单火取电电路的制作方法

本发明属于智能供电技术领域，尤其涉及一种单火取电电路。

背景技术：

随着科技的发展，智能化家居的普及，消费者室内环境参数的监测控制必不可少，为不破坏原有装修，避免打孔，现有技术将环境参数监测控制装置及开关控制装置集成到用户灯具开关上，在不破坏原有装修的基础上实现灯具开关的智能化控制、室内环境参数的采集及室内环境参数的控制(例如，家庭供暖控制)等，同时采用单火取电方式为开关控制装置及环境参数监测控制装置等智能模块供电。

但现有单火取电电路往往结构复杂且输出电压不够稳定。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明实施例提供了一种单火取电电路，以解决现有技术中单火取电电路结构复杂且输出电压不稳定的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种单火取电电路，其特征在于，包括：开态单火取电模块；

所述开态单火取电模块，第一端与开关的第一端连接，第二端与参考地连接，第三端与外部设备连接；所述参考地与单火市电输入端口连接；所述开关的第二端与单火市电输出端口连接；所述开态单火取电模块用于在所述开关处于闭合状态时为所述外部设备供电；

所述开态单火取电模块，包括：第二整流单元、电压反馈单元及开关控制单元；

所述第二整流单元，输入端与所述开态单火取电模块的第一端连接，输出端分别与所述电压反馈单元的输入端及所述开态单火取电模块的第三端连接；所述电压反馈单元的输出端与所述开关控制单元的控制端连接，所述开关控制单元的输入端与所述开态单火取电模块的第一端连接；所述第二整流单元、所述电压反馈单元及所述开关控制单元均与所述参考地连接。

本发明实施例提供了一种单火取电电路，包括：开态单火取电模块；开态单火取电模块，用于当开关处于闭合状态时从单火线取电为外部设备供电。开态单火取电模块包括：第二整流单元、电压反馈单元及开关控制单元；电压反馈单元控制开关控制单元调整第二整流单元的输出电压，从而使得开态单火取电模块的输出电压保持稳定。本发明实施例提供的单火取电电路的电路结构简单，且输出电压稳定，可为外部设备提供稳定的直流电压，且功耗低、效率高。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的一种单火取电电路的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的又一种单火取电电路的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的开态单火取电模块的电路原理图；

图4是本发明实施例提供的关态单火取电模块的电路原理图；

图5是本发明实施例提供的电量存储模块的电路原理图。

具体实施方式

以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。

为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。

参考图1，本发明实施例提供了一种单火取电电路，该单火取电电路包括：开态单火取电模块11。

开态单火取电模块11，第一端与开关14的第一端连接，第二端与参考地连接，第三端与外部设备16连接；参考地与单火市电输入端口连接；开关14的第二端与单火市电输出端口连接；开态单火取电模块11用于在开关14处于闭合状态时为外部设备16供电；

开态单火取电模块11，包括：第二整流单元111、电压反馈单元112及开关控制单元113；

第二整流单元111，输入端与开态单火取电模块11的第一端连接，输出端分别与电压反馈单元112的输入端及开态单火取电模块11的第三端连接；电压反馈单元112的输出端与开关控制单元113的控制端连接，开关控制单元113的输入端与开态单火取电模块11的第一端连接；第二整流单元111、电压反馈单元112及开关控制单元113均与参考地连接。

传统开关连接关系为火线与开关的一端连接，开关的另一端与负载连接，通过开关可控制灯具的亮灭。一些实施例中，开关可以为机械开关或继电器。参考图4，本发明实施例中，单火市电输入端口jl1与市电火线连接，单火市电输出端口(jd1及jd2)与负载(灯具)连接。根据开关类型的不同，单火市电输出端口可以为一个或两个，当开关14为单控开关时，单火市电输出端口为一个，开关14一端与单火市电输出端口连接，另一端与开态单火取电模块11的第一端连接；当开关14为双控开关时，单火市电输出端口为两个，开关14的两个输出端分别与两个单火市电输出端口连接，开关14的输入端与开态单火取电模块11的第一端连接。参考地为单火取电电路中公共的参考接地端。例如，参考图4，单火市电输出端口有两个，分别为jd1和jd2。上述单火市电输入端口及单火市电输出端口仅为市电火线上的两个端口的名称，并不代表具体的输入及输出，不暗示电流流向。

