单火智能开关的控制板电源电路、方法及单火智能开关与流程

本发明涉及智能开关领域，尤其涉及一种单火智能开关的控制板电源电路、控制方法及单火智能开关。

背景技术：

智能开关是智能家居的一部分，可以实现灯光、窗帘、风扇等设备的本地和远程控制以及与其他设备的联动控制。单火智能开关是针对开关处只有火线输入和输出而设计的一种智能开关，如图1所示，主要包括电源板和控制板两部分，电源板上主要包括开关电源、继电器等，用于实现高压交流电到低压直流电的转换，为控制板提供电源；控制板上主要包括主控芯片、射频电路等，用于实现无线信号接收和发射、信号处理、发送控制信号到电源板控制继电器的通断等。

单火智能开关的电源板实现交直流转换的方法如下：当与单火智能开关相连的负载灯(如LED灯、荧光灯、节能灯等)关闭时，电源板通过流经负载灯的弱交流电流获得低压直流电，俗称关态取电；当与单火开关相连的负载灯开启时，电源板通过周期性的在高压交流电上获取电能，然后经过整流获得低压直流电，俗称开态取电。在关态取电时，若流经负载灯的交流电流过大，负载灯在关灯情况下可能会有闪烁现象，俗称“鬼火”现象，影响负载灯具的正常使用。因此，在一定交流直流转换效率下，为了避免“鬼火”现象，关态取电方式获得的直流电流有限；在开态取电时，可获得的直流电流随着负载灯功率的增大而增大，若负载灯的功率较小，则可获得的直流电流也有限，从而可能导致智能开关无法正常工作。

为了解决单火智能开关获得直流电电量有限导致的控制板供电电压不稳定的问题，现有技术主要有以下两种方式：

(1)提高关态取电时的交流直流电能的转换效率，增大关态取电时的可获得直流电流；

(2)在负载灯两端并联一个安规电容，给关态、开态取电提供一个回路。

但上述第(1)种方式仅针对关态取电方法，不能解决开态取电下可获得直流电流有限而引起的工作不稳定的问题，第(2)种方式则在安装上具有较高的难度和危险性。

技术实现要素：

为此，本发明提供了一种单火智能开关的控制板电源电路、控制方法及单火智能开关，能够克服上述缺陷，为控制板提供稳定的低压直流电流，避免控制板因瞬间功率的增大而欠压，甚至无法再次启动。

根据本发明的第一方面，提供了一种单火智能开关的控制板电源电路，包括DC/DC转换电路和电源监测电路；所述DC/DC转换电路将由所述单火智能开关的电源板生成的第一直流电压转换为第二直流电压，并输出至所述电源监测电路；所述电源监测电路将输入的所述第二直流电压与参考电压相比较，如果所述第二直流电压低于参考电压，则无电压输出，如果所述第二直流电压大于或等于参考电压，则输出第三直流电压至所述单火智能开关的控制板上的主控芯片和/或其外围电路。

可选地，所述第三直流电压与所述第二直流电压相等。

可选地，所述参考电压大于或等于控制板的最小工作电压。

可选地，所述DC/DC转换电路和/或所述电源监测电路中包括储能电路。

可选地，所述DC/DC转换电路包括低压差线性稳压器(LDO)，低压差线性稳压器的输入脚为所述DC/DC转换电路的输入端，输出脚为所述DC/DC转换电路的输出端；在所述低压差线性稳压器的输入脚并联有第一电容(C1)、第二电容(C2)和第三电容(C3)，在所述低压差线性稳压器的输出脚并联有第四电容(C4)、第五电容(C5)和第六电容(C6)，所述第一电容(C1)用于第一级储能，所述第四电容(C4)用于第二级储能，所述第二电容(C2)、第三电容(C3)、第五电容(C5)和第六电容(C6)用于电源滤波。

可选地，所述电源监测电路包括低电平有效的电源监测芯片(U2)、P沟道MOSFET(Q2)和NPN型三极管(Q1)，所述电源监测芯片(U2)的VCC脚和P沟道MOSFET(Q2)的源极连接至所述电源监测电路的输入端，所述电源监测芯片(U2)的GND脚接地，RESET脚连接至NPN型三极管(Q1)的基极；P沟道MOSFET(Q2)的栅极连接NPN型三极管(Q1)的集电极，漏极连接至所述电源监测电路的输出端；NPN型三极管(Q1)的发射极接地。

或者可选地，所述电源监测电路包括高电平有效的电源监测芯片(U2)、P沟道MOSFET(Q2)和PNP型三极管，所述电源监测芯片(U2)的VCC脚和P沟道MOSFET(Q2)的源极连接至所述电源监测电路的输入端，所述电源监测芯片(U2)的GND脚接地，RESET脚连接至PNP型三极管的基极；P沟道MOSFET(Q2)的栅极连接PNP型三极管的发射极，漏极连接至所述电源监测电路的输出端；PNP型三极管的集电极接地。

