想要轻松改造智能开关，如何选择单火线电源很关键！

广州金升阳科技有限公司

上期（注：《电子产品世界》2021年10月期）我们介绍旧改中关于智能开关的改造方案时，推荐了单火线控制方案。那么如何轻松改造出智能开关，选对单火线电源很关键。本期我们将讲解单火线控制方案的原理，以及这种方案的技术难点及其解决方案。

由于LED和单火线电源处于串联关系，要求在LED不工作时（以下简称关态），单火线电源的工作电流小（LED无微亮，即无“鬼火”），且能输出稳定电压，保证后端控制系统正常工作；在LED工作时（以下简称开态），单火线电源不能影响LED正常工作（即无“频闪”），且能输出稳定电压，保证后端控制系统正常工作。

1 要点一：单火线电源采用超低待机功耗的降压电路

目前，多用超低待机功耗的降压电路将市电转化为设定的输出电压，以供后端控制系统正常工作，同时不会导致LED出现“鬼火”現象。

如图3所示，降压电路经LED接入零线和火线，由于LED内部等效一个电容并联一个电阻负载，相当于一个电阻串联在母线上，降压电路正常工作给后端控制系统供电。在关态时，需要重点关注LED是否存在“鬼火”现象（LED微亮）。

“鬼火”现象出现的原因为：由于LED与降压电路串联在零火线之间，当降压电路需要的输入电流过大，则流进LED的电流同样增大，就会导致LED短暂工作，出现微亮现象。

针对该问题，市面上已有部分厂家能把单火线电源的待机功耗做到几个毫瓦。金升阳的非隔离LSF01-K5BxxSS系列结合外围电路可满足全球输入电压范围（85～264 VAC），在这个输入工作电压范围内能维持超低待机功耗，稳定输出电压5 V、12 V等，其待机功耗约为5.2 mW。

2 要点二：关注单火线电源应用电路的功耗问题

如何平衡取电能力和不能频闪，常见解决方案为可控硅和继电器两种方案。由于可控硅发热问题，继电器方案目前在市面上较为主流，以下主要讲解继电器方案的工作原理。其开态的具体工作原理如图4所示。

零火线两端电压为正弦波，当交流电在正半波时，由于二极管D2的单向导电性和MOS管Q1断开，此时电流流经二极管D1、储能和控制电路，使储能和控制电路工作，提供稳定输出电压给后端控制系统工作，同时在某个设定电压时控制MOS管Q1导通。故交流电在正半波时，只有一小部分能量储存下来给后端控制系统供电，剩余能量通过MOS管Q1给LED供电。

当交流电在负半波时，此时电流通过LED和二极管D2形成回路，给LED供电。

可知，单火线电源应用时应注意以下两点。

1）LED灯功率不宜过小，若LED灯功率过小，会导致开态取电电路无法储存能量给后级电路供电，所使用的最小LED灯功率需要结合不同的电路和器件参数决定。

2）控制电路工作功耗不宜过大，若控制电路工作功耗过大，则会导致关态出现“鬼火”现象和开态取电电路异常，在参数确定的情况下，由于开态取电电路单个周期储存的能量有限，无法提供充足的能量给工作功耗过大的控制电路；若实际应用需要工作功耗大的控制电路，则需要另外搭建电路解决该问题。

3 单火线的可靠性、体积、应用电路成为重点关注要素

针对这两点，需考量各种应用环境的应用电路设计和具体参数，客户可结合开关盒尺寸进行设计，但需一起考虑单火线电源的可靠性、体积、电源匹配的应用电路方案。

由于市面上各个厂家的单火线电源产品不同，其搭配的外围电路及其电子元器件也并不相同，如模块类的单火线电源集成度较高，IC类的单火线产品对客户的自主研发能力要求较高。这里以金升阳的LSF01-K5BxxSS系列为例。

参考市面上不同应用端需求，金升阳结合LSFK5BxxSS系列可将相关应用电路方案大致分成两类。

①参考方案一：使用磁保继电器作为开关器件

其磁保继电器应用方案支持带3 W功率以上LED，且支持一路3 W功率以上LED、两路3 W功率以上LED，三路3 W功率以上LED的各种应用需求。

该应用方案的特点：关态LED无“鬼火”现象，开态取电能力强，单火线电源输出电压稳定。

②参考方案二：超级电容方案

后端控制系统是NB-loT等大功率负载的应用方案（以下简称超级电容方案）。由于后端控制系统可能是NB-IoT等大功率负载，在后端控制系统工作时，需要单火线电源处于关态，LED无“鬼火”现象，且供电电压正常；若单火线电源处于开态，要求供电电压正常，且LED无“频闪”现象。

该方案主要通过对超级电容/锂电池充电储能，提供稳定输出电压给后端控制系统工作。由于超级电容方案内部设计了开态和关态充电电路，故实际应用时无需因超级电容/锂电池无电压导致更换超级电容/锂电池，该方案可长期正常提供稳定输出电压。超级电容方案工作原理见图10。

超级电容方案的继电器分为两种：普通继电器或磁保继电器。其主要目的为：若应用要求后端控制系统休眠，可选择使用磁保继电器的超级电容方案；若应用不要求后端控制系统休眠，可选择使用普通继电器的超级电容方案，其成本较使用磁保继电器的超级电容方案低，且内部已设计了检测LED是否接入的控制电路，成功解决了因少接LED情况下开启支路继电器，而其余LED存在“鬼火”的问题。

4 未来单火线电源方案将会成为市场主流方案

目前，随着智能家居的兴起，单火线的需求也随之增加。智能化市场是一个新兴市场，售后服务尤为重要，如果要选购智能化产品，一定要选择一个口碑好的生产厂家，让售后服务得到最大的保障，这样才能实现真正意义上的实用、省心。

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