开态单火取电模块11的第一端与开关14的第一端连接，当开关处于闭合状态时，单火市电输入端口、开态单火取电模块11、开关14及单火市电输出端口形成通路，开态单火取电模块11取电。

本发明实施例提供的单火取电电路包括开态单火取电模块，该开态单火取电模块包括：第二整流单元、电压反馈单元及开关控制单元；电压反馈单元控制开关控制单元调整第二整流单元的输出电压，从而使得开态单火取电模块的输出电压保持稳定。本发明实施例提供的单火取电模块电路结构简单，输出电压稳定，可为外部设备提供稳定的供电电压，同时功耗低、效率高。

一些实施例中，参考图3，第二整流单元111包括：第六二极管d9、第九电容e2、第四稳压二极管d7及第十六电阻r11。

第六二极管d9的正极与开关14的第一端(l)连接，第六二极管d9的负极与第九电容e2的第一端连接，第九电容e2的第二端接参考地。第四稳压二极管d7的正极接参考地，第四稳压二极管d7的负极与第六二极管d9的负极连接，第十六电阻r11并联在第九电容e2的两端，第六二极管d9的负极与第二整流单元111的输出端连接。

一些实施例中，参考图3，电压反馈单元112包括：电压比较元件u5、第一稳压二极管d11、第一电阻r17、第二电阻r13、第三电阻r18、第四电阻r16及第五电阻r20。

电压比较元件u5，电压参考端与电压反馈单元112的输入端连接，输出端通过第一电阻r17与电压反馈单元112的输出端连接，正输入端通过第三电阻r18与参考地连接，正输入端还通过第四电阻r16与电压反馈单元112的输入端连接，负输入端通过第五电阻r20与电压反馈单元112的输入端连接，电压比较元件u5的负输入端还与第一稳压二极管d11的负极连接。

第二电阻r13并联在电压比较元件u5的输出端与电压比较元件u5的正输入端之间；第一稳压二极管d11的正极与参考地连接。

第一稳压二极管d11将电压比较元件u5负输入端的电压稳定在一个合适的水平，作为基准电压，电压比较元件u5的正输入端通过第四电阻r16与第二整流单元111的输出端连接，当第二整流单元111的输出电压升高时，电压比较元件u5的正输入端的电压随之升高，当电压比较元件u5的正输入端的电压高于电压比较元件u5的负输入端的电压时，电压比较元件u5的输出端输出高电平；反之，当第二整流单元111的输出电压降低时，电压比较元件u5的正输入端的电压随之降低，当电压比较元件u5的正输入端的电压低于电压比较元件u5的负输入端的电压时，电压比较元件u5的输出端输出低电平。

一些实施例中，电压比较元件u5可以为比较器。

一些实施例中，参考图3，开关控制单元113包括：第六电阻r19、第一开关管q2及续流二极管d10。

第一开关管q2的控制端与开关控制单元113的输入端连接，第一开关管q2的第一端与开关14的第一端(l)连接，第一开关管q2的第二端与参考地连接。第一开关管q2的控制端还通过第六电阻r19与参考地连接。续流二极管d10的正极接参考地，续流二极管d10的负极与开关控制单元113的输入端连接。

第一开关管q2的控制端与电压反馈单元112的输出端连接，当电压反馈单元112的输出端输出高电平时，第一开关管q2导通，第二整流单元111的供电停止。当电压反馈单元112的输出端输出低电平时，第一开关管q2截止，第二整流单元111正常供电。电压反馈单元112检测第二整流单元111的输出电压，根据检测结果控制开关控制单元113的开关管的打开与闭合，从而对第二整流单元111的输出电压进行调整，使得第二整流单元111输出稳定的电压，功耗低，效率高。

