毕业论文--单火线智能开关的设计与实现

毕业论文--单火线智能开关的设计与实现

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时间:2019-07-03

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1、单火线智能开关的设计与实现60随着智能家居的快速发展,单火线智能开关成为了传统机械墙壁开关的升级换代产品,实现了灯具和电器开关的智能化控制(如声控开关,触摸开关,红外线遥控开关,人体感应开关,手机控制,WIFI智能开关等)。并且,国内外普通家庭大多为单火线布线,在升级实现智能化改造时往往要求智能开关能直接代换原有的机械墙壁开关,更换时无需重新布线。所以开发新型电子智能照明开关都必须要求采用单线制的单火开关。根据工作原理可知,凡是电子智能照明开关本身都需要消耗一定的电流,在待机时,由于单火线开关待机

2、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小就会导致待机电路不能正常工作,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(即出现“关不死”的现象)等问题。特别是高阻抗的电子节能灯和LED灯,对待机电流更为敏感。单线制电子开关带节能灯会闪烁的原因现在市面上的灯具大多为节能灯或LED灯,白炽灯基本已经被完全取代。所以电子开关设计的面向对象应该主要是节能灯和LED灯。电子开关为什么接白炽灯不会闪烁,而接节能灯和LED灯就会闪烁呢?这与节能灯(或LED灯)以及电子开关的

3、自身构造都有关系:由于电子开关是用电子电路组成的控制开关,就一定要消耗一定的电流,这一电流必定要通过串接在电源回路中的节能灯(或LED灯)。由于节能灯(或LED灯)内部电路结构的特殊性,即使流过节能灯(或LED灯)的电流很小,也会使灯产生不同程度的闪烁现象。原因是节能灯(或LED灯)内部一般采用全波整流和电容滤波电路,如下图所示:图1节能灯(或LED灯)结构示意图当电子开关本身消耗的微小的电流通过灯具内部的桥式整流电路的滤波电容C时,这一很小的电流向灯具内部电容C充电,当灯具内部电容C上的直流电压

4、充到一定的程度时(不同的灯会有差别)电容会放电,灯内部的电子电路就会恢复工作而使节能灯(或LED灯)点亮,这时电容C两端的电压因为放电而随则会下降,这时灯会熄灭,接着再开始下一回合的充电及放电过程。随着这样的充放电过程,我们就会看到灯闪或微亮现象。这一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,很难进行具体量化例如多少瓦数以上的灯不会闪烁,哪些类型的灯不会闪烁等。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20mA至100mA不等。有一些节能

5、灯在电流小于10mA时都还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也没有直接的绝对关系,例如,测试发现有些小瓦数的灯都不会闪烁或微亮,而有一些较大瓦数的灯却会出现闪烁或微亮。所以,微功耗单火待机和工作电源电路的研发难度非常大,这也是到目前为止国内外限制单火线智能开关发展的最主要技术瓶颈。本课题的能做到就是将待机电流做到尽量小以适应更多类型的灯具,从而保证大部分灯具不会出现闪烁。60单线制智能开关设计需要考虑的两个问题第一个问题是要尽可能的降低待机功耗,即减小待机电流,避免出现

6、灯关后闪烁或者微亮;另一个问题是单火线的取电问题。怎样保证提供足够的输出电流给电子开关控制电路,例如专用的MCU,红外接收头,RF遥控模块,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掉电失控问题。针对这一问题,市面上的单火线电子开关采用两种方式解决这一问题。方式一:电子开关中的开关元件的通态和断态由同一电路供电。在通态时,通过电容降压再用稳压管稳压的方式给控制电路提供直流电源;在断态时,由于控制电路消耗的电流

7、也是电子开关主回路的电流,所以如果电子开关主回路的电流比较大,那么接上小功率的灯具,灯具就会发红或闪烁,即“关不死”的现象,所以此类单火线电子开关大多数不能控制小功率的负载。同时用电容降压,如果电流较大,电容的发热非常严重,这样就会给产品留下很大的故障隐患。方式二:将通态和断态由不同的电路供电,其实现方式是先将主回路电流整流,再取出部分直流电作为控制电流。其缺点是对整流器件要求高、且发热严重,限制了负载功率的提高,不适用于较大功率灯具。上述两种方式都解决了电子开关断态时贿赂电流较大的问题,但对于电

8、子开关控制的负载的功率范围、稳定性及其电源转换效率方面,还是存在一定的不足。1.方案一:双向可控硅本方案设计的取电电路把通态和关态电路分开,采用不同的取电方式,分别为控制模块提供稳定的12V直流电源,控制模块一般由CPU和PF无线收发模块组成。本设计还有过零检测模块,以保证可控硅零点导通。主框图如下所示:图1.1双向可控硅主框图过零检测双向可控硅是一种功率半导体器件,也称双向晶闸管,因为控制电路简单,因此特别适合做交流无触点开关使用。本设计中。双向可控硅直接连在强电网络中,其触发电

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