可选地，所述电源监测电路还包括用于储能的第八电容(C8)，连接在所述电源监测电路的输出端和地之间。

可选地，所述电源监测电路的RESET脚和NPN型三极管(Q1)或PNP型三极管的基极之间还连接有第一电阻(R1)和第二电阻(R2)；P沟道MOSFET(Q2)的漏极与所述电源监测电路的输出端之间还连接有第五电阻(R5)；

所述电源监测电路还包括：稳压二极管(D1)，其阳极连接在第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，阴极连接至所述电源监测芯片(U2)的RESET脚；第三电阻(R3)，连接在所述电源监测电路的输入端和P沟道MOSFET(Q2)的栅极之间；第四电阻(R4)，连接在NPN型三极管(Q1)或PNP型三极管的基极与地之间；第七电容(C7)，一端连接在第一电阻(R1)和第二电阻(R2)之间，另一端接地。

可选地，通过调节第一电阻(R1)的阻值和/或第七电容(C7)的容值大小以调节所述P沟道MOSFET(Q2)响应电源监测芯片(U2)输出的信号的时间间隔，上述时间间隔随着第一电阻(R1)和第七电容(C7)的值的乘积的增大而增大。

可选地，所述电源监测芯片(U2)为微处理器复位监视器。

根据本发明的第二方面，提供了一种单火智能开关的控制板电源控制方法，包括:

将由所述单火智能开关的电源板生成的第一直流电压转换为第二直流电压；

将第二直流电压与参考电压相比较，如果第二直流电压低于参考电压，则无电压输出，如果第二直流电压大于或等于参考电压，则输出第三直流电压至所述单火智能开关的控制板上的主控芯片和/或其外围电路。

可选地，所述第三直流电压与所述第二直流电压相等。

可选地，所述参考电压大于或等于控制板的最小工作电压。

根据本发明的第三方面，提供了一种单火智能开关，包括电源板和控制板，还包括如第一方面所述的控制板电源电路。

本发明提供的单火智能开关的控制板电源电路、控制方法及单火智能开关通过将电源板输出的直流电流进行DC/DC变换，使得直流电压符合控制板的电压需求，通过电源监测电路屏蔽了无法使控制板工作的过低电压阶段，从而能够在获得直流电量一定的情况下，为控制板提供稳定的低压直流电流，避免控制板因瞬间功率的增大而欠压，甚至无法再次启动的现象，保障智能开关能够正常工作，不受取电方式的限制且电路安装简便、安全。进一步地，通过设置储能电路可以防止大电流对控制板的损害以及必要时为负载提供电能补充，更加提升了电压的稳定性。

附图说明

图1是现有技术的单火智能开关的结构示意图；

图2是根据本发明一实施例的单火智能开关的结构示意图；

图3是根据本发明一实施例的单火智能开关的控制板电源电路的电路图；

图4是根据本发明一实施例的单火智能开关的控制板电源控制方法的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

图2示出了根据本发明实施例的一种单火智能开关的控制板电源电路的结构。该单火智能开关包括电源板21、控制板电源电路22和控制板23，控制板电源电路22包括DC/DC转换电路22和电源监测电路222；所述DC/DC转换电路221将由所述单火智能开关的电源板生成的第一直流电压V1转换为第二直流电压V2，并输出至所述电源监测电路222；所述电源监测电路222将输入的所述第二直流电压V2与参考电压Vref相比较，如果所述第二直流电压V2低于参考电压Vref，则无电压输出，如果所述第二直流电压V2大于或等于参考电压Vref，则输出第三直流电压V3至所述单火智能开关的控制板23上的主控芯片和/或其外围电路。

其中，控制板23上包括主控芯片及外围电路，其具有能够正常工作的额定电压范围。第一直流电压V1为电源板通过关态取电或开态取电方式取电得到的直流电压，电压值范围例如为4-6V。由于第一直流电压V1可能不符合控制板上的芯片及电路对电压的要求，需要由上述DC/DC转换电路221进行转换，将第一直流电压V1转换为适合控制板23工作的电压，即第二直流电压V2，例如为3.3V。通常，第二直流电压V2小于第一直流电压V1。

虽然DC/DC转换电路将电源板产生的较高的直流电压转换为适合控制板工作的较低的直流电压，但是在实际工作中仍然存在电压逐渐升高的一段时间，如果将输出直接提供给控制板，则在电压过低的阶段会导致控制板无法正常工作，为此，本发明通过电源监测电路对电压过低的阶段进行了屏蔽处理。

