，Vin迅速被拉倒穩(wěn)壓管的額定電壓，這樣以來SW1電路會檢測到VIN電壓下降到動作電壓，接著打開晶閘管、燈亮；當再次檢測到SW2上的觸摸按鍵后，再次打開MOSFET，Vin迅速被拉倒穩(wěn)壓管的額定電壓，SW1電路會再次檢測到動作電壓，接著關斷晶閘管，燈滅。

4 結論

通過實驗，分別搭建SW1控制板和SW2控制板，經(jīng)過調(diào)試分析，證明如下結論：只要合理選取穩(wěn)壓管的額度電壓Vz，保證當燈亮時可控硅開啟時L、N間的電壓高于Vz，并留有一定余量，就可以可靠地實現(xiàn)雙控開關之間的通信傳遞，實現(xiàn)了一個燈具兩個觸摸電子開關的可靠控制。

試驗中采用人體觸摸感應按鍵應用，也可以擴展到WIFI智能開關，以及超低功耗的藍牙控制等，適應了智能家具的設計要求。

[1]Effect of anti-reflective nano-patterns on LED package[J]. Ju-Hyeon Shin,Hak-Jong Choi,Kang-Soo Han,Seunghyun Ra,Kyung-Woo Choi,Heon Lee.Current Applied Physics.2013.

[2]A high power LED device with chips directly mounted on heat pipes[J].Yong Tang,Xinrui Ding,Binhai Yu,Zongtao Li,Bin Liu.Applied Thermal Engineering.2014.

[3]陸云龍,張會銘,雷志華.基于nRF9E5和火線的單線制射頻遙控開關設計[J].單片機與嵌入式系統(tǒng)應用.2007(04).

A double control switch circuit of touch control based on only line supply

Wang Xiaoyan
(Qingdao Harbour Vocational and Technical College,Qingdao Shandong,266000)

A practical body-sense touch key electronic switch programme is proposed in this paper. It can realize double control switch function. And only need line supply. It can resolve sprain phenomenon of current products because of adopting micro power switch-power technology.

body-sense; double control switch; sprain phenomenon; micro power