单火线前相动态截电模块的制作方法

本实用新型涉及一种截电模块，尤指采用双向动态全桥式截电，在单火线情况下，交流电一个周期中截电2次，且截电宽度可随承受负载的增减而自动调整补偿电力，以作为连接外部电路的基础供电的单火线前相动态截电模块。

背景技术：

一般电子产品大都使用直流电作为工作电源，且日常生活中也经常可以见到各种感应监测器连接至切换开关，再连接至显示/警示装置或其他电子设备/系统。这些电子产品及使用电池的感应监测器，需定期更换电池，否则容易因失去电力而无法工作，为其主要缺点。

故之前采用市电交流50Hz或60Hz的截电方式，已经有多样设计及专利案被公开，可在一特定周期的某段时间快速剎那导通，从交流电取得瞬间电流，经整流而作为连接外部电路的基础供电，但这些现有结构大都缺乏同步设计功能，在截电电路与工作方式仍存有许多缺点，后经本实用新型者提出一系列的专利M382247串联同步截电器改良结构、M471021具有截电功能的感应式控制开关、M470212防闪烁灯具照明系统及其使用的恒流源负载，来加以有效克服改良，终于在截电上取得极佳的应用效果，使串联接在电源火线上，能进行同步周期截电，提供同步DC稳压输出，以作为连接外部电路的基础供电。

目前由于全球照明用电占总耗电量比重已明显增加，未来还将持续攀升，因此推动智能照明和物联网节能管理系统，已是各国政府的首要发展方向，而在智能照明系统中智能开关为相当重要的一环。

尤其，近来物联网(Internet of Things)前端装置应用广泛，须要通过无线通信技术串连网络，应用在智能家庭信息连接，包括：家庭安防、门禁系统、室内空调及能源控制、或照明灯控系统等。这些各种应用都需要无线通信模块，其电源的供应需求已非原先专利采用半波截电方式所能满足，而且各样的传感器组合功能，例如：温度、湿度、气压、电流表、电压表、空气质量检测等，这些的传感器如果也都使用电池，一定时间就必须更换电池，同样存在有电池污染问题，不环保同时也不符合经济效益。

据此，本发明人乃精益求精再进一步加以改良，积极研发一种单火线前相动态截电模块，以克服之前专利在截电设计上还无法满足现今无线通信模块供电的问题。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的在于提供一种单火线前相动态截电模块，主要包括：双并的两个同步串联式截电电路，以连接一电子式切换开关，其中的一同步串联式截电电路用以交流正相截电，而另一同步串联式截电电路用以交流负相截电。

每一同步串联式截电电路具有一同步整流外供电单元、一同步整流内供电单元、一交流同步电压控制单元、一FET驱动追零控制单元、一同步负载动态调整单元及一交流同步追零截电单元；以及

该电子式切换开关由MCU微处理器控制的继电器或TRIAC硅控晶体构成。

其中，该同步整流外供电单元的一边与电源火线相接，另一边设有一DC稳压输出端；该同步整流内供电单元的一边与电源火线相接，另一边具有第一分路，以连接至该同步负载动态调整单元及该交流同步电压控制单元，以及同步整流内供电单元的第二分路以连接至该FET驱动追零控制单元、该交流同步追零截电单元及前述同步负载动态调整单元的另一边；该FET驱动追零控制单元的一边与前述同步整流内供电单元的第二分路相接，并连控该交流同步追零截电单元，其另一边与前述交流同步电压控制单元相接，受其连控；以及该交流同步追零截电单元由前述FET驱动追零控制单元连控，其具有一截电同步取样端，以连接控制该同步负载动态调整单元及该交流同步电压控制单元，并且，该交流同步追零截电单元的一边连接到火线上，而另一边则与另一同步串联式截电电路的交流同步追零截电单元并联相接。

其中，该火线从中断开分为一输入端及一输出端，该一同步串联式截电电路的交流同步追零截电单元是接到火线的输入端上，而另一同步串联式截电电路的交流同步追零截电单元则是接到火线的输出端上；其中，该一同步串联式截电电路的同步整流外供电单元及同步整流内供电单元是接到火线的输入端上，而另一同步串联式截电电路的同步整流外供电单元及同步整流内供电单元则是接到火线的输出端上，且该两个同步整流外供电单元的另一端并联相接以构成前述的DC稳压输出端。

其中，该交流电为 50Hz或60Hz的90V~260V，DC稳压输出端有效提供至少DC 3.3V/ 350mA。

其中，该电子式切换开关还设有一传感器，以感测信号控制电子式切换开关的作动。

其中，该电子式切换开关还设有一无线通信模块，其为Blue tooth无线蓝牙模块、Zigbee无线模块、Z-wave无线模块、RF2.4G无线模块、433MHz无线模块及Wi-Fi无线网络模块等其中的一种。

