一种单火线智能开关电路的制作方法

本实用新型涉及电子开关电路，尤其涉及一种单火线智能开关电路，属于智能家居领域。

背景技术：

目前，市场上的单火线智能开关一般不能够完全像零火线开关那样适用于任何负载，市场上现有的单火线智能开关电路大多采用可控硅和普通继电器作为驱动元件带动负载工作，分别具有如下特点：

1．可控硅方式：采用可控硅做为电子开关来接通和断开负载，是目前单火线智能开关最为普遍使用的方式，其优点是：电子开关寿命长，驱动控制电路简单、生产制造成本较低，可以控制各类负载类型（阻性、容性、感性等），缺点是：由于可控硅所要求的散热问题使其带负载的功率受到限制（一般为200W以下），此外由于可控硅需要频繁的在非过零时开关负载而产生较大的谐波导致电磁兼容方面过认证较为困难；

2．继电器方式：采用继电器的机械触点来接通和断开负载，适用于大功率灯具或电器，市场上的大功率单火线智能开关一般采用普通电磁继电器，其优点是：相对可控硅方式可以控制大功率负载，缺点是：由于其动作线圈驱动电流较大，即使通过一些低功耗优化后可以兼营绝大部分灯具，但是仍然无法做到像零火线开关那样接任何灯具都不闪烁，还是有极个别的特殊灯具出现关灯闪烁（如一些极端的小电流驱动的高效小功率节能灯或LED灯），无法满足追求完美的中高端智能开关的需要；此外市场上采用继电器驱动的大功率单火线智能开关不支持负载检测功能，或者不能够正确可靠地识别负载没有安装或者损坏的情况，也不支持继电器过零点开启，导致大电流负载时继电器触点粘连问题。

此外，现在市面上的单火线智能开关产品供电电路结构复杂，效率低，给后端电路供电不足，存在不能完美可靠地接Zigbee（具有组网灵活、通讯可靠、安全性强、扩展性好、无需布线等优势）无线模块（Zigbee模块本身在发射和接收时的功耗一般达到20到40毫安之间）的问题。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种适用于大小功率负载、能通过电磁兼容传导认证、能采用Zigbbee等高电流无线通讯协议、支持负载检测功能能够正确可靠地识别负载没有安装或者损坏的情况、支持继电器过零点开启有效防止大电流负载时继电器触点粘连问题的单火线智能开关。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单火线开关电路，主要包括：继电器K1-K3、电源供电电路2，开关管单元8、驱动单元5、控制单元17、负载检测电路11-13；

采用微功耗宽电压电源模块供电，具有功耗低，效率高，损耗小的，输入电压范围宽等特点；

采用负载检测电路，实现了负载检测及继电器过零点开启功能。

采用普通磁继电器作为驱动元件，控制所述负载闭合或断开，大大提高了所能控制负载的功率。

更进一步的技术方案是：加入EMI滤波电路可以进行传导认证，用于滤去智能开关产生的谐波，避免对交流电网产生骚扰，符合电磁兼容性要求，EMI滤波电路包括第一电感L1和第一电容C1，所述第一电感L1串联在所述单火线智能开关电路1的火线接线端子L、外部AC市电输入火线LINE与所述开关管Q1的源极S、系统直流电源公共地GND之间，所述第一电容 C1的一端与所述第一电感L1连接，所述第一电容 C1的另一端与所述开关管Q1的漏极D连接；

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

1）提供了一种能适应全球电网电压、满足各类负载功率（小功率节能灯和LED灯、大功率电器等）与负载类型（包括阻性、容性、感性负载，如白炽灯、荧光灯、节能灯、LED灯、日光灯等）、无需额外安装任何电阻或电容等“消闪模块”、能通过电磁兼容传导认证、稳定可靠的单火线智能开关电路，该智能开关电路最大程度的简化了电路结构、提高了取电电路的输出电流和电压范围及效率、降低了电路功耗，减小了负载暗电流，适应了目前比较先进的智能家居无线通讯技术（如Zigbee、蓝牙、Z-Wave等无线控制技术）。