一些实施例中，第一开关管q2可以为增强型nmos管。

一些实施例中，参考图2，单火取电电路还可以包括：关态单火取电模块12；

关态单火取电模块12，第一端与开关14的第二端连接，第二端与参考地连接，第三端与外部设备16连接。

关态单火取电模块12用于当开关处于断开状态时进行取电，开态单火取电模块11用于当开关处于闭合状态时进行取电，本发明实施例提供的单火取电电路在开关14断开及闭合状态时均可完成取电。当开关处于闭合状态时，单火市电输入端口、开态单火取电模块11、开关14及单火市电输出端口形成通路，开态单火取电模块11取电。由于开关14闭合后电压几乎全部加在负载上，因此关态单火取电模块12无电压，无法取电。当开关14处于断开状态时，仍有微小的电流流过，利用该微小电流，设计关态单火取电模块12，用于在开关断开状态时进行取电。开关断开状态时，开态单火取电模块11回路断开，无法取电。

一些实施例中，关态单火取电模块12，包括：第一整流单元121和降压单元122。

第一整流单元121的输入端与关态单火取电模块12的第一端连接，第一整流单元121的输出端与降压单元122的输入端连接，降压单元122的输出端与关态单火取电模块12的第三端连接。第一整流单元121及降压单元122均与参考地连接。

第一整流单元121用于将交流市电转换为直流电，降压单元122将第一整流单元121整流得到的直流电进行降压，得到合适电压的直流电，为外部设备提供稳定的直流电压，功耗低，效率高。

一些实施例中，参考图4，第一整流单元121包括：第三二极管d1、第十四电阻r1、tvs(瞬态transientvoltagesuppressiondiode，电压抑制二极管)二极管tvs1及第七电容e1。

第三二极管d1的正极与开关14的第二端连接，第三二极管d1的负极与第十四电阻r1的第一端连接，第十四电阻r1的第二端与第七电容e1的第一端连接，第七电容e1的第二端接参考地。tvs二极管tvs1的负极与第七电容e1的第一端连接，tvs二极管tvs1的正极接参考地，且tvs二极管tvs1的负极作为第一整流单元121的输出端与降压单元122的输入端连接。

tvs二极管tvs1用于抑制交流电的尖峰电压及进行电压钳位，第三二极管d1单向导通将交流电转换为直流电，第七电容e1用于滤波，上述元件组合将交流电转换为直流电，为外部设备提供稳定的直流电压。

一些实施例中，开关14为双控开关时，即存在两个单火市电输出端口时，每个单火市电输出接口均设置一个二极管，用于将交流电转换为直流电，各个二极管的正极分别与对应的单火市电输出端口连接，各个二极管的负极均与第十四电阻r1的第一端连接。例如，参考图4，当具有两个单火市电输出接口时，第一整流单元121还可以包括第四二极管d2，第四二极管d2的正极与第一单火市电输出端口jd1连接，第三二极管d1的正极与第二单火市电输出端口jd2连接，第三二极管d1的负极与第四二极管d2的负极连接后与第十四电阻r1的第一端连接。

一些实施例中，参考图4，降压单元122包括：降压元件pm1、第十五电阻r2、第八电容e3、第三稳压二极管dz1及第五二极管d4。

降压单元122的输入端(1脚)与第一整流单元121的输出端连接，第十五电阻r2的第一端与降压元件pm1的第一调整端(2脚)连接，第十五电阻r2的第二端与降压元件pm1的第二调整端(3脚)连接；第八电容e3的第一端与降压元件pm1的输出端(4脚)连接，第八电容e3的第二端接参考地，第三稳压二极管dz1的正极端接参考地，第三稳压二极管dz1的负极端与第八电容e3的第一端连接，第八电容e3的第一端还与第五二极管d4的正极连接，第五二极管d4的负极作为降压单元122的输出端与电量存储模块13连接。