借此，采用双向动态桥式截电设计方式，同步速度快，截取电量足，效率极高热消耗低。在单火线的情况下，交流电一个周期中截电2次，且截电宽度可随承受负载的增减而自动调整补偿电力，以作为连接外部电路的基础供电。本实用新型最大特色是可提供电源至少为DC 3.3V/ 350mA，以满足Wi-Fi或其他同等耗电的通讯模块和传感器使用，同时不需要安装电池，符合经济实益，也避免电池污染及重新拉N相线配电的困扰。

附图说明

图1：本实用新型的等效电路方块图；

图2A：本实用新型的桥式正负双向截电图；

图2B：本实用新型的桥式交流电双向截电的波形图；

图3：本实用新型的方块图；

图4：本实用新型的电路图；

图5：本实用新型的应用例图；

图6A：本实用新型的单火线动态增加取电的波形图；

图6B：本实用新型的单火线动态减少取电的波形图；

图7A：本实用新型的LED灯载单火线动态增加取电的波形图；

图7B：本实用新型的LED灯载单火线动态减少取电的波形图。

附图标记说明

1 同步串联式截电电路

11 同步整流外供电单元

12 同步整流内供电单元

13 交流同步电压控制单元

14 FET驱动追零控制单元

15 同步负载动态调整单元

16 交流同步追零截电单元

2 电子式切换开关

21 MCU微处理器

22 TRIAC硅控晶体

3 无线通信模块

4 传感器。

具体实施方式

为方便对本实用新型的目的、电路组成、应用功能特征及其功效，做更进一步的介绍与说明，现举实施例配合附图，详细说明如下：

请参阅图1~图4所示，本实用新型提供一种单火线前相动态截电模块，主要包括：双并的两个同步串联式截电电路1，以连接一电子式切换开关2，其中的一同步串联式截电电路1用以交流正相截电，而另一同步串联式截电电路1用以交流负相截电。

该同步串联式截电电路1具有一同步整流外供电单元11、一同步整流内供电单元12、一交流同步电压控制单元13、一FET驱动追零控制单元14、一同步负载动态调整单元15及一交流同步追零截电单元16。

该同步整流外供电单元11的一边与电源火线相接，另一边设有一DC稳压输出端；

该同步整流内供电单元12的一边与电源火线相接，另一边具有第一分路，以连接至该同步负载动态调整单元15及该交流同步电压控制单元13，以及同步整流内供电单元12的第二分路以连接至该FET驱动追零控制单元14、该交流同步追零截电单元16及前述同步负载动态调整单元15的另一边；

该FET驱动追零控制单元14的一边与前述同步整流内供电单元12第二分路相接，并连控该交流同步追零截电单元16，其另一边与前述交流同步电压控制单元13相接，受其连控；以及

该交流同步追零截电单元16由前述FET驱动追零控制单元14连控，其具有一截电同步取样端，以连接控制该同步负载动态调整单元15及该交流同步电压控制单元13，并且，该交流同步追零截电单元16的一边连接到火线上，而另一边则与另一同步串联式截电电路1的交流同步追零截电单元16并联相接。

如图3所示，更具体而言，本实用新型是直接串联在电源火线上，以进行同步周期截电，提供静态低耗电量，加载高效能同步DC稳压输出，来作为连接外部电路的基础供电。所以该电源火线基本上从中断开，分为一输入端及一输出端，其中，该一同步串联式截电电路1的交流同步追零截电单元16是接到火线的输入端上，而另一同步串联式截电电路1的交流同步追零截电单元16则是接到火线的输出端上；相同的，其中，该一同步串联式截电电路1的同步整流外供电单元11、及同步整流内供电单元12是接到火线的输入端上，而另一同步串联式截电电路1的同步整流外供电单元11及同步整流内供电单元12则是接到火线的输出端上，且该两个同步整流外供电单元11的另一端并联相接以构成前述的DC稳压输出端。

该电子式切换开关2由MCU微处理器21控制的继电器或TRIAC硅控晶体22构成。

请参图5所示，本实用新型实施时，该电子式切换开关2上可进一步设有一无线通信模块3，其为Blue tooth无线蓝牙模块、Zigbee无线模块、Z-wave无线模块、RF2.4G无线模块、433MHz无线模块及Wi-Fi无线网络模块等其中的一种。

另外，本实用新型实施时，也可应用在各种传感器4上使用，该传感器4可以为PIR近接开关传感器、烟雾监测器、一氧化碳监测器、瓦斯监测器或门窗入侵传感器等等。其中，根据传感器4所传送来的感测信号可控制电子式切换开关2的动作。