2）支持负载检测功能，能够正确可靠地识别负载没有安装或者损坏的情况，从而不会开启相应的驱动电路，大大降低的系统功耗。

3）支持继电器过零点开启，有效防止大电流负载时继电器触点粘连问题。

附图说明

附图1是本实用新型的一种单火线智能开关电路的原理框图。

附图2是本实用新型的一种单火线智能开关电路的AC/DC电源转换电路原理图。

附图3是本实用新型单火线智能开关电路的复位电路实施方式1的原理图。

附图4是本实用新型单火线智能开关电路的复位电路实施方式2的原理图。

附图5是本实用新型单火线智能开关电路的DC/DC电路实施方式1原理图。

附图6是本实用新型单火线智能开关电路的DC/DC电路实施方式2原理图。

附图7是本实用新型的一种单火线智能开关电路的电源开关电路原理框图。

附图8是本实用新型的一种单火线智能开关电路的负载检测电路的原理图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合实施附图对本实用新型作进一步的说明，实施方式提及的内容并非对本实用新型的限定。

本实用新型单火线智能开关电路具体实施例1：

如图1所示，单火线智能开关电路1由如下部分组成：继电器K1-K3、电源供电电路2，开关管单元8、驱动单元5、控制单元17、负载检测电路11-13；其基本方案是：

所述继电器K1-K3为普通电磁继电器；进一步，所述继电器的型号包括但不限于：HRS3FNH-S-DC24V-A，或HF32FV-G等；

所述单火线开关电路1的第一负载接线端子LOAD1经过第一负载14与AC市电输入零线N连接，第二负载接线端子LOAD2经过第二负载15与AC市电输入零线N连接；第三负载接线端子LOAD3经过第三负载16与AC市电输入零线N连接；

所述单火线智能开关电路（1）的负载接线端子LOAD1、LOAD2、LOAD3同时分别与所对应继电器K1、K2、K3的常开触点一端连接；所述第一、二、三继电器K1、K2、K3的常开触点另一端连接在一起后再经过开关管Q1与所述单火线智能开关电路1的火线接线端子L和外部AC市电输入火线LINE连接。

电源供电电路2:

所述电源供电电路2的三个输入端分别与单火线智能开关电路1的第一、二、三路负载接线端子LOAD1、LOAD2、LOAD3连接，AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR与所述电源开关电路4的输入端连接，所述电源开关电路4输出端与系统供电电源正极端VDD连接，AC/DC电源转换电路3和电源开关电路4的接地脚与系统直流电源公共地GND连接。

AC/DC电源转换电路3：

所述AC/DC电源转换电路3如图2所示，包括微功耗宽电压电源模块U3、二极管 D3-D5、电阻R3和滤波电容 C2、C4，所述微功耗宽电压电源模块U3的型号包括但不限于：PI-XD108、PI-3V3-B4、PI-05V-B4、PI-05V-D4等之一，所述第三、四、五二极管 D3-D5的阳极分别与第一、二、三负载接线端子LOAD1-LOAD3相连接，所述第三、四、五二极管 D3-D5的阴极经第三电阻R3与所述微功耗宽电压电源模块U3的输入端连接，所述微功耗宽电压电源模块U3的输出端与所述电源开关电路4的输入端连接，所述微功耗宽电压电源模块 U3的输入端和输出端分别与两只滤波电容 C2 、C4的一端连接；所述微功耗宽电压电源模块 U3的的反馈FB端和内部参考电压G端分别与第一电阻两端连接，所述微功耗宽电压电源模块U3的电源接地GND端、两只滤波电容C2、C4的另一端与系统直流电源公共地GND连接。

电源开关电路4：

所述电源开关电路4如图7所示，包括复位电路和DC/DC电路，所述复位电路包括电压检测器或复位IC，所述DC/DC电路包括降压型DC/DC控制器或者同步降压转换器或者降压型DC/DC转换器；

