一种用于二线制电子开关的供电电路设计

目前，二线制(无零线输入)电子墙壁开关除供电电路之外的其它电路(如控制电路、驱动元件等)的供电,大多采用在开关关闭时由关态供电电路在电力线路的电压回路中取电的方法(即关态供电方法，其电路称为关态供电电路)，以及在开关开启时，由开态供电电路在电力线路的电流回路中取电的供电方法(即开态供电方法，其电路称为开态供电电路)。关态供电方法一般采用阻容降压整流滤波或变压器降压整流滤波，当开关关闭时，由于开关的控制电路需要维持正常待机工作，会消耗较小的功率，而在开关开启的瞬间，开关消耗较大的功率，用继电器作为开关的驱动元件更是如此。即使控制电路及微控制器在开关关闭时的待机功耗很低，为了保证开关的正常开启，需要较大的关态供电电流，大于等于开关的最大工作电流，否则，开关开启的瞬间电压迅速下降，使得控制电路不能继续正常工作。因此，在开关关闭时仍有较大的待机电流流过开关，当负载为节能灯或日光灯时，灯具会发生闪烁现象。为了不使灯具闪烁，有的采用在负载两端并联阻容元件作为负载连接器的方法，这就增加了安装难度，使电子开关难以推广。

　　基于以上问题，本文提供了一种用于二线制电子开关的供电电路，在开关关闭时给控制电路提供很小的电流，用以维持待机工作，开关开启的瞬间，先由控制单元控制关态供电单元，提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件，使开关开启，然后转入开态供电状态。当开关关闭时，控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态，迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率，使电源滤波电容两端的电压维持在额定值。有效地解决了负载灯具闪烁的问题。

　　供电电路如图1所示，包括开态供电单元、关态供电单元及稳压滤波单元，其特征在于，关态供电单元还包括瞬态电流控制电路，开关开启的瞬间，先由控制单元的控制端口发出控制信号给与其相连的瞬态电流控制电路，瞬态电流控制电路通过稳压滤波单元提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件，再由控制单元控制驱动元件，使开关开启，转入开态供电状态。当开关关闭时，控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态，迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率，使电源滤波电容两端的电压维持在额定值，然后，瞬态电流控制电路维持很低的电流，供控制单元进入休眠待机状态时使用。

　　该供电电路与现有技术相比具有以下优点：只要控制单元保证有足够低的静态功耗，就可以通过瞬态电流控制电路，既能把开关的静态电流控制在最低限度，以维持开关系统进入休眠待机状态，又能在开关开启瞬间提供充足的工作电流给控制单元和驱动元件，使开关准确开启，解决了负载灯具闪烁的问题。而且，不用安装负载阻容元件，可直接替换普通开关，适合各种灯具使用，使二线制电子开关的推广应用成为可能。

工作原理及实现方式

　　图1中，AC/DC转换电路可采用常用的阻容降压、整流方式进行电压转换，可用全波整流，也可用半波整流。AC/DC转换电路的输出端接瞬态电流控制电路的输入端IN。瞬态电流控制电路的输出端(关态供电单元的输出端)OUT和开态供电单元的输出端均与稳压滤波单元的VCC连接。经稳压滤波单元输出的稳定直流电压VCC加在与其连接的电流控制输入端口。控制单元的电流控制输出端口与瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl连接。

 

图1 二线制电子开关供电电路原理图

　　瞬态电流控制电路包括R1~R4、场效应管Q1和Q2、电容C1、二极管D1；二极管D1的正极作为瞬态电流控制电路的输入端IN，负极与Q1的漏极和R1的一端连接；Q1的源极与R3的一端连接，R3的另一端与R4的一端连接，形成瞬态电流控制电路的输出端口OUT。Q1的栅极与R2连接，R2的另一端与R1的另一端及Q2的漏极连接；Q2的栅极与R4的另一端及C1的一端连接，并作为瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl；Q2的源极与C1的另一端连接，形成公共地，并与开关各单元的直流公共地连接。

　　当开关处于关闭状态时，L、N两端加220V交流电压的瞬间，Q2截止，Q1通过电阻R1、R2获得较高的栅极电压，处于充分导通状态，有大电流流过Q1的源极，经分压限流电阻R3送到稳压滤波单元，稳压滤波单元中的电容同时起到了存储电能的作用，经稳压滤波使系统获得工作电压VCC。在瞬态电流控制电路的OUT端口，电压升高的同时，Q2的栅极经R4获得电压而导通，Q1的栅极电压随之降低，当OUT端口电压升高到VCC后，Q1的栅极获得较低的电压而处于低导通状态，只要控制单元的静态功耗足够低，Q1处于低导通状态时，系统仍能够将工作电压稳定在额定值。

　　开关开启时，先由控制单元的控制端口输出一个低电平给与其连接的瞬态电流控制电路的电流输入端口Ctrl,输入到Q2的栅极，Q2截止，Q1由R1、R2获得较高的栅极电压而充分导通，瞬态电流控制电路在瞬间经过稳压滤波单元，给控制单元和驱动元件提供较大的工作电流，再由控制单元控制驱动元件，使开关开启，转入开态供电状态。此时，关态供电电路失去电压，停止工作，控制单元的控制端口经上拉电阻R4获得高电平，也可以由控制单元将其转换为低电平，为开关关闭瞬间提供大电流供电提前做好准备。

　　开关关闭时，先由控制单元的控制端口输出一个低电平(或如上所述，关闭前保持为低电平状态)给与其连接的瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl，开关关闭的瞬间，瞬态电流控制电路的输入端获得电压和电流，Q2截止，Q1由R1、R2获得较高的栅极电压而充分导通，使输出电流增加。瞬态电流控制电路在瞬间可给稳压滤波单元和控制单元提供较大的工作电流，迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率，以及开关由开启到关闭瞬间所消耗的稳压滤波单元中电容器所存储的电能，使稳压滤波单元两端的电压维持在额定值。然后，控制单元的控制端口输出高电平给与其连接的瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl，Q2导通，Q1处于低导通状态，瞬态电流控制电路维持很低的电流，供控制单元进入休眠待机状态使用。

　　该电路能够在负载灯具关闭后为系统提供微弱的电流，而不使负载灯具闪烁，又能在开灯瞬间为系统提供足够大的启动电流。

结语

　　在实际应用过程中验证了该电路的合理性，工作稳定可靠，有效地解决了电子开关中负载灯具闪烁的问题。