拆解并分析一个微波/雷达感应开关KL-MK4，祝祖国生日快乐！

jf201006

今天是2024年10月1日，盛世中国，喜迎国庆。 热烈庆祝中华人民共和国75周年华诞！国庆之日，发一帖，祝福祖国繁荣昌盛！

本帖主要内容：

一、拆机
二、简单测量
三、简单分析电路
四、小改电路探讨
五、其它方案


一、拆机

去年就有类似的微波（雷达）感应的产品，前几天有坛友也晒出几种，于是也购来看看，这款和元.首的是一样的。


主板正面


反面


低压滤波电容和双向可控硅


阻容限流供电


主要元件区域



电路如下




二、简单测量

由于是阻容供电，准备测量一下功耗


测量F1（30欧姆）两端电压及整机电流

空载功率大约10W多。

1、静态情况（各处电压）
低压主供电电压为11.5V


芯片及高频管供电为5V


高频管Q4的C极电压4.92V


高频管Q4的B极电压在管脚上测量为0.91V


在偏置电阻处测量为0.92V


高频管Q4的E极在管脚上测量为0.22V


经过S型天线后（R12上）测量为0.46V


经过R9后（R8上）测量为0.42V


经过电容C7后测量为1.49V


芯片U1的2脚测量为1.48V


芯片U1的1脚测量为1.50V波动


这个电压会随着周围物体的移动变化


芯片U1的3脚受光敏管有无光变化


芯片U1的7脚测量为4.77V


由于不知道微波的工作频率，手上也没有测量微波的工具，只好用老示波器试试。

2、动态工件情况（高频管的低频波形）
反复调整测量，发现只有20Mhz左右的信号，且不稳定。（其实是手在板子周围移动造成的）
对应上面测量电压的顺序，Q4的B极


Q4的E极


R12上端，这个波形的右边是横向抖动的，有种频率轻微变化的感觉。


R8上端


经过C7后


芯片U1的2脚有不同的“三角波”滑过



芯片U1的1脚波形随着手的操作，有大致图中的波形。




三、电路原理分析



整体电路分为供电、感知、控制和驱动4个功能部分。

（一）供电市电输入后，经阻容限流（C1、R1、R1、F1）后，由D1进行半波整流、ZD1稳压，C2滤波后，C2两端得到约11.5V直流电，再经过Q3（HT7550L）稳压到5V为整个后级电路供电。

（二）微波感应，这部分电路有的称为雷达感应。在此电路中的作用与热释电红外传感器（PIR）是基本一样的，区别就是，热释电红外传感器对于物体（特别是人或动物）辐射至传感器的红外辐射，通过安装在传感器前面的菲涅尔透镜将其聚焦后加至两个探测元上，从而使传感器输出电压信号。而微波感应是通过目标物体反射高频电磁波，与发射波进行比较，产生输出电压信号，就不局限于有红外辐射的物体了。
此部分电路在PCB上是双面且反面是敷铜面接地，在正面布置元件。电路中高频管Q4是核心，其特征频率达到几个GHz。由集电极、基极及PCB两层铜箔间的电容、三极管内阻、寄生电容等构成RC震荡电路（Q4的PCB背面敷铜屏蔽，防蔽干扰），该震荡电路震荡产生高频信号，经过三极管放大，再经过PCB三边发射出去。发射频率在2.4-3.2GHz，当微波信号如果遇到移动物体时，就会反射回一部分，由S型天线接收反射信号。反射波相对发射波的相位会有变化，由多普勒效应可知，产生多普勒频移（近蓝远红），这个移频就会以3-20MHz左右的低频输出，图中的OUT点。图中Q4使用了FC1405，丝印为FCB。FC1405是超高频低噪声晶体管，典型的特征频率fT达到9GHz。，采用平面NPN硅外延双极型工艺，具有高功率增益、低噪声特性和大动态范围。由于采用了超小型的SOT-323封装，所以适用于高密度表面贴片安装，主要用于微波感应模块放大器。发射频率由PCB上Q4的C极B极的正面宽引线与反面铜箔之间的电容以及三极管寄生电容组成的总电容和Q4的输入阻抗决定的。所以发射频率同天线部分PCB线路板尺寸大小、厚度、布线、三极管输入阻抗与电容等有关。一般设计在2.5GHz左右，与WIFI相近，所以有时候实物与设计有偏差时，会受到WIFI的干扰。接收是通过Q4的E极接的S型天线接反射回来的电磁波，如果发射与接收波之间有相位移频，则输出低频信号。S型天线只需要一个正弦波的形状就可以，可以通过适当加宽S型天线的线宽、加大波形幅度，并且在线上密布过孔来提高感应信号强度和灵敏度。

