想要輕松改造智能開關，如何選擇單火線電源很關鍵！

廣州金升陽科技有限公司

上期（注：《電子產品世界》2021年10月期）我們介紹舊改中關于智能開關的改造方案時，推薦了單火線控制方案。那么如何輕松改造出智能開關，選對單火線電源很關鍵。本期我們將講解單火線控制方案的原理，以及這種方案的技術難點及其解決方案。

由于LED和單火線電源處于串聯關系，要求在LED不工作時（以下簡稱關態），單火線電源的工作電流小（LED無微亮，即無“鬼火”），且能輸出穩定電壓，保證后端控制系統正常工作；在LED工作時（以下簡稱開態），單火線電源不能影響LED正常工作（即無“頻閃”），且能輸出穩定電壓，保證后端控制系統正常工作。

1 要點一：單火線電源采用超低待機功耗的降壓電路

目前，多用超低待機功耗的降壓電路將市電轉化為設定的輸出電壓，以供后端控制系統正常工作，同時不會導致LED出現“鬼火”現象。

如圖3所示，降壓電路經LED接入零線和火線，由于LED內部等效一個電容并聯一個電阻負載，相當于一個電阻串聯在母線上，降壓電路正常工作給后端控制系統供電。在關態時，需要重點關注LED是否存在“鬼火”現象（LED微亮）。

“鬼火”現象出現的原因為：由于LED與降壓電路串聯在零火線之間，當降壓電路需要的輸入電流過大，則流進LED的電流同樣增大，就會導致LED短暫工作，出現微亮現象。

針對該問題，市面上已有部分廠家能把單火線電源的待機功耗做到幾個毫瓦。金升陽的非隔離LSF01-K5BxxSS系列結合外圍電路可滿足全球輸入電壓范圍（85～264 VAC），在這個輸入工作電壓范圍內能維持超低待機功耗，穩定輸出電壓5 V、12 V等，其待機功耗約為5.2 mW。

2 要點二：關注單火線電源應用電路的功耗問題

如何平衡取電能力和不能頻閃，常見解決方案為可控硅和繼電器兩種方案。由于可控硅發熱問題，繼電器方案目前在市面上較為主流，以下主要講解繼電器方案的工作原理。其開態的具體工作原理如圖4所示。

零火線兩端電壓為正弦波，當交流電在正半波時，由于二極管D2的單向導電性和MOS管Q1斷開，此時電流流經二極管D1、儲能和控制電路，使儲能和控制電路工作，提供穩定輸出電壓給后端控制系統工作，同時在某個設定電壓時控制MOS管Q1導通。故交流電在正半波時，只有一小部分能量儲存下來給后端控制系統供電，剩余能量通過MOS管Q1給LED供電。

當交流電在負半波時，此時電流通過LED和二極管D2形成回路，給LED供電。

可知，單火線電源應用時應注意以下兩點。

1）LED燈功率不宜過小，若LED燈功率過小，會導致開態取電電路無法儲存能量給后級電路供電，所使用的最小LED燈功率需要結合不同的電路和器件參數決定。

2）控制電路工作功耗不宜過大，若控制電路工作功耗過大，則會導致關態出現“鬼火”現象和開態取電電路異常，在參數確定的情況下，由于開態取電電路單個周期儲存的能量有限，無法提供充足的能量給工作功耗過大的控制電路；若實際應用需要工作功耗大的控制電路，則需要另外搭建電路解決該問題。

3 單火線的可靠性、體積、應用電路成為重點關注要素

針對這兩點，需考量各種應用環境的應用電路設計和具體參數，客戶可結合開關盒尺寸進行設計，但需一起考慮單火線電源的可靠性、體積、電源匹配的應用電路方案。

由于市面上各個廠家的單火線電源產品不同，其搭配的外圍電路及其電子元器件也并不相同，如模塊類的單火線電源集成度較高，IC類的單火線產品對客戶的自主研發能力要求較高。這里以金升陽的LSF01-K5BxxSS系列為例。

參考市面上不同應用端需求，金升陽結合LSFK5BxxSS系列可將相關應用電路方案大致分成兩類。

①參考方案一：使用磁保繼電器作為開關器件

其磁保繼電器應用方案支持帶3 W功率以上LED，且支持一路3 W功率以上LED、兩路3 W功率以上LED，三路3 W功率以上LED的各種應用需求。

該應用方案的特點：關態LED無“鬼火”現象，開態取電能力強，單火線電源輸出電壓穩定。

②參考方案二：超級電容方案

后端控制系統是NB-loT等大功率負載的應用方案（以下簡稱超級電容方案）。由于后端控制系統可能是NB-IoT等大功率負載，在后端控制系統工作時，需要單火線電源處于關態，LED無“鬼火”現象，且供電電壓正常；若單火線電源處于開態，要求供電電壓正常，且LED無“頻閃”現象。

該方案主要通過對超級電容/鋰電池充電儲能，提供穩定輸出電壓給后端控制系統工作。由于超級電容方案內部設計了開態和關態充電電路，故實際應用時無需因超級電容/鋰電池無電壓導致更換超級電容/鋰電池，該方案可長期正常提供穩定輸出電壓。超級電容方案工作原理見圖10。

超級電容方案的繼電器分為兩種：普通繼電器或磁保繼電器。其主要目的為：若應用要求后端控制系統休眠，可選擇使用磁保繼電器的超級電容方案；若應用不要求后端控制系統休眠，可選擇使用普通繼電器的超級電容方案，其成本較使用磁保繼電器的超級電容方案低，且內部已設計了檢測LED是否接入的控制電路，成功解決了因少接LED情況下開啟支路繼電器，而其余LED存在“鬼火”的問題。

4 未來單火線電源方案將會成為市場主流方案

目前，隨著智能家居的興起，單火線的需求也隨之增加。智能化市場是一個新興市場，售后服務尤為重要，如果要選購智能化產品，一定要選擇一個口碑好的生產廠家，讓售后服務得到最大的保障，這樣才能實現真正意義上的實用、省心。

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