电源监测电路222对输入的第二直流电压V2进行监测。当第二直流电压V2低于电源监测电路222的参考电压Vref时，无直流电压输出，此时第三直流电压V3为0；当第二直流电压V2大于或等于电源监测电路222的参考电压Vref时，输出第三直流电压V3，为控制板23中的主控芯片以及按键、LED指示灯等外围电路提供电能。其中，参考电压Vref的选择和设定应大于或等于控制板23的最小工作电压，这样输出的第三直流电压V3保证能够满足控制板的工作需要。

优选地，所述第三直流电压V3与所述第二直流电压V2相等。即在第二直流电压V2大于或等于电源监测电路222的参考电压Vref时，电源监测电路222将输入的第二直流电压V2直接作为输出，提供给控制板23。

优选地，所述DC/DC转换电路221和/或所述电源监测电路222中还包括储能电路，所述储能电路可以为多个，从而实现多级储能。

可选地，所述控制板电源电路22的至少一部分位于控制板23上，或者位于电源板21上，或者独立于电源板21和控制板23而设置。

本发明提供的上述电源电路在关态、开态可获得直流电量一定的情况下，通过电压监控、多级储能等方法，优化电路设计，获得了稳定的低压直流电流，使控制板能够稳定工作。

图3示出了根据本发明一实施例的单火智能开关的控制板电源电路。

如图所示，所述DC/DC转换电路的主芯片采用低压差线性稳压器(LDO)U1，低压差线性稳压器U1的输入脚IN(管脚1)为所述DC/DC转换电路的输入端，输出脚OUT(管脚5)为所述DC/DC转换电路的输出端，GND脚(管脚2)接地，第一直流电压V1由输入端输入，第二直流电压V2由输出端输出；在所述低压差线性稳压器U1的输入脚IN并联有用于第一级储能的第一电容C1和用于电源滤波的第二电容C2和第三电容C3，在所述低压差线性稳压器的输出脚OUT并联有用于第二级储能的第四电容C4和用于电源滤波的第五电容C5和第六电容C6。

可选地，电容C1为220uF，C2为10uF，C3为100uF，C4为100uF，C5为10uF，C6为100uF。但上述电容的容值不限于此。

使用LDO作为DC/DC转换电路的主芯片可以减小电源纹波，为电路提供干净的电源，且所述LDO优选地为低功耗LDO，可以有利于减小静态功耗。

通过上述DC/DC转换电路，能够将电源板产生的较高的直流电压转换为适合控制板工作的较低的直流电压，但是该转换电路输出的直流电压仍然是不稳定的，在实际工作中需要一段时间来将输出的直流电压逐渐调整为适合的数值，如果将输出直接提供给控制板仍然会存在电压过低的阶段，导致控制板无法正常工作，为此还需要连接电源监测电路对电压过低的情况进行处理。

在一个实施例中，所述电源监测电路包括低电平有效的电源监测芯片U2、P沟道MOSFETQ2和NPN型三极管Q1。由电源监测芯片U2将输入的第二直流电压V2与参考电压Vref的值相比较，参考电压Vref的值预设于芯片U2中。所述“低电平有效”是指当第二直流电压V2小于电源监测芯片U2的阈值时，U2的RESET脚(管脚2)输出低电平，第二直流电压V2大于电源监测芯片U2的阈值时，U2的RESET脚(管脚2)输出高电平。

所述电源监测芯片U2的VCC脚(管脚3)和P沟道MOSFETQ2的源极连接至所述电源监测电路的输入端，所述电源监测芯片U2的GND脚(管脚1)接地，RESET脚(管脚2)连接至NPN型三极管Q1的基极；P沟道MOSFETQ2的栅极连接NPN型三极管Q1的集电极，漏极连接至所述电源监测电路的输出端；NPN型三极管Q1的发射极接地；

在该实施例的电路中，当第二直流电压V2大于或等于电源监测芯片U2的阈值时，U2的管脚2输出高电平，三极管Q1导通，P沟道MOSFETQ2的栅极被拉低，Q2导通，因此，第三直流电压V3等于第二直流电压V2；当第二直流电压V2小于电源监测芯片U2的阈值时，U2的管脚2输出低电平，三极管Q1截止，P沟道MOSFETQ2的栅极为高电平，Q2截止，此时，第三直流电压V3为0，无电压输出。