（三）状态控制，电路中使用了LJ3406。LJ3405 是一款专为热释电红外传感器信号放大及处理输出的数模混合专用芯片（常见的有还有BISS0001等），内部集成了运算放大器、 双门限电压比较器、参考电压源、延时时间定时器和封 锁时间定时器及状态控制器等。可配合热释电红外传感器使用，本电路使用的是微波感应传感。手册中的功能框图和时序图有些错误。


由功能图可知：2脚为信号输入，经内部放大器OP1放大后，进入放大可器OP2进行整形。由于OP1的同相端接有0.3VDD的参考电位，所以OP1输出的是以0.3VDD为基准的正负信号，且在1脚上有0.3VDD的直流电平。比较器CP1和CP2构成双向鉴幅器，将有效的正负脉冲（高于0.5VDD的正脉冲和低于0.1VDD的负脉冲）转换为正脉冲，通过“或”门OR输出为VS，VS为以GND为参考的正脉冲。比较器CP3为允许触发控制信号，低于0.2VDD为禁止触发，CP3输出为低电平“0”，在“与”门AND将VSS信号禁止掉。内部状态控制器完成触发后延时及延时结束的封 锁。7脚外接定时电阻及电容，控制内部OSC振荡频率。延时时间Tx为100000个OSC振荡周期Tosc，封 锁时间Ti＝14/Tx。当电阻RT=680K，电容CT=1nF时，Tosc约为282.3uS。Tx约为28秒，Ti约为2秒。也就是说延时结束后，有2秒时间是不能被触发的，这个是芯片做死的，不能改变。在测试过程中，将R14并联一个62K的电阻，使RT约为62K，延时变为4秒左右，封 锁为0.3秒（感觉没有封 锁时间）。


4脚是设定可不可以重复触发的。


不可重复触发就是只要有一个触发信号有效（VS上升沿），就进入触发延时Tx，在Tx阶段不再接收触发信号，直到过了触发封 锁期后，才能再一次被触发。


可重复触发就是当一个VS上升沿触发后，进入触发延时Tx，在Tx阶段如果又有触发信号，则从当前的VS上升沿Tx重新计时，直到没有触发信号到来，且Tx阶段结束，进入触发封 锁期。本电路中4脚接VDD，是允许重复触发的。

（四）双向可控硅 控制双向可控硅可以工作在四个象限，


第四 象限触发不稳定，需要较其它三个象限两倍的触发电流才能稳定工作。电路中可控硅部分可简化如下


本电路的设计，使可控硅Q1的G极对T1极一直为负，T1和T1的正负倒相，使其工作在II、III象限，能稳定工作。


上图中两个红蓝二极管的正极负极反向并联后串电阻接入，充当负载的。可见两个LED均发光，就是说明双向可控硅是正反都触发导通的。下图CH2波形也是跟随输入成正弦波的。




四、对电路进行小更改

市电正半波整流对C2充电，当电压过高时，由ZD1反向 导通时行12V的稳压。市电的负半周时，D1截止，由ZD1正向导通，对C1时行放电。所以负半周的功耗空空的由ZD1消耗了。如果是全波整流，ZD1就不会有反向导通空消耗功率了。

1、改半波整流为全波整流
电路应割的割、该飞的飞


测量如下


功率没有下来，应该还是ZD1在消耗功率。
就是说阻容限流的电流值有点大，ZD1稳压（反向导通）时间长，
虽然这样可以保证12V的更稳定，在接在市电上，空载空耗不小。

