一种基于单火取电的触摸控制单路双控开关电路

王晓燕

（青岛港湾职业技术学院，山东青岛，266000）

一种基于单火取电的触摸控制单路双控开关电路

王晓燕

（青岛港湾职业技术学院，山东青岛，266000）

本文给出了一种基于人体感应触摸按键的电子开关方案，只需要单火取电即可可以实现双控开关控制。电路中所采用微功耗的开关电源技术，有效地解决了目前市场上单火取电开关会使灯具出现闪烁的现象。

体感检测；双控开关；智能家居；微功耗

0 引言

智能家居进入快速发展阶段，传统机械墙壁开关的升级换代迫在眉睫，单火取电电子开关，可以实现灯具的智能化控制(如声控开关，红外线遥控开关，人体感应触摸开关，手机控制WIFI智能开关以及蓝牙开关等)。考虑到国内外普通家庭大多为单火线布线，新智能开关要直接代换旧有的机械墙壁开关，必须采用单火线取电控制方式。

电子智能照明开关本身需要消耗一定的电流，在灯具待机时，由于单火线开关待机取电是通过流过灯具的电流给智能开关的控制电路供电的，如果待机输入电流太大就会导致灯具关闭后还会有闪烁或微亮(出现“鬼火”现象)等问题。高阻抗的电子节能灯和LED 灯(AC-DC的高效节能灯和AC直接驱动的AC-LED灯具等)，对待机电流更为敏感。设计时需要特别注意。

1 单火线开关闪烁的原因分析

电子开关接白炽灯时，只要待机电流足够小，白炽灯就不会亮（人眼感觉不到）更不会闪烁，而电子开关接节能灯和LED灯时会闪烁。首先分析节能灯(或LED灯)以及电子开关的自身构造：电子开关是用电子电路组成的控制开关，如图1所示，灯灭时机械开关是完全断开的，而电子开关（只画出了交流开关器件，控制线路下文再介绍）是串接着灯具的，需要消耗一定的电流，这个电流会通过串接在电源回路中的节能灯(或LED 灯)；由于电子节能灯(或LED灯)内部电路结构包括一个桥式整流电路的滤波电容C，上述很小的电流向灯具内部电容C充电，即使流过节能灯(或LED灯)的电流很小，积累到一定程度，滤波电容的电压也会达到一定值，此时灯就会亮一下，消耗滤波电容的电压，因此出现每间隔一段时间，节能灯亮一下的闪烁现象。

闪烁现象的间隔与流过的电流及节能灯(或LED 灯)的内部电路结构密切相关，很难进行具体量化(如：多少瓦数以上的灯不会闪烁，哪些类型的灯不会闪烁)。经过对大量各品牌不同厂家的节能灯进行实际测试，发现引起节能灯闪烁的电流从20微安至100微安不等。有一些节能灯在电流小于10微安以下时也会出现闪烁或者微亮的现象，另外灯闪烁与否与实际灯的标称功率瓦数并没有直接的绝对关系。

微功耗单火待机和工作电源电路的研发难度非常大，到目前为止这仍是国内外限制单火线智能开关发展的最主要技术瓶颈。只有将待机电流做到更小(15uA或者以下)，以适应更多的各类灯具，从而保证绝大多数灯具不会出现闪烁。

2 单火电子开关的实现方法

单火线智能开关的DC供电电源(或者电源模块)设计需要重点考虑两个问题：一方面尽可能的降低待机功耗减小待机电流，避免出现灯关后闪烁或者微亮；另一方面是单火线的取电问题：需要提供足够的输出电流给电子开关控制电路(如专用控制IC、MCU、红外接收头、RF遥控模块、ZigBee芯片、继电器或者可控硅等)。由于电子开关工作时取电是通过开关断开时的两端压差来取电的，当开关闭合时就没有了压差无法取电，这样就会导致控制电路开时失电失控问题。对于这一问题，有很多的解决办法出现，但有些还是比较复杂，电路成本也较高。本文给出的方案很简洁易于实现。

灯线和火线L经过整流电路变成DC电压，再经开关电源环节转换成直流电作为控制电源。为了避免“鬼火”现象，电路消耗必须为微功耗。如果需要较大的带载能力，需要求用户在节能灯或LED灯的两端并接旁路电容或电阻，其方法是在节能灯或LED灯的两端并接一个0.1微法左右的电容或68K左右的电阻，这样会旁路灯具的控制电路，流过节能灯或LED灯的电流比较小，因而可以避免部分节能灯或LED灯闪烁。

3 电子双控开关的实现方法

照明的双控开关可以实现用户在两个不同的位置，都可以控制一个灯的亮灭，如图3（a）所示为双控开关的机械接线方式。下面以触摸按键为例描述电路的实现方法，如图3（b）为电子开关实现方式，SW1和SW2分别有两个控制电路（包括开关电源，MCU和触摸按键等），结合图4可以看出SW1上还包括一个滤波整流电路和一个双向晶闸管；SW2上没有晶闸管，连线如图所示，右边部分的两根线，一根线连接到SW1控制板的整流滤波后的电容正极，该点定义为Vin，如图4），另一根线始终接到灯线（作为两个开关的公用地线，连接到SW1的整流滤波后的电容负极）。

（1）当SW1的触摸按键有信号检测到后，直接打开晶闸管、灯亮；当再次检测到SW1上的触摸按键后，关断晶闸管，灯灭。

（2）当SW2的触摸按键有信号检测到后，将图中的MOSFET开通，Vin迅速被拉倒稳压管的额定电压，这样以来SW1电路会检测到VIN电压下降到动作电压，接着打开晶闸管、灯亮；当再次检测到SW2上的触摸按键后，再次打开MOSFET，Vin迅速被拉倒稳压管的额定电压，SW1电路会再次检测到动作电压，接着关断晶闸管，灯灭。

4 结论

通过实验，分别搭建SW1控制板和SW2控制板，经过调试分析，证明如下结论：只要合理选取稳压管的额度电压Vz，保证当灯亮时可控硅开启时L、N间的电压高于Vz，并留有一定余量，就可以可靠地实现双控开关之间的通信传递，实现了一个灯具两个触摸电子开关的可靠控制。

试验中采用人体触摸感应按键应用，也可以扩展到WIFI智能开关，以及超低功耗的蓝牙控制等，适应了智能家具的设计要求。

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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