三種節(jié)能的電子觸摸開關(guān)

 
經(jīng)過對市場上出現(xiàn)的多種電子開關(guān)(包括延熄開關(guān))進(jìn)行分析測試，筆者發(fā)現(xiàn)這些開關(guān)都有六七百毫瓦以上的靜態(tài)功耗，一年下來每個電子開關(guān)靜態(tài)耗電就在5、6度以上。每個廠家每年都生產(chǎn)出大量這種開關(guān)供人們使用，可想而知有多大的浪費(fèi)。為此，筆者利用一種很普通的小電流觸發(fā)晶閘管(具有控制極觸發(fā)電流很小的特點(diǎn)，觸發(fā)電流多小于200μA，目前額定電流為1A的這種晶閘管的售價只有四、五毛錢)，設(shè)計(jì)制作了三種實(shí)用的電子觸摸開關(guān)，這幾種開關(guān)具有電路簡單、成本低廉、元件易購、工作可靠、使用方便等特點(diǎn)，更主要的是沒有任何靜態(tài)功耗或只有極微功耗。使用時無需區(qū)分兩根引出線，可隨便與電器或電燈串聯(lián)，只是注意整個開關(guān)必須接在交流市電火線上。這幾種開關(guān)也經(jīng)過多個家庭和單位正常使用了近一年。

一、無靜態(tài)功耗電子觸摸開關(guān)

目前，大多數(shù)電子觸摸開關(guān)都需要在開關(guān)內(nèi)部設(shè)計(jì)一個直流低壓工作電源，這樣不僅電路復(fù)雜，而且存在靜態(tài)功耗。

本電子觸摸開關(guān)采用的技術(shù)方案是：由橋式整流二極管、單向晶閘管、三極管、電阻、電容和觸摸金屬片組成電子觸摸開關(guān)，觸摸開的控制是通過一個小電流觸發(fā)晶閘管實(shí)現(xiàn)的。首先整流二極管把交流市電變成單向脈動電，然后經(jīng)一個單向晶閘管進(jìn)行電源通斷控制，觸摸開控制的小電流觸發(fā)晶閘管接在起電源通斷控制作用的晶閘管的陽極和控制極之間。觸摸開金屬片通過限流電阻接在小電流觸發(fā)晶閘管的控制極上。

本開關(guān)可以在無任何靜態(tài)功耗的情況下，對家用電器特別是照明燈具進(jìn)行交流電源觸摸通斷的控制。

圖1是該開關(guān)的電路原理圖。二極管構(gòu)成橋式整流，晶閘管VS1進(jìn)行電源通斷控制。
小電流觸發(fā)晶閘管VS2實(shí)現(xiàn)觸摸開控制，三極管VT實(shí)現(xiàn)觸摸關(guān)控制。電容C2通過電阻R2接在VS1的控制極和陰極之間，可使晶閘管VS1一旦被觸發(fā)導(dǎo)通后能一直維持導(dǎo)通。平時晶閘管VS1和VS2均處于關(guān)斷狀態(tài)，整個電路沒有任何功耗。當(dāng)人體(如手指)觸摸一下金屬片M時，人體的感應(yīng)信號使VS2導(dǎo)通，結(jié)果VSl得到觸發(fā)電流也導(dǎo)通，電器得電工作。VS1導(dǎo)通后，VS2隨即沒有工作電壓，此時對應(yīng)電容C2兩端電壓約為0．8V。需要關(guān)掉電器電源時，觸摸一下金屬片M，對應(yīng)三極管VT導(dǎo)通，C2上的電荷被釋放，VS2在交流市電過零時關(guān)斷。圖中電容C1和C3起抗干擾作用。由于采用橋式整流，通過晶閘管控制，可確保流過電器電流是正弦波，因此適用于各種電器的電源控制。

整流二極管和VS1決定所控制電器負(fù)荷的大小，如二極管采用4個1N4007，VS1采用2A600V，則所控制的電器負(fù)荷可達(dá)200W。VS2可采用CR02AM或MCR100-6。三極管VT采用S9011。電阻R1、R2分別為56k和1k，R3、R4均為2M，功率均為1／16W。電容C2為4．7μF／10V電解，C1為0．1μF瓷片，C3為0．022μF瓷片。除觸摸金屬片外，整個電路可焊在一塊4cm×2．5cm的印制電路板上。此開關(guān)電路板和印制板如圖2、圖3所示。用此開關(guān)制作成的臺燈如圖4所示。制作時筆者還在電子觸摸開關(guān)兩端并聯(lián)了一塊普通電子調(diào)光電路板，一起控制臺燈，這樣此臺燈就具有觸摸開關(guān)和調(diào)光兩項(xiàng)功能。