第十五电阻r2并联在降压元件pm1的2脚和3脚之间，用于调整降压元件pm1的输出电压，第八电容e3和第三稳压二极管dz1并联使得降压元件pm1输出稳定的直流电压。

一些实施例中，单火取电电路还可以包括：电量存储模块13。

所述电量存储模块13的输入端分别与开态单火取电模块11的第三端及关态单火取电模块12的第三端连接，电量存储模块13的输出端与外部设备16连接。

开态单火取电模块11及关态单火取电模块12取得的电能在电量存储模块13存储起来，当开态单火取电模块11或关态单火取电模块12均不能满足供电需求时释放电量存储模块13储存的电能，为外部设备供电。当开关闭合时，开态单火取电模块11与电量存储模块13联合供电，增加供电的稳定性和可靠性。

一些实施例中，电量存储模块13包括：限流单元131、充电控制单元132及充电平衡单元133。

限流单元131的第一输入端与开态单火取电模块11的第三端连接，限流单元131的第二输入端与关态单火取电模块12的第三端连接，限流单元131的输出端与充电控制单元132的输入端连接，充电控制单元132的输出端与充电平衡单元133连接；充电平衡单元133包括法拉电容，法拉电容包括第一法拉电容c7和第二法拉电容c8，充电平衡单元133用于平衡第一法拉电容c7的电压及第二法拉电容c8的电压。

限流单元131用于对充电电流进行限制，防止电灯处于关闭状态时由于电流过大出现闪灯的现象。充电控制单元132用于检测限流单元131的输出电压，当限流单元131的输出电压过低时，停止对法拉电容进行充电。

一些实施例中，参考图5，限流单元131包括：限流稳压元件u1、第一二极管d5、第七电阻r7、第八电阻r3及第一电容c2。

第一二极管d5的正极与限流单元131的第一输入端连接连接，第一二极管d5的负极通过第七电阻r7与限流稳压元件u1的负极端连接；限流稳压元件u1的正极输入端(1脚)分别与限流稳压元件u1的使能端(3脚)、限流单元131的第二输入端及第一电容c2的第一端连接，第一电容c2的第二端接参考地；限流稳压元件u1的输出端(5脚)分别与限流稳压元件u1的反馈端(4脚)及第八电阻r3的第一端连接，第八电阻r3的第二端分别与限流稳压元件u1的负极端(2脚)及限流单元131的输出端连接。

一些实施例中，限流稳压元件u1为小电流稳压元件，用于对充电电流进行限制，防止闪灯，同时对关态单火取电模块12的第三端的输出电压进行二次降压，使得关态取电时限流单元131的输出电压稳定在一个合适的电压值。开态单火取电时无需对充电电流进行限制，同时为了快速为法拉电容充电，开态单火取电模块11的第三端直接通过第一二极管d5和第七电阻r7与r3的第二端连接，r3的第二端即为限流单元131的输出端。

一些实施例中，参考图5，充电控制单元132包括：第二电容c1、第三电容c6、第四电容c4、第五电容c3、第六电容c5、第九电阻r10、第十电阻r4、第十一电阻r8、第二稳压二极管dz2、第二二极管d12、第一电压检测元件u8及开关稳压元件u2。

第二电容c1的第一端分别与第二稳压二极管dz2的负极及充电控制单元132的输入端连接，第二电容c1的第二端接参考地；第二稳压二极管dz2的正极分别与第一电压检测元件u8的输入端(3脚)及开关稳压元件u2的输入端(1脚)连接，第一电压检测元件u8的接地端(2脚)接参考地，第一电压检测元件u8的输出端(1脚)通过第九电阻r10与开关稳压元件u2的使能端(3脚)连接，第三电容c6的第一端与第二稳压二极管dz2的正极连接，第三电容c6的第二端接参考地；第五电容c3并联在开关稳压元件u2的输入端(1脚)与开关稳压元件u2的负极端(2脚)之间，第四电容c4的第一端与开关稳压元件u2的使能端(3脚)连接，第四电容c4的第二端接参考地；第十电阻r4并联在开关稳压元件u2的输出端(5脚)与开关稳压元件u2的反馈端(4脚)之间，开关稳压元件u2的反馈端(4脚)通过第十一电阻r8接参考地；第六电容c5的第一端与开关稳压元件u2的输出端(5脚)连接，第六电容c5的第二端接参考地；开关稳压元件u2的输出端(5脚)与第二二极管d12的正极连接，第二二极管d12的负极与充电控制单元132的输出端连接。