借此，在单火线的情况下，交流电50Hz或60Hz的90V~260V一个周期中(16.6ms)可以截电2次，有效提供为至少DC 3.3V/ 350mA ，以满足Wi-Fi或其他同等耗电的无线通信模块3和传感器4使用，同时不需要安装电池，符合经济实益，也避免电池污染及重新拉N相线配电的困扰。

请参图3、图4所示，本实用新型的单火线同步负载动态补偿调整原理的进一步说明如下：

在常态下单火线取电时，由火线输入端经过Q8→R25→R15→Q4→电子式切换开关2，完成单火线截电回路。当DC稳压输出端供电时，由D7→R5提供正相位截取电力(0 degree)，接着由D17→R45提供负相位截取电力(180 degree)，完成“桥式双向截电”。D4提供(0 degree)截电控制回路电源，D14提供(180 degree)截电控制回路电源，Q3和Q7作用是追零同步，当单火线交流电信号过零交越点时，Q3和Q7就会个别启动追零，控制Q5和Q9驱动Q4和Q8完成 (50Hz或60Hz) 双向截电周期，

请参图3及图6A所示，当DC稳压输出端承受负载增加时，(0 degree)截电通过R21→D6→R7→R8→Q2→R10→R9→Q5→R6→Q4增加截电宽度，经过D7→R5实时增加补偿电力。同时(180 degree)截电通过R31→D16→R17→R18→Q6→R20→ R19→Q9→R16→Q8增加截电宽度，经过D17→R45实时增加补偿电力；

请参图3及图6B所示，当DC稳压输出端承受负载减少时，Q4和Q8也会实时减少截电宽度，稳定截电输出，减少功耗提高效率。

相同，如图7A、图7B，为本实用新型加上LED灯载时，其单火线同样可提供动态增加取电及减少取电，达到自动调节供电的实用功能。

本实用新型的实用优点包括：

1. 采用双向动态桥式截电设计方式，同步速度快，截取电量足，效率极高，热消耗低。

2. 采用二极管直接串联AC交流电火线端，供晶体管取样50Hz或60Hz交流回授信号同步追零，实时控制功率MosFET场效晶体，截取灯控开关所需的操作电源。包括供应：MCU处理器、无线电通信模块、继电器、温湿度及气压计等传感器。

3. 采用虚拟零电位设计概念，直接串联火线取电，供应开关内处理器及无线电通信设备用电量，可以实时回授同步，瞬间动态补充电力，电路稳定度相当高。

4. 虚拟零电位电路，是在交流电火线取电时，电路会自动锁定交流电过零点启动截电，这时截取的直流电位就有参考接地，只要追零截电稳定，在火线取电的直流输出一样很稳定，再加上同步负载动态调整电路，截电所截取的电量，会依照MCU处理器、无线电通信模块、继电器所消耗的总电力，实时同部步补偿调整。

使组成的结构同样具有交流截电提供稳定的直流电源输出，不需要加装变压器及电池，降低维护费用，可达到节能及降低环境污染的要求，可直接取代昂贵的电源转换器供电组件，降低产生EMI电磁干扰的机率，搭接电感负载仍可稳定工作等等，与前案专利截电器的各种优点相同。

其中，本实用新型最特别的重点是采用前向追零双向截电线路，工作效率可提升50%以上，串联低功率灯载截电只需4瓦即可，可以完全符合市售照明灯要求，不同于之前专利单向串联积分截电还需要10瓦以上的灯载才可以工作。

另外，本实用新型具备动态电压回授稳压功能及动态电流回控功能，非常适合Wi-Fi通信模块供电模式，因为Wi-Fi模块在通信状态，耗电量大于300mA以上，在睡眠模式下小于5mA的状况下，会造成串联灯载闪灯现象，而本实用新型动态电流回控功能，正好解决此一问题。

据此，当本实用新型用来更换传统机械开关，改为Wi-Fi物连网开关时，就不需要再多配一条N相线取得供电回路，而只要利用原有传统家庭配电简单又方便，即可直接升级智能家庭自动化整合物联网的需求，将节能概念直接带入家庭或学校及公共建筑当中。

综上所述，本实用新型设计新颖实用，确实能达到功效上的增进，并具有可供产业利用性，完全符合专利要素，特依法提出实用新型专利的申请。

但以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，当不能以此限定本实用新型的专利保护范围；因此，凡依本实用新型权利要求书及实用新型说明书内容所作的简单的等效变化与修饰，都应仍属于本实用新型专利涵盖的范围内。