2、改阻容限流
减小阻容限流值，需要减小电容容量，找了一个安规电容，测量一下 容量为0.33uF。
换上


再测量整机功耗


整机电流由原来的50多毫安降到17毫安左右


会不会影响低压12V呢，测量一下


稍微低了一点，但在可控硅触发时还有11.8V，对于后面的5V稳压应该是没有问题的。
这时的ZD1基本上是没有反向导通的，似乎可以不用ZD1了。


3、增加减少延时
这个是通过改变R14和C19来完成的：
LJ3405定义触发延时定时器的时间为Tx，触发封 锁时间定时器的时间Ti，两者的比例系数（默认）为K=14，触发延时时间定时器主要用于信号触发后进入持续输出高电平时间阶段，其定时时间约为100000个Tosc时钟周期，即Tx=100000Tosc，经100000个Tosc 时钟周期后，第6脚开始输出低电平。


电路中R14为470K，C19为1nF，通过计算可知约是20秒。
若不改变电容C19的大小，可以通过改变电阻R14的值来改变延时时间。
增大R14可增加延时，减小R14可缩短延时。
R14取1.5M时，延时约为1分钟。但封 锁时间为4秒多点，有点不尽人意了。


4、关于感应距离
改变LJ3405的1脚和2脚的反馈电阻，距离的增加不多，距离缩短有改观。
实质就是改变这一级的放大倍数，太大的倍数，可以增加感应距离，但会将小幅度的其它干扰信号也放大输出，造成其不稳定。
有效方法是改变高频接收，特别是S型天线。
还可以通过适当加宽S型天线线宽、加大波形幅度，并且在线上密布过孔来提高感应信号强度和灵敏度。




五、其它方案介绍

1、最常见的BISS0001
BISS0001是红外感应信号处理器，常见于热释电红外感应开关中使用。


其内部功能如下，


时序如下


将图中的热释电传感器（PIR）换作微波传感器，就是微波感应传感器。
信号处理使用BISS0001。


2、常见的模块
RCWL-0515


RCWL-0516


这两种都是无锡日晨物联科技生产的。
其中RCWL-0516有几种版本，上面使用了3.3V独立稳压，下面这个没有


电路图如下


下图中的工作频率为3.2GHz


电路如下


信号处理使用了RCWL-9196，与BISS0001个别管脚不同，基本可以代换，


时序如下


3、不常见的
使用TT0004，管脚功能与LJ3405相同


使用SOT23-6封装的LXY020，好多红外感应的小夜灯都是使用SOT23封装的小芯片


谢谢观赏！
祝各位坛友节日快乐！！

icespirit

赶上首楼支持楼主

猪小呆

空载功率大约10W多。。。是不是搞错了？

sumandigit

不错, 有详细的分析, 很有参考价值

无敌剑客

待机功耗太大了，功率消耗在哪？。改成用12v路由器机顶盒电源供电，是不是好多了，品牌电源待机功率小多了

烟云45630

虽然看不懂，还是给大神点个赞

wmshizheng

拍照编辑发帖都了得，精华当之无愧！

兔包公

太厉害，就是看不懂，帮顶

xjmar

谢谢分享，阻容降压，功率因数小于1，用功率计测功率比较准确。

hxsztangjun

谢谢楼主的分享，收藏。

5460

好详细的测试和讲解
这要是赶上干扰WiFi的频率了，能自己改吗

银河哥哥

文案写的不错国庆节快乐！

sephdex

NB，我啥时能这么牛逼

微醉

大师给国庆的献礼就是不一样啊，这得花多少功夫啊！出手就是大作。

石墨

之前也买了这个模块，居然用的红外感应芯片
     
国庆快乐

8139

jf的文章还是那么详实，五星好评送上，坐等精华

现在用biss0001的设备越来越少了，很多都换成了sop8的IC，有的我也不认识，规格书也找不到。

jf国庆节快乐！

panzer3

非常有用的分析资料，维修佬好评

moontree

先收藏，再细看。

kkdkj

優秀文章！可惜手里没分了，回头过来牙膏。

qrut

不错不错，这帖子真下了功夫了，后排支持一下  另外阻容降压功耗不能简单电压x电流 ，电压x电流（需真有效值万用表测量）是视在功率，有功功率还要考虑功率因数，阻容降压功率因数很低，普通万用表是测不了真实功耗的，即便是真有效值万用表。有功功率最好用功率计去测，静态不太可能10w的～