CN110139442A - 一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，属于单火线取电电路技术领域，包括双TVS保护电路、双MOS管开关电路、低压差全波整流电路、滞回比较电路和MOS驱动电路，双TVS保护电路与双MOS管开关电路电性连接，双MOS管开关电路与低压差全波整流电路电性连接，低压差全波整流电路与MOS驱动电路电性连接，MOS驱动电路分别与双MOS管开关电路和滞回比较电路电性连接，上述电路取电时间为全波取电，从单火线的发热问题、取电效率问题、灯具负载匹配问题、电路寿命问题、成本问题五方面问题综合考虑，其取电效率高、电路拓扑简单，成本低且易于实现并且效果好。

Description

一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路

技术领域

本发明涉及单火线取电电路技术领域，更具体地说，涉及一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路。

背景技术

在智能家居、智能建筑的方案实施中，经常需要对老的照明控制电路进行改造，由于老的照明控制电路只有一根火线而没有零线，为了降低改造成本、避免重新布线，单火线取电技术应运而生。

传统的单火线取电技术有可控硅过零取电、MOS管半波取电、MOS管全波过零取电等，可控硅过零取电具有发热量大、取电效率低等缺点，MOS管半波取电发热比可控硅低，取电效率有所提升，但是针对小功率的灯具负载仍然无法满足取电的要求，MOS管全波过零取电发热量较小，但是仅仅在过零时刻取电，取电效率仍然不高，此外，除了发热问题、取电效率问题还有灯具负载匹配问题、电路寿命问题、成本问题等，这五方面的主要问题综合影响着单火线取电电路的设计方案。

发明内容

1．要解决的技术问题

针对现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，它从单火线的发热问题、取电效率问题、灯具负载匹配问题、电路寿命问题、成本问题五方面问题综合考虑，其取电效率高、电路拓扑简单，成本低且易于实现并且效果好。

2．技术方案

为解决上述问题，本发明采用如下的技术方案：

一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，包括双TVS保护电路、双MOS管开关电路、低压差全波整流电路、滞回比较电路和MOS驱动电路，所述双TVS保护电路与双MOS管开关电路电性连接，所述双MOS管开关电路与低压差全波整流电路电性连接，所述低压差全波整流电路与MOS驱动电路电性连接，所述MOS驱动电路分别与双MOS管开关电路和滞回比较电路电性连接，上述电路取电时间为全波取电，从单火线的发热问题、取电效率问题、灯具负载匹配问题、电路寿命问题、成本问题五方面问题综合考虑，其取电效率高、电路拓扑简单，成本低且易于实现并且效果好。

进一步的，所述双TVS保护电路包括一对瞬态二极管，且一对瞬态二极管分别为TVS1和TVS2，一对所述瞬态二极管串联，所述双TVS保护电路接在双MOS管开关电路旁边，所述双TVS保护电路的CON-IN接火线的输入端，所述双TVS保护电路的CON-OUT接火线的输出端。

进一步的，所述双MOS管开关电路包括一对MOS管，且一对MOS管串联，一对所述MOS管均为低压、大电流、低内阻N型MOS管，所述MOS驱动电路的输出端与一对MOS管的公共端连接。

进一步的，所述低压差全波整流电路包括四个肖特基二极管，四个所述肖特基二极管分别为D1、D2、D3和D4，所述D1与D3串联，所述D2与D4串联，所述D1、D3与D2、D4并联。

进一步的，所述MOS驱动电路的输入端与滞回比较电路的输出端连接。

进一步的，所述滞回保护电路并联有电容，且电容为C1。

3．有益效果

相比于现有技术，本发明的优点在于：

本方案从单火线的发热问题、取电效率问题、灯具负载匹配问题、电路寿命问题、成本问题五方面问题综合考虑，其取电效率高、电路拓扑简单，成本低且易于实现并且效果好。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明的电路工作典型波形图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1-2，一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，包括双TVS保护电路、双MOS管开关电路、低压差全波整流电路、滞回比较电路和MOS驱动电路，双TVS保护电路与双MOS管开关电路电性连接，双MOS管开关电路与低压差全波整流电路电性连接，低压差全波整流电路与MOS驱动电路电性连接，MOS驱动电路分别与双MOS管开关电路和滞回比较电路电性连接，上述电路取电时间为全波取电，其取电时间不受限制，不同于过零取电和半波取电等各类取电时间受限的电路，因此取电电路的取电效率极高。

双TVS保护电路包括一对瞬态二极管，且一对瞬态二极管分别为TVS1和TVS2，一对瞬态二极管串联，双TVS保护电路接在双MOS管开关电路旁边，双TVS保护电路的CON-IN接火线的输入端，双TVS保护电路的CON-OUT接火线的输出端。

双MOS管开关电路包括一对MOS管，且一对MOS管串联，一对MOS管均为低压、大电流、低内阻N型MOS管，MOS驱动电路的输出端与一对MOS管的公共端连接，一对MOS管与一对瞬态二极管并联。

低压差全波整流电路包括四个肖特基二极管，四个肖特基二极管分别为D1、D2、D3和D4，D1与D3串联，D2与D4串联，D1、D3与D2、D4并联。

MOS驱动电路的输入端与滞回比较电路的输出端连接。

滞回保护电路并联有电容，且电容为C1。

双TVS保护电路用于保护电路中的一对MOS管，并为整个取电电路限压，用于保障电路的使用寿命，双MOS管开关电路用于通断主回路电流，当取电时双MOS管截止，当不取电时双MOS管导通，MOS管选用低压大电流N型MOS管，可以使电路的带载能力大幅提升，低压差全波整流电路用于取电时的整流，将取到的交流电流整流为直流，另外，该电路使用四个肖特基二极管构成，取电时落在该整流电路上的压差非常小，比普通二极管整流压差低50%以上，从而大幅降低了整流电路的发热，滞回比较电路用于取电时机的判别，当取电电压低于设定最低电压时，则输出取电信号，当取电电压高于设定最高电压时则输出不取电信号，MOS驱动电路用于驱动双MOS管，减少双MOS管的开关损耗，从而降低MOS管的发热。

