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设计制作一款单路红外线遥控开关电路

[日期:2018-03-20T23:20:45] 来源:  作者:湖南 王学 [字体: ]

 

  图1为使用单线制接线的红外线遥控开关电路原理图,适合白炽灯和隔离型驱动的LED灯,实验时使用白炽灯和3W的隔离型LED灯可以可靠的控制,使用3W的LED灯时,可控硅阴极对GND电压为0.64V,经升压后得到的VDD为2.6V直流供电电压,静态时,可控硅未被触发,由100kΩ电阻回路电流产生的VDD约为3.84V(与电路的静态电流有关),一旦可控硅触发导通,其阳极电压迅速降低,此时,由电阻R4回路提供的电流已经不能维持电路正常工作所需电流了,而此时,因可控硅触发导通,其阴极有电流流过在二极管D1-D3产生了电压降,此电压经简易的直流升压电路升压后为电路提供直流供电电压。实测,因为LED功率比较小(3W),电流比较小,理论上可控硅阴极对GND电压应该在2V左右,实测仅仅为0.64V!只相当于一只硅二极管的正向压降。此0.64V电压经升压后获得2.6V的直流供电电压维持电路正常工作。当然,如果灯泡的功率大一些,电路肯定会更可靠!
  
  因为,负载功率大一些,意味着流过负载回路的电流会大一些,获得的VDD肯定要高一些。另外,由于可控硅的电流限制,负载必须控制在40W以内比较可靠。
  
  因为现在LED的普及比较快,大多数家用灯具都使用了功率较小的LED灯具,一般功率都在30W以内。所以,设计使用了触发灵敏度非常高的微触发可控硅MCR 100-8。对于负载,无源的白炽灯比(带驱动的)有源的LED要合适一些。由于有些LED的驱动电路使用了BL333S之类的内部集成了场效应管的非隔离型驱动电路,这些电路在回路中串联一只300kQ以内的电阻仍然可以间歇触发导通!从而出现闪烁现象!实验时,一只使用BL8333S为驱动的非隔离型18W LED灯出现间歇闪烁现象。R4取值330kΩ以上,闪烁现象不再出现,但此时,VDD降至12V(电路的静态电流在5V供电时约为1mA),控制电路无法正常工作!实验失败!在实验时,开始认为是可控硅的抗干扰问题,于是在可控硅的触发极与GND之间加一只5.1kΩ电阻,问题没有解决,于是干脆断开可控硅的触发极与U2A的Q的联接,将R3接Q的一段直接改接到GND!问题仍然没有解决,于是,考虑是否可控硅耐压问题,再将可控硅的阳极联接断开,问题仍然没有解决,是否全桥耐压问题?于是,去掉全桥,只在LED电路回路串联一只100kΩ电阻,问题仍然没有解决,由此,可以肯定是因为电路中的100kΩ电阻流过的微弱电流的累积效应导致BL8333S之类的内部集成场效应管的非隔离型LED驱动电路间歇启动所致!‘因为场效应管属于电场驱动器件!虽然电路不能作为非隔离型部分LED驱动电路的控制开关(可以正常控制,只是在关断时出现闪烁),但在18WLED灯亮时,实测可控硅阴极对GND电压在1.4V左右,此时,VDD已经达到了SV!图1电路具有接线方便,可以直接取代原来的机械开关而不需要任何改动!
  
  但对部分有源负载不适合,为此,在图1电路的基础上,针对部分非隔离型LED驱动电路对小电流累积产生的闪烁问题,设计制作了图2电路,与图1电路比较,图2电路成本更低,电路更简单,但接线相对麻烦一些,适合在灯座内部(或者离负载比较近的地方)安装。
  
  在述说了调试体会后,有必要就电路的工作原理进行简述下,特别是对初学者。知其然,还得知其所以然。对于D触发器,想必大家比较熟悉,CD4013内部封装了2个完全相同的D触发器,本设计中充分利用了其中的D触发器。考虑接线方便,以触发器B(当然,由于2个触发器完全相同,触发器A也可以)作为脉冲整形电路,而触发器A作为状态翻转触发器使用,由于红外线接收头输出的是脉冲串,而不是单个脉冲!如果不对脉冲串进行整形处理,输出就无法得到保证。所以,以触发器B作为脉冲整形用。在按下遥控器按键后,实测,红外线接收头输出端电压在4.9V左右(5VVDD),未按键时为5V,可以理解为红外线接收头输出为窄脉冲,脉冲的基波为高电平,开始时,电路没有考虑加二极管D1,实验无法完成。后测试红外线接收头输出,才知道有必要加一只二极管,利用二极管的单向导通原理来提取红外线接收头输出的非基波脉冲串,否则,此脉冲串被基波脉冲淹没而无法提取。因为相对于基波,有用的脉冲的宽度实在太窄!而二极管的单向导通特性则比较好的解决了这个问题。按下遥控器遥控键,红外线接收头接收到遥控信息,其输出端输出脉冲串,在红外线接收头输出低电平时,二极管D1迅速导通,C1通过D1迅速放电。在放电的同时,基波也通过电阻R1对电容器C1进行充电,由于二极管的正向导通内阻远远小于电阻R1的阻值,所以,C1的放电速度大于其充电速度,C1储存的电荷被释放,输入低电平,松开按键,红外线接收头未再接收到遥控信息,输出恢复高电平。此时,二极管D1反向截止,电容器C1通过电阻R1充电,触发器B得到一个高电平脉冲,因为其此时的D端与端联接,如果此时的Q输出为低电平’,则端必为高电平(反之,Q端输出高电平则必为低电平)。在时钟脉冲的上升缘作用下,触发器B的13脚Q端输出高电平,此高电平的上升缘作为触发器A的时钟脉冲。另外,Q端的高电平通过电阻R2对电容器C2进行充电,使C2的端电压上升,而C2的端电压作为触发器B的复位信号,当Q输出的高电平通过R2对C2充电进行到使C2端电压上升到高电平时,迫使触发器B复位,Q端输出低电平,端则输出高电平为下一个时钟脉冲到来时使D预置高电平。触发器A作为触发器使用,同样,因为其D输入端与端相连接,所以,触发器A在每一个时钟上升缘,其输出端①脚Q改变一次输出状态。假设开关处于断开状态,也就是此时①脚输出低电平,则此时②脚必定输出高电平,D输入端⑤脚得到高电平,当时钟上升缘到来时,触发器A输出端①脚输出高电平,同时,输出端②脚跳变为低电平,①脚Q输出的高电平触发单向可控硅VS导通,接通负载电源,灯泡发光照明。此时,如果再按一下遥控键,则有一个时钟脉冲输入,此时,由于触发器A的D输入端已经置低电平,所以,输出端①脚Q输出低电平,可控硅VS失去触发电流而关断,负载失电。与此同时,此时的端又跳变为高电平使触发器A的D输入端置高电平。如此,触发器A在每一个时钟脉冲作用下改变一次输出‘状态。从而实现单键遥控开关状态。此电路非常适合作为多控开关使用!可以在多处控制同一个负载的开关(如果距离较远可以使用无线遥控代替红外线遥控)。

单路红外线遥控开关电路


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