利用二极管设计双端无源电子节能开关

晶闸管又叫可控硅(Silicon Controlled Rectifier, SCR).自从20世纪50年代问世以来已经发展成了一个大的家族,它的主要成员有单向晶闸管、双向晶闸管、光控晶闸管、逆导晶闸管、可关断晶闸管、快速晶闸管,等等.普通晶闸管,它是由四层半导体材料组成的,有三个PN结,对外有三个电极:第一层P型半导体引出的电极叫阳极A,第三层P型半导体引出的电极叫控制极G,第四层N型半导体引出的电极叫阴极K.
为了杜绝楼梯、走廊、过道等公共场所的长明灯现象,达到节电的目的,出现了不少电子节能开关,用延时关灯的方式自动熄灭电灯.但笔者认为要想使这种开关得到推广使用,必须解决以下三个问题:
1、便于安装,在不改变市电接线的条件下能与现有的照明开关互换、即要求电子节能开关是一个双端器件.
2、要求电子节能开关关断时电阻无穷大,通态电阻越小越好,即电子节能开关可近似地看作是一个无源器件.
3、容易制作,造价低、体积小,避免使用变压器和继电器.
基于以上三点,笔者设计了一个电子节能开关,电路如下图所示:

按一下S,220V交流电经桥式整流后通过V5向电容器C充电,当电容器上的电压高于单向可控硅SCR的控制极触发电压时,单向可控硅被触发导通,灯泡点亮.松开S后,电容器上的电荷通过电阻器R放电,维持单向可控硅导通,延时到预定时间后(本电路参数亮灯时间在1~2分钟内),单向可控硅在导通电流小于维持电流时关断,灯泡熄灭.
本开关电路只有两个接线端,是一个双端器件,开关在关断状态时,电阻呈无穷大,在导通时,开关上的压降小于3V,仅为市电电压的1.36%,因此,又可以近似地把它看作是一个无源器件.
如果把图中的桥式整流部分去掉,虽然可以降低成本,但灯泡上只能得到半波电源,灯泡会出现闪烁,照明效果不好. 若去掉桥式整流部分后再把单向可控硅换成双向可控硅,灯泡上可得到全波电源,但为了使双向可控硅在电源负半周时能可靠地导通要增大电容器C的容量,因此成本要略高于图中所示电路.