電子開關的分段原理、應用及改善方法

甚麼是電子開關?

一種電子式的開關裝置,額外安裝在壁切開關和電燈之間,放置於燈具內或天花板裡,而且只要利用原開關的操作,就可控制多組迴路的供電狀態。其參考外觀如下圖:

應用實例

電子開關(型號SW688A) 模擬調光的實例。

以上的模擬調光的規則是:
第一段: 40%亮度 (5顆亮2顆,2/5=40%)
第二段: 夜燈 (只亮小夜燈)
第三段: 100%亮度 (5顆全亮,5/5=100%)
第四段: 60%亮度 (5顆亮3顆,3/5=60%)

為何要使用電子開關?

主要兩個功用: 1.調光2.分區點燈

以下同張圖,可分別用來說明調光分區點燈的功用。

上圖中使用型號L-4912的電子開關,其亮燈規則是: 第一段橙線通電;第二段黃線通電;第三段橙、黃線通電 。
1. 調光: 最普及的燈泡、崁燈…等,皆無調光功能,利用亮燈數的不同,模擬調光的效果。
第一段:橙線通電,亮3盞(3/5=60%);
第二段:黃線通電,亮2盞(2/5=40%);
第三段:橙、黃線都導通,亮5盞(5/5=100%)
因此,三段模擬調光的效果: 60% – 40% – 100%

2. 分區點燈: 僅有一個壁切開關,控制著5盞崁燈(餐廳2盞、客廳3盞),一般都5盞全開或全關。若覺得不實用時,可加裝電子開關,讓燈光有時亮餐廳、有時亮客廳、有時全亮,確實方便。
第一段橙線通電,亮A區(客廳);
第二段黃線通電,亮B區(餐廳);
第三段橙、黃線都導通,A、B區(客廳、餐廳)都全亮
因此,三段分區點燈的效果:A區亮、B區不亮 – A區不亮、B區亮 – A、B區全亮

而一般來說,電子開關放置在吊燈燈具內都為調光功用;放置在天花板內較多為分區點燈功用

原理說明

只要搞懂了以下原理及說明,其它型號無論兩段、三段、四段的要怎麼接都沒問題了。

電子開關內部實體

邏輯電路: 是電子開關的核心,普遍用兩個D型正反器CD4013設計,其排列組合就可做出2-4段、2-3個輸出的各種型號(成本考量很少用微電腦MCU設計了)。將濾除漣波後的”斷電-通電”訊號,接至第一顆D型正反器的時脈輸入,而輸出的訊號Q1、Q2,控制繼電器(Relay)的開或關。
電源電路: 主流是採用電容降壓、經橋整後用Zener二極體穩壓的方式,這種設計,電壓容忍度低(例如只能單電壓110V)、Zener容易發熱不耐用,易導致故障,但市場低價所趨也沒辦法。
繼電器 (Relay): 屬於線圈-機械式接觸的一種電子控制元件,當邏輯電路輸出Q1=1時,以電晶體為驅動器,使線圈通電,產生磁力吸住金屬彈片而使紅線-白線接通(常開NO接點);邏輯電路輸出Q1=0時,線圈不通電,金屬彈片放開而使紅線-藍線接通(常閉NC接點)。同理,Q2=1時,可讓紅線-黃線接通。

切換規則分析:
上圖僅利用兩個繼電器,就做出三個輸出的四段式電子開關。係利用兩個D型正反器適當偶接後,使邏輯電路的Q2/Q1輸出邏輯如下:
第一段 Q2/Q1=00=>紅線藍線導通
第二段 Q2/Q1=01=>紅線白線導通
第三段 Q2/Q1=10=>紅線藍線、黃線都導通
第四段 Q2/Q1=11=>紅線對白線、黃線都導通
如此,即可按不同段數,做出上述四種組合,並將火線分配到藍、白、黃所接的電燈迴路。

市上一堆的電子開關型號,著實令人眼花撩亂,規劃者必須依據想要的亮燈規則,選出所要的型號。

電子開關型號第一段第二段第三段第四段段數及分區
L4724BCACBA4段 3區
SW688A29四段式
SW688A
L4704
L4204
ABACBC4段 3區
SW688A29三段式
L4703
L4903
L4603
ABBC3段 3區
L4912
L4712
ABAB3段 2區
SW688A29兩段式
L4202
AB2段 2區
SW688A29四段式
(第一段全亮)
ABCACBCC4段 3區
SW688A26ABCCBA4段 3區

若原來沒有電子開關(如下圖),要改成有電子開關,有兩個主要步驟:
1. 串接電子開關: 壁切開關與燈之間,串接電子開關
2. 重新配接線: 依據想要的亮燈規則,將燈與電子開關之間,重新配接線

以上的重新配接線步驟,是安裝電子開關較麻煩的部分,若是分區點燈,都是交由較專業的水電師傅施做;若是吊燈調光用,燈具廠商會先裝在燈具裡配接完成才出貨。

拆除方法

找出電子開關,其拆除步驟如下:
1. 剪線: 將電子開關的輸出、輸入線全部剪斷
2. 移除電子開關: 斷線後,將電子開關丟棄
3. 電源線對接: 將原輸出、輸入的黑線(中性線)接在一起;再將原來的輸出火線(這裡是藍、白、黃) 與輸入火線(紅線)全部接在一起。

完成後,開關一開燈,全部燈都亮,一關燈全部都熄滅,電子開關就算是移除成功了。

常常有人反應電子開關非常容易故障,導致嚴重閃爍,這時電子開關一定要盡快拆除,否則根本無法用燈。

電子開關缺點

彈性差: 被限定在幾種型號及規則,無法隨心所欲規劃,而且每顆燈只能全亮和全暗,無法做中間亮度的變化。
光線不均勻: 控制亮燈數調光方式,導致光線並不均勻,如果能所有燈一起變暗才會均勻。
安裝困難:串接電子開關後、還要各自配接迴路線至燈具或光源。
維護困難:電子開關是在天花板裡或燈具裡額外加裝的裝置,故障後常找不到藏在天花板哪個位置做拆除或維修。

電子開關故障而整燈丟棄,非常浪費:

改善方式

1. 採用遙控開關(調光改善)
修改電子開關成為易利控遙控開關


一樣40%亮度,不同方式優缺點
電子開關傳統方式: 5顆亮2顆 ,直視光源依然很刺眼
開關調光燈泡: 5顆一起亮40%,直視光源柔和不刺眼

2. 採用開關調光的燈泡(調光改善)
舊燈具拆除電子開關(新燈具裡要求不要加裝電子開關),直接裝上開關調光燈泡,即可所有的燈一起調暗直視燈泡不眩光,還支援1%小夜燈:

無段式調光影片

連結: 參考開關調光燈泡

3.採用飛利明分區點燈方式 (分區點燈改善)
連結文章: 免電子開關 即可分區點燈,可自己規劃分區點燈段數樣式,還能搭配調光。

飛利明分區點燈的原理介紹

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