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工程师原创应用笔记——单火线设计系列文章3:开态取电电路
发布时间:2021-10-09 阅读量:193 来源:我爱方案网 作者:雕塑者

开态取电电路


开态的定义:灯具处于”打开”的状态,即开灯;

开态取电电路:用于在开灯状态下,通过该回路摄取一部分电流给后端系统提供稳定的工作电压;

开关电路:用于控制灯具通断的电子开关器件,达到控制通断的目的;

开关器件方案:可控硅、单稳态继电器、磁保持继电器、MOS管。

 

当灯具处于”开态”时,市电电压基本落在灯具两端,开态取电电路与开关电路串联在灯具回路中,开关电路处于吸合状态,火线和灯线之间的电压差接近于零,此时闭态取电回路失效,故通过开态取电电路在灯具串联回路中设计了一条取电回路。

 

开态取电电路可以理解为在灯具处于”开态”的每一个交流电周期T中,需要摄取一部分时间t0用来给智能开关系统供电,剩余的T-t0时间给灯具供电,这种取电方式称为”分时取电”。在t0时刻,Q1处于断开状态,后端系统进行取电,将开态取电电路和开关电路串联在回路中;在T-t0时刻,Q1处于导通状态,能量全部提供给灯具进行正常工作,后端系统通过储能器件维持供电,此时开态取电电路被”开路”,其电路简化模型如下图。

 

image.png 

 

开态取电电路常用电路方案参考:

1) 可控硅取电方案;

2) MOS管取电方案;


MOS管取电方案可分为半波整流取电、全波整流取电;其框架下的常用的控制电路方案有如下几种:

a). 开态取电专用电源控制IC,例如晶丰明源的BP8009;

b). 稳压二极管进行稳压取电,通过该电压和基准电压构成比较电路进行输出电压实时监测反馈,对MOS管进行动态斩波取电;

c). 稳压二极管进行稳压取电,通过时基芯片(例如NE555)产生一个固定频率、占空比的定时PWM,对MOS管进行固定占比斩波取电。

 

下面以磁保持继电器作为开关电路、MOS管半波整流取电、通过比较器进行斩波控制的取电电路方案为案例,其应用参考电路如下:

 

image.png

 

当无线通信SOC系统收到”开灯”信号,无线通信SOC系统输出激励信号给到K1_ON,将磁保持继电器K1设为吸合状态,此时开态取电电路开始工作。

 

取电工作路径:零线->灯泡->K1->D1->C1充电(D3、R1、C3组成稳压电路),输出Vout1->PGND->保险丝F1->火线;


若K1在市电负半周零点电压相位开始闭合,市电电压从零线经过灯泡、K1后,通过二极管D1进行半波整流给到电容C1充电,Vout1电压开始上升,由D3、R1、C3组成稳压电路,将输出电压Vout1稳定在预设电压范围,经二极管D2隔离后得到Vout2电压给到后端系统供电;C1、C3为储能器件,当取电电路被”旁路”后,通过该器件给后端系统续能。

 

灯具开态工作路径:零线->灯泡->K1->Q2导通->保险丝F1->火线


image.png


当输出电压Vout1达到预设值后,比较器U1的1脚电压高于基准电压3脚,此时比较器U1输出脚Pin4 从低电平翻转为高电平,将MOS管Q2导通,灯具变”亮”开始正常工作。后端系统在该过程中通过储能器件C1、C3进行续能,C1、C3上的能量被消耗,故Vout1电压下降;在比较器输出高电平期间, Q3也会被打开,基准电压3脚从Vref1电压下降为Vref2电压;当U1的1脚电压下降到低于基准电压Vref2,比较器U1输出翻转为低电平,进行下一轮的取电。


作者介绍:雕塑者(笔名),一名乐于开源文化的工程师,个人公众号【硬件大熊】。后续原创技术应用笔记还将在我爱方案网上线,敬请期待!


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