三种节能的电子触摸开关

2015-01-24 09:46
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在对市场上出现的多种电子开关(包括延熄开关)进行分析测试后，笔者发现这些开关都有六七百毫瓦以上的静态功耗，一年下来每个电子开关静态耗电就在5、6度以上。每个厂家每年都生产出大量这种开关供人们使用，可想而知有多大的浪费。为此，笔者利用一种很普通的小电流触发晶闸管(具有控制极触发电流很小的特点，触发电流多小于200μA，目前额定电流为1A的这种晶闸管的售价只有四、五毛钱)，设计制作了三种实用的电子触摸开关，这几种开关具有电路简单、成本低廉、元件易购、工作**、使用方便等特点，更主要的是没有任何静态功耗或只有极微功耗。使用时无需区分两根引出线，可随便与电器或电灯串联，只是注意整个开关**接在交流市电火线上。这几种开关也经过多个家庭和单位正常使用了近一年。

    一、无静态功耗电子触摸开关

    目前，大多数电子触摸开关都需要在开关内部设计一个直流低压工作电源，这样不仅电路复杂，而且存在静态功耗。

    本电子触摸开关采用的技术方案是：由桥式整流二极管、单向晶闸管、三极管、电阻、电容和触摸金属片组成电子触摸开关，触摸开的控制是通过一个小电流触发晶闸管实现的。首先整流二极管把交流市电变成单向脉动电，然后经一个单向晶闸管进行电源通断控制，触摸开控制的小电流触发晶闸管接在起电源通断控制作用的晶闸管的阳极和控制极之间。触摸开金属片通过限流电阻接在小电流触发晶闸管的控制极上。

    本开关可以在无任何静态功耗的情况下，对家用电器**是照明灯具进行交流电源触摸通断的控制。

    图1是该开关的电路原理图。二极管构成桥式整流，晶闸管VS1进行电源通断控制。
小电流触发晶闸管VS2实现触摸开控制，三极管VT实现触摸关控制。电容C2通过电阻R2接在VS1的控制极和阴极之间，可使晶闸管VS1一旦被触发导通后能一直维持导通。平时晶闸管VS1和VS2均处于关断状态，整个电路没有任何功耗。当人体(如手指)触摸一下金属片M时，人体的感应信号使VS2导通，结果VSl得到触发电流也导通，电器得电工作。VS1导通后，VS2随即没有工作电压，此时对应电容C2两端电压约为0．8V。需要关掉电器电源时，触摸一下金属片M，对应三极管VT导通，C2上的电荷被释放，VS2在交流市电过零时关断。图中电容C1和C3起抗干扰作用。由于采用桥式整流，通过晶闸管控制，可**流过电器电流是正弦波，因此适用于各种电器的电源控制。

整流二极管和VS1决定所控制电器负荷的大小，如二极管采用4个1N4007，VS1采用2A600V，则所控制的电器负荷可达200W。VS2可采用CR02AM或MCR100-6。三极管VT采用S9011。电阻R1、R2分别为56k和1k，R3、R4均为2M，功率均为1／16W。电容C2为4．7μF／10V电解，C1为0．1μF瓷片，C3为0．022μF瓷片。除触摸金属片外，整个电路可焊在一块4cm×2．5cm的印制电路板上。此开关电路板和印制板如图2、图3所示。用此开关制作成的台灯如图4所示。制作时笔者还在电子触摸开关两端并联了一块普通电子调光电路板，一起控制台灯，这样此台灯就具有触摸开关和调光两项功能。

只要进行简单改动，去掉三极管VT、电阻R4和金属片M，同时适当改变电阻R1、电阻R2、电容C2和晶闸管VS1的参数，就可制作成无静态功耗触摸延熄开关。

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二，微静态功耗触摸延熄开关

    此触摸延熄开关具有静态功耗极微的特点。静态电流约55μA，静态功耗约12mW，一年下来静态耗电仅约0．1度，比现有触摸延熄开关降耗98％以上。电路如图5所示，VS1、VS2为单向晶闸管。其中VS2为小电流触发晶闸管。交流电经二极管VD1～VD4桥式整流后变成脉动直流电，一路直接加到VS1的阳、阴极之间，另一路通过电阻R1加到VS2的阳极。由于无触发信号，VS1和VS2均处于关断状态。当人体(如手指)触摸一下金属片M时，人体的感应信号使VS2导通，结果VS1也导通，对应电灯得电发光。由于C2的作用，VS1将一直保持导通状态，这是本开关的一个独特之处。二极管VD5起提升电容C2上电压的作用。VS1导通后，对应C2两端电压实测约为1．6V。此电压经电阻R3向电容C4充电。一定时间后，对应三极管VT1导通，结果C2上的电荷被释放，VS1关断，电灯熄灭。按图中R3、C4的取值，实测延熄时间为61秒。图中C1和C3是抗干扰电容。

    三极管VT2为电容C4提供放电回路，当延熄结束后，VS1截止，220V的直流脉动电压通过电阻R1、R7加到VT2基极，VT2饱和导通，C4上电荷被快速释放，为再次的延熄做好准备。此触摸延熄开关所带负荷的大小由VS1和VD1～VD4二极管决定。VS1采用1A600V，VD1～VD5采用1N4007，对应灯泡功率在100w以内。VS2采用小型的MCR00-6。R1～R8电阻阻值分别为100k、2．2k、220k、1．5M、1．5M、2．2k、3．9k、39k，功率均为1／16W。C1、C3为瓷片电容，容量分别为0．1μ和0．01μ。C2、C4为电解电容，分别为4．7μ／25V和470μ／16V。所有电子元件成本约为1．47元。用此电路制作成的86型壁式开关见图6、7所示。




    三、无静态功耗触摸延熄开关

   此触摸延熄开关没有任何静态功耗。电路如图8所示。由于在图中的R8处串联了一个耐压400V以上的小容量电容C5，平时没有任何静态电流。每次延熄过程中，此小容量电容通过R8、R9放电；延熄结束后，200多伏脉动直流电向此小容量电容快速充电。由于VT1、VT2导通后，C4上电压会快速降到0．6V左右，要把C5上不多的电荷放掉，对于所串联的此小容量电容只要几千皮法即可，图中C5为3900pF／500V。三极管VT1、VT2构成模拟单向晶闸管，一旦导通，就快速进入饱和状态，对应C2上的电荷快速被释放，结果VS1快速关断。由于采用了模拟单向晶闸管，触发电流极小，不到1μA，因此R3阻值可以取得很大，对应C4容量可以很小，让C4电荷放掉的R8支路电流也可相应降低。如果三极管VT3电流放大倍数大于50，C5容量还可减小。经实验，C5取2200pF，R8取3．3M，也能正常工作。图中R3取1．5M，C4取100μF，延熄时间实测68秒。所有电子元件成本约为1．58元。