单火线设计系列文章9：EMI问题探讨及支持大功率单火取电开关的探索
单火线设计系列文章9：EMI问题探讨及支持大功率单火取电开关的探索
本篇阐述单火智能开关的技术难点、壁垒及技术展望，在进入文章之前，推荐阅读——
技术难点1：EMI问题探讨
EMI问题在单火智能开关中亦是棘手的问题，下面列举一些在单火智能开关EMI调试过程中的改善经验案例：
(一)、在灯具闭态条件下，EMI-传导测试中150K~2M频段有频点超标，一般原因为闭态取电电路的差模噪声较大。针对这类现象，可尝试如下方法进行改善：
(1).若通过增加X电容抑制差模噪声来优化EMI-传导性能，则X电容会导致闭态待机电流增大，对低功耗单火开关方案来说，该对策会恶化”鬼火”现象，一般不建议采取该对策；
(2).建议优化缩短火线L、灯线L1输入端到整流桥之前的PCB layout走线，尽量避免输入端交叉走线；如下图粗红色输入走线所示；
(3).建议闭态取电电路中采用桥堆作为输入整流器件，缩短整流环路，尽量避免使用分立二极管搭建；
(4).闭态取电电路中输入大电容电路可预留LC或π型滤波电路作为EMI对策。
设计注意点：此对策器件选型、参数可能会对待机功耗有影响，调试过程中须留意待机电流的变化；
(二)、在灯具开态条件下，开态取电电路选取合适的GATE驱动电阻。
此GATE为低频开关信号，驱动电阻R4建议选取20~30K，让MOSFET开启更缓。若R4不够大或MOSFET的结电容偏小，EMI会比较差，可根据EMI情况调整。下图为驱动电阻R4电路图示以及不同驱动电阻R4阻值传导测试对比结果：
驱动电阻R4电路图示
不同驱动电阻R4阻值传导测试对比
技术难点2：支持大功率单火取电开关的探索
随着智能家居产品的多元化、多样化，市面上出现带触摸屏、语音交互、音乐、网关等更多功能的智能开关产品，这类智能开关产品的功耗都在5V/0.5A以上，且基本上都是采用零火线供电方案，传统单火取电方案不能满足需求。为满足这类产品可直接应用在单火线布线场景中，需要开发一款可以支持大功率取电的单火开关。
这类产品应用在单火场景会碰到的技术难点：无论在灯具关态还是开态，其功耗都在5V/0.5A以上，这对单火取电技术提出了更高的要求。
在此列举其中一种支持大功率单火取电的解决思路，其电路框架示意图如下：
在灯具两端并联设计一款分流电路，配合单火智能开关的取电电路输出不小于5V/0.5A功率给智能开关系统电路供电。
(一)、下面列举一种分流电路的设计思路：(实现方式可以是有某种特性的器件或者具有一定功能的电路)
在灯具处于闭态时，分流电路需呈现低阻抗特性，起到承担回路中大部分电流，保证灯具不闪或者无灯具下单火开关亦可通过分流器正常工作；
在灯具处于开态时，分流电路需部分时刻呈现低阻抗或者全时刻大功率的特性，保证取电回路有足够的电压电流给到智能开关取电。
(二)、下面列举一种单火智能开关的取电电路的设计思路：
在灯具处于闭态时，闭态取电电路选取可提供足够功率的开关电源方案，例如采用5V/1A隔离输出的反激式开关电源方案；
在灯具处于开态时，取电电路需增大分时取电时间，同时改进稳压电路和控制斩波电路结构（该部分电路可考虑与闭态取电电路结合，节约空间及成本），提升其取电效率。
设计注意点：需要考虑闭态和开态电路电源方案及PCB设计的安规距离，带触摸屏语音智能开关在工程应用中基本上需按加强绝缘等级来设计满足安规安全距离要求。
当前网上关于单火技术的阐述资料较少，且90%依然停留在科普层面，截止本篇，本公众号已连续更新9篇关于单火技术的系列文章，针对单火技术问题进行深入解析。单火取电技术在实际产品应用中仍有很多需要攻克的设计难点，读者若有更深入的问题，可留言统一探讨。