充电控制单元132用于控制对法拉电容的充电。第二稳压二极管dz2用于对限流单元131的输出电压进行降压。经过第二稳压二极管dz2降压后的电压输入第一电压检测元件u8的输入端进行检测。当经过第二稳压二极管dz2降压后的电压值达到第一预设电压值时，第一电压检测元件u8输出高电平，开关稳压元件u2打开，为法拉电容充电。当经过第二稳压二极管dz2降压后的电压值小于第一预设电压值时，第一电压检测元件u8输出低电平，开关稳压元件u2关闭，停止对法拉电容充电。第二二极管d12单向导通，用于防止法拉电容的电能反充。

一些实施例中，参考图5，充电平衡单元133可以包括：第二电压检测元件u3、第三电压检测元件u4、第二开关管q4、第三开关管q5、第十二电阻r6及第十三电阻r9。

充电控制单元132的输出端与第二电压检测元件u3的输入端(3脚)连接，第二电压检测元件u3的输出端(1脚)与第二开关管q4的控制端连接，第二电压检测元件u3的输入端(3脚)通过第十二电阻r6与第二开关管q4的第一端连接，第二开关管q4的第二端与第二电压检测元件u3的接地端(2脚)连接；第一法拉电容c7并联在第二电压检测元件u3的输入端(3脚)与第二电压检测元件u3的接地端(2脚)之间。

第三电压检测元件u4的输入端(3脚)与第二电压检测元件u3的接地端(2脚)连接，第三电压检测元件u4的输出端(1脚)与第三开关管q5的控制端连接，第三电压检测元件u4的输入端(3脚)通过第十三电阻r9与第三开关管q5的第一端连接，第三开关管q5的第二端与第三电压检测元件u4的接地端(2脚)连接；第二法拉电容c8并联在第三电压检测元件u4的输入端(3脚)与第三电压检测元件u4的接地端(2脚)之间，第三电压检测元件u4的接地端(2脚)接参考地。

第二电压检测元件u3的接地端(2脚)与第三电压检测元件u4(3脚)的输入端连接，第三电压检测元件u4的接地端(2脚)接参考地，第二电压检测元件u3检测第一法拉电容c7两端的压差，第三电压检测元件u4检测第二法拉电容c8两端的电压，当第一法拉电容c7两端的电压达到第二预设电压值时，第二电压检测元件u3输出高电平，第二开关管q4导通；当第二法拉电容c8两端的电压达到第二预设电压值时，第三电压检测元件u4输出高电平，第三开关管q5导通；由于充电控制单元132的输出电压设定为小于两倍的第二预设电压值，因此第一法拉电容c7两端的电压及第二法拉电容c8两端的电压不会同时达到第二预设电压值，即第二开关管q4及第三开关管q5不会同时导通；

当第一法拉电容c7两端的电压及第二法拉电容c8两端的电压均较小时，第二开关管q4和第三开关管q5均截止，充电控制单元132同时为第一法拉电容c7和第二法拉电容c8充电；当第一法拉电容c7两端的电压达到第二预设电压值时，第二法拉电容c8两端的电压小于第二预设电压值，第一法拉电容c7两端的电压与第二法拉电容c8两端的电压不平衡，第二开关管q4导通，第三开关管q5截止，充电控制单元132通过第十二电阻r6及第二开关管q4为第二法拉电容c8充电，使第一法拉电容c7两端的电压与第二法拉电容c8两端的电压趋于平衡；当第二法拉电容c8两端的电压达到第二预设电压值时，第一法拉电容c7两端的电压小于第二预设电压值，第三开关管q5导通，第二开关管q4截止，充电控制单元132通过第十三电阻r9及第三开关管q5对第一法拉电容c7充电，使第一法拉电容c7两端的电压与第二法拉电容c8两端的电压趋于平衡。