进一步地，还包括用于储能的第八电容C8，连接在所述电源监测电路的输出端和地之间。

在该电路中，C1、C4和C8构成了三级储能结构，在第一直流电压V1输入后，C1得到储能，这是第一级储能；第一直流电压V1经U1转换为第二直流电压V2后，C4得到储能，这是第二级储能；当第三直流电压V3输出时，C8得到储能，这是第三级储能。由此，在单火智能开关工作过程中，该储能结构能够储存能量。一方面，该多级的储能结构为输入的大电流提供了缓冲，防止大电流对控制板的损害；另一方面，当控制板上的主控芯片等电路进行一些需要较大电能的操作(例如发射射频)时，能够从该储能结构中得到电能补充，从而更加提升了电压的稳定性。

进一步地，所述电源监测电路的RESET脚和NPN型三极管Q1的基极之间还连接有第一电阻R1和第二电阻R2；P沟道MOSFETQ2的漏极与所述电源监测电路的输出端之间还连接有第五电阻R5；所述电源监测电路还包括：稳压二极管D1，其阳极连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，阴极连接至所述电源监测芯片U2的RESET脚；第三电阻R3，连接在所述电源监测电路的输入端和P沟道MOSFETQ2的栅极之间；第四电阻R4，连接在NPN型三极管Q1的基极与地之间；第七电容C7，一端连接在第一电阻R1和第二电阻R2之间，另一端接地。

通过调节电阻R1的阻值、电容C7的容值大小可以调节所述P沟道MOSFET Q2响应电源监测芯片U2输出的信号的时间间隔，上述时间间隔随着R1和C7的值的乘积的增大而增大。

在另一个实施例中，所述电源监测电路中的电源监测芯片U2可替换地使用高电平有效的电源监测芯片。所述“高电平有效”是指当第二直流电压V2小于电源监测芯片U2的阈值时，U2的RESET脚(管脚2)输出高电平，第二直流电压V2大于电源监测芯片U2的阈值时，U2的RESET脚(管脚2)输出低电平。则所述NPN型三极管需相应地替换为PNP型三极管，与使用NPN型三极管不同的是，所述PNP型三极管的集电极接地，基极连接所述第二电阻R2和所述第四电阻R4，发射极连接所述P沟道MOSFETQ2的栅极，电源监测电路中的其它元件及连接关系不变。

在上述两个实施例中，C8的容值为100uF，但不限于此；电源监测芯片(U2)优选地为微处理器复位监视器(Microprocessor Reset Monitor)，例如型号为MAX809R。

图4示出了根据本发明一实施例的单火智能开关的控制板电源控制方法的流程，包括:

S41、将来自所述单火智能开关的电源板的第一直流电压转换为第二直流电压。

第一直流电压V1为电源板通过关态取电或开态取电而得到的直流电压，由于第一直流电压V1可能不符合控制板上的芯片及电路对电压的要求，需要对其进行转换，将第一直流电压V1转换为适合控制板23工作的电压，即第二直流电压V2。

S42、将第二直流电压与参考电压相比较，如果所述第二直流电压低于参考电压，则无电压输出，如果所述第二直流电压大于或等于参考电压，则输出第三直流电压至所述单火智能开关的控制板上的主控芯片和/或其外围电路。。

其中，参考电压Vref的选择和设定应大于或等于控制板的最小工作电压，这样输出的第三直流电压V3保证能够满足控制板的工作需要

优选地，所述第三直流电压与所述第二直流电压相等。即在第二直流电压V2大于或等于参考电压Vref时，输入的第二直流电压V2直接作为输出提供给控制板。

优选地，所述参考电压大于或等于控制板的最小工作电压。

由此，本方法通过进行DC/DC变换，使得直流电压符合控制板的电压需求，通过屏蔽无法使控制板工作的过低电压阶段，从而能够为控制板提供稳定的低压直流电流，避免控制板因瞬间功率的增大而欠压，甚至无法再次启动的现象，保障智能开关能够正常工作。

如图2所示，本发明还提供了一种单火智能开关，包括电源板和控制板，以及如上文参照图2和图3所述的控制板电源电路。所述控制板电源电路的至少一部分可以位于控制板上或电源板上，也可以全部独立于电源板和控制板而设置。电源板上主要包括开关电源、继电器等，用于实现高压交流电到低压直流电的转换；控制板上主要包括主控芯片、射频电路等，用于实现无线信号接收和发射、信号处理、发送控制信号到电源板控制继电器的通断等。关态或开态取电方式获得的电压经过电源板转换为第一直流电压，经过控制板电源电路处理，为控制板上的主控芯片和/或其外围电路提供电力。该单火智能开关适用于对智能家居中的设备进行控制，通过其上的控制板电源电路能够在获得直流电量一定的情况下，为控制板提供稳定的低压直流电流，避免控制板因瞬间功率的增大而欠压，甚至无法再次启动的现象，保障智能开关能够正常工作，不受取电方式的限制且电路安装简便、安全。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

本领域普通技术人员可以理解：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明权利要求所限定的范围。