只要進(jìn)行簡單改動，去掉三極管VT、電阻R4和金屬片M，同時適當(dāng)改變電阻R1、電阻R2、電容C2和晶閘管VS1的參數(shù)，就可制作成無靜態(tài)功耗觸摸延熄開關(guān)。 二，微靜態(tài)功耗觸摸延熄開關(guān)

此觸摸延熄開關(guān)具有靜態(tài)功耗極微的特點(diǎn)。靜態(tài)電流約55μA，靜態(tài)功耗約12mW，一年下來靜態(tài)耗電僅約0．1度，比現(xiàn)有觸摸延熄開關(guān)降耗98％以上。電路如圖5所示，VS1、VS2為單向晶閘管。其中VS2為小電流觸發(fā)晶閘管。交流電經(jīng)二極管VD1～VD4橋式整流后變成脈動直流電，一路直接加到VS1的陽、陰極之間，另一路通過電阻R1加到VS2的陽極。由于無觸發(fā)信號，VS1和VS2均處于關(guān)斷狀態(tài)。當(dāng)人體(如手指)觸摸一下金屬片M時，人體的感應(yīng)信號使VS2導(dǎo)通，結(jié)果VS1也導(dǎo)通，對應(yīng)電燈得電發(fā)光。由于C2的作用，VS1將一直保持導(dǎo)通狀態(tài)，這是本開關(guān)的一個獨(dú)特之處。二極管VD5起提升電容C2上電壓的作用。VS1導(dǎo)通后，對應(yīng)C2兩端電壓實(shí)測約為1．6V。此電壓經(jīng)電阻R3向電容C4充電。一定時間后，對應(yīng)三 極管VT1導(dǎo)通，結(jié)果C2上的電荷被釋放，VS1關(guān)斷，電燈熄滅。按圖中R3、C4的取值，實(shí)測延熄時間為61秒。圖中C1和C3是抗干擾電容。

三極管VT2為電容C4提供放電回路，當(dāng)延熄結(jié)束后，VS1截止，220V的直流脈動電壓通過電阻R1、R7加到VT2基極，VT2飽和導(dǎo)通，C4上電荷被快速釋放，為再次的延熄做好準(zhǔn)備。此觸摸延熄開關(guān)所帶負(fù)荷的大小由VS1和VD1～VD4二極管決定。VS1采用1A600V，VD1～VD5采用1N4007，對應(yīng)燈泡功率在100w以內(nèi)。VS2采用小型的MCR00-6。R1～R8電阻阻值分別為100k、2．2k、220k、1．5M、1．5M、2．2k、3．9k、39k，功率均為1／16W。C1、C3為瓷片電容，容量分別為0．1μ和0．01μ。C2、C4為電解電容，分別為4．7μ／25V和470μ／16V。所有電子元件成本約為1．47元。用此電路制作成的86型壁式開關(guān)見圖6、7所示。

                                 
                                         
                                                 






三、無靜態(tài)功耗觸摸延熄開關(guān)

此觸摸延熄開關(guān)沒有任何靜態(tài)功耗。電路如圖8所示。由于在圖中的R8處串聯(lián)了一個耐壓400V以上的小容量電容C5，平時沒有任何靜態(tài)電流。每次延熄過程中，此小容量電容通過R8、R9放電；延熄結(jié)束后，200多伏脈動直流電向此小容量電容快速充電。由于VT1、VT2導(dǎo)通后，C4上電壓會快速降到0．6V左右，要把C5上不多的電荷放掉，對于所串聯(lián)的此小容量電容只要幾千皮法即可，圖中C5為3900pF／500V。三極管VT1、VT2構(gòu)成模擬單向晶閘管，一旦導(dǎo)通，就快速進(jìn)入飽和狀態(tài)，對應(yīng)C2上的電荷快速被釋放，結(jié)果VS1快速關(guān)斷。由于采用了模擬單向晶閘管，觸發(fā)電流極小，不到1μA，因此R3阻值可以取得很大，對應(yīng)C4容量可以很小，讓C4電荷放掉的R8支路電流也可相應(yīng)降低。如果三極管VT3電流放大倍數(shù)大于50，C5容量還可減小。經(jīng)實(shí)驗(yàn)，C5取2200pF，R8取3．3M，也能正常工作。圖中R3取1．5M，C4取100μF，延熄時間實(shí)測68秒。所有電子元件成本約為1．58元。

 
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