假设滞回比较电路的最低比较电压为VL，最高比较电压为VH，当VCC电压低于VL时，滞回比较电路输出低电平，当VCC电压高于VH时，滞回比较电路输出高电平，MOS驱动电路起到电压跟随放大作用，其输入端接到滞回比较电路的输出端，当滞回比较电路输出低电平时，MOS驱动电路输出低电平，当滞回比较电路输出高电平时，MOS驱动电路输出高电平，双MOS管开关电路受MOS驱动电路驱动，当MOS驱动电路输出低电平时，双MOS管截止，当MOS驱动电路输出高电平时，双MOS管导通，双TVS保护电路接在双MOS管电路旁边，用于保护电路中的一对MOS管，并为整个取电电路限压，用于保障电路的使用寿命。

当火线电流方向从CON-IN流向CON-OUT时，假设此时当VCC电压低于VL，滞回比较电路输出低电平，MOS驱动电路输出低电平，双MOS管截止，此时电流从CON-IN流向D1，再流向C1，再经过D4，从CON-OUT流出，此时电容C1充电，并且VCC电压上升，当VCC电压高于VH时，滞回比较电路输出高电平，MOS驱动电路输出高电平，双MOS管导通，此时电流从CON-IN流向Q1，再流向Q2，从CON-OUT流出，此时电容C1不会被充电，VCC不会上升，VCC上一般接单片机等控制芯片类型的负载，VCC上的负载消耗电能使VCC上的电压低于VL时，滞回比较电路又会输出低电平，MOS驱动电路输出低电平，双MOS管截止，电流从CON-IN流向D1，再流向C1，再经过D4，从CON-OUT流出，电容C1充电，当火线电流方向从CON-OUT流向时CON-IN原理类同，不再赘述，最终VCC上会得到一个范围为VL到VH的电压，

为了实现长寿命、低温升、大电流、高效率等特点，在元件选择上有以下要求：TVS击穿电压应大于VH+1V，最大峰值电流应大于10倍灯具负载电流，MOS管Q1、Q2为低压、大电流、低内阻N型MOS管，最大电流应大于10倍灯具负载电流，耐压值应大于TVS击穿电压，D1、D2、D3、D4为肖特基二极管，最大峰值电流应大于10倍灯具负载电流，反向耐压值应大于TVS击穿电压，电容C1为储能电容，大小根据VCC上的负载选择，滞回比较电路和MOS管驱动电路的耐压值均应大于TVS击穿电压，滞回比较电路和MOS管驱动电路是最基本的电路单元，可由集成电路或者分立元件构成，在此不做赘述，

从CON-IN和CON-OUT端测试电压的波形，可以得到图2所示的电路工作典型波形图，该图为示波器的截图，横轴为时间，分辨率为5ms/Div，纵轴为电压，分辨率为5V/Div，触发方式为市电下降沿触发，该图显示了两个完整周期的波形，波形的周期与市电周期相同，为50Hz，在市电的正半轴，该波形为正脉冲，最大值为13.8V，在市电的负半轴，该波形为负脉冲，最小值为-13.6V，正半轴与负半轴基本对称，一个周期内脉冲波的个数以及脉冲宽度由VCC上的负载大小以及灯具负载决定，结合图1的原理分析：取电时，双MOS管截止，在波形上表现为非零电压，即脉冲，不取电时，双MOS管导通，在波形上表现为零电压，从波形的整体上看，该波形为全波取电，其取电时间不受限制，不同于过零取电和半波取电等各类取电时间受限的电路，因此取电电路的取电效率极高。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其改进构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围内。

Claims (6)

1.一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，包括双TVS保护电路、双MOS管开关电路、低压差全波整流电路、滞回比较电路和MOS驱动电路，其特征在于：所述双TVS保护电路与双MOS管开关电路电性连接，所述双MOS管开关电路与低压差全波整流电路电性连接，所述低压差全波整流电路与MOS驱动电路电性连接，所述MOS驱动电路分别与双MOS管开关电路和滞回比较电路电性连接，上述电路取电时间为全波取电。

2.根据权利要求1所述的一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，其特征在于：所述双TVS保护电路包括一对瞬态二极管，且一对瞬态二极管分别为TVS1和TVS2，一对所述瞬态二极管串联，所述双TVS保护电路接在双MOS管开关电路旁边，所述双TVS保护电路的CON-IN接火线的输入端，所述双TVS保护电路的CON-OUT接火线的输出端。

3.根据权利要求1所述的一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，其特征在于：所述双MOS管开关电路包括一对MOS管，且一对MOS管串联，一对所述MOS管均为低压、大电流、低内阻N型MOS管，所述MOS驱动电路的输出端与一对MOS管的公共端连接。

4.根据权利要求1所述的一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，其特征在于：所述低压差全波整流电路包括四个肖特基二极管，四个所述肖特基二极管分别为D1、D2、D3和D4，所述D1与D3串联，所述D2与D4串联，所述D1、D3与D2、D4并联。

5.根据权利要求1所述的一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，其特征在于：所述MOS驱动电路的输入端与滞回比较电路的输出端连接。

6.根据权利要求1所述的一种高效率长寿命低温升大电流单火线全波取电电路，其特征在于：所述滞回保护电路并联有电容，且电容为C1。