所述复位电路的的电源引脚和所述DC/DC电路的输入引脚与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述复位电路的的接地引脚和所述DC/DC电路的接地引脚与系统直流电源公共地GND连接，所述复位电路的的输出引脚与所述DC/DC电路的使能端EN连接，所述DC/DC电路的输出引脚与系统供电电源正极端VDD连接。

复位电路9:

所述复位电路9包括主控芯片和外围元件组成，所述复位电路9的主控芯片包括电压检测器或复位IC，具体型号包括但不限于：ME2808A50M3G，或IMP809，或UM809，或BL8506等之一，

具体实施方式有：

复位电路9实施方式1：如图3所示，所述复位电路9的主控芯片U2的VCC端与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述复位电路9的主控芯片U2的RESET端与DC/DC电路10的使能端EN连接；所述复位电路9的主控芯片U2的VCC端与RESET端之间连接一个电阻R8，所述复位电路9的主控芯片U2的VCC的RESET端与电源地之间连接一个电容C3，所述复位电路9的主控芯片U2的电源地与系统直流电源公共地GND连接。

复位电路9实施方:2：如图4所示，所述复位电路9的主控芯片U5的VCC端通过一个稳压二极管Z1降压后与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接；所述复位电路9的主控芯片U5的RESET端通过一个二极管D8与DC/DC电路10的使能EN端连接，所述二极管的阴极与RESET端连接，所述二极管的阳极与DC/DC电路10的使能端EN连接后再通过一个电容C5接到系统直流电源公共地GND，所述二极管D8的两端同时并联一只电阻R9，所述复位电路9的主控芯片U5的电源地与系统直流电源公共地GND连接。

DC/DC电路10：

所述DC/DC电路10包括主控芯片和外围元件组成，

所述主控芯片包括降压型DC/DC控制器或者同步降压转换器或者降压型DC/DC转换器，具体型号包括但不限于：S-8521D33MC，或TPS62120DCNR。

具体实施方式有：

DC/DC电路10实施方式1：如图5所示，所述DC/DC电路10的主控芯片U4的型号包括但不限于S-8521D33MC等，所述DC/DC电路10的主控芯片U4的输入端VIN与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述DC/DC电路10的主控芯片U4的ON/OFF端与上述复位电路9的使能端EN连接，所述DC/DC电路10的主控芯片U4的EXT端与第三MOS管Q3的栅极G连接，所述第三MOS管Q3的源极S与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述第三MOS管Q3的漏极D与第六二极管D6的阴极及第二电感L2的一端连接，所述第二电感L2的另一端、所述DC/DC电路10的主控芯片U4的输出端VOUT、第六电容C6的一端与系统供电电源正极端VDD连接，第六二极管D6的阳极、第六电容C6的另一端、所述DC/DC电路10的主控芯片U4的接地端与系统直流电源公共地GND连接。

DC/DC电路10实施方式2：如图6所示，所述DC/DC电路10的主控芯片U6的型号包括但不限于TPS62120DCNR等，所述DC/DC电路10的主控芯片U6的输入端IN与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述DC/DC电路10的主控芯片U6的EN端与上述复位电路9的使能端EN连接，所述DC/DC电路10的主控芯片U6的SW端与第三电感L3的一端连接，所述第三电感L3的另一端、第十一电阻R11的一端、所述DC/DC电路10的主控芯片U6的输出端VOUT、第七电容C7的一端与系统供电电源正极端VDD连接，第十一电阻R11的另一端、第十电阻R10的一端与所述DC/DC电路10的主控芯片U6的反馈端FB连接，所述第七电容C7的另一端、第十电阻R10的另一端、所述DC/DC电路10的主控芯片U6的接地端与系统直流电源公共地GND连接。

开关管单元电路8：

所述开关管单元8包括开关管组件7；

所述开关管组件7包括开关管Q1，或者由开关管Q1与外部第二二极管D2并联组成的电路，所述第二二极管D2为低压差功率肖特基整流器或者肖特基二极管，所述二极管D2的阳极与开关管Q1的源极S连接，所述二极管D2的阴极与开关管Q1的漏极D连接