上述实施例中，电量存储模块13包括两个法拉电容，即第一法拉电容c7和第二法拉电容c8。一些实施例中，电量存储模块13中法拉电容的数量也可以为一个或三个以上。充电平衡单元133包括一个或多个充电平衡子单元，每个充电平衡子单元包括一个法拉电容，充电平衡子单元的数量与法拉电容的数量一致。多个充电平衡子单元串联连接，其中第一个充电平衡子单元的输入端与充电控制单元132的输出端连接，最后一个充电平衡子单元的输出端接参考地。例如，充电平衡子单元包括：第一法拉电容c7、第二电压检测元件u3、第二开关管q4及第十二电阻r6。第二电压检测元件u3的输入端(3脚)与充电平衡子单元的输入端连接，第二电压检测元件u3的输出端(1脚)与第二开关管q4的控制端连接，第二电压检测元件u3的输入端(3脚)通过第十二电阻r6与第二开关管q4的第一端连接，第二开关管q4的第二端与第二电压检测元件u3的接地端(2脚)连接；第一法拉电容c7并联在第二电压检测元件u3的输入端(3脚)与第二电压检测元件u3的接地端(2脚)之间，第二电压检测元件u3的接地端(2脚)与充电平衡子单元的输出端连接。

当充电平衡子单元的数量为1时，充电平衡子单元的输入端与充电控制单元132的输出端连接，充电平衡子单元的输出端接参考地；当充电平衡子单元的数量为2时，第一个充电平衡子单元的输入端与充电控制单元132的输出端连接，第一个平衡子单元的输出端与第二个充电平衡子单元的输入端连接，第二个充电平衡子单元的输出端接参考地；当充电平衡子单元的数量为3个以上时，多个充电平衡子单元串联连接，且第一个充电平衡子单元的输入端与充电控制单元132的输出端连接，最后一个充电平衡子单元的输出端接参考地。

一些实施例中，参考图4，上述单火取电电路还可以包括：保护模块15；保护模块15包括：压敏电阻rv1及保险元件f1。

压敏电阻rv1的第一端与开关14的第二端连接，压敏电阻rv1的第二端及保险元件f1的第一端均接参考地，保险元件f1的第二端与单火市电输入端口连接。

保险元件f1及压敏电阻rv1用于防止输入电压过高，保护内部元件，防雷。

一些实施例中，当具有两个个单火市电输出端口时，保护模块15包括两个压敏电阻，各个压敏电阻的第一端分别与各个单火市电输出端口连接，各个压敏电阻的第二端连接后通过保险元件f1与单火市电输入端口连接。例如，参考图4，该单火取电电路实施例中具有两个单火市电输出端口jd1和jd2，保护模块包括第一压敏电阻rv1、第二压敏电阻rv2及保险元件f1，第一压敏电阻rv1的第一端与第一单火市电输出端口jd1连接，第二压敏电阻rv2的第一端与第二单火市电输出端口jd2连接，第一压敏电阻rv1的第二端与第二压敏电阻rv2的第二端连接后与参考地连接，且单火市电输入端口jl1通过保险元件f1与参考地连接。

一些实施例中，关态单火取电模块12的输出电压为9v，法拉电容的额定电压为4.5v。

下面结合具体应用对上述实施例做进一步说明，参考图5，当限流单元131输出端的电压高于6.9v时，充电控制单元132打开为法拉电容充电，当限流单元131输出端的电压低于6.9v时，充电控制单元132断开，停止为法拉电容充电，此时，法拉电容释放电能为外部设备供电。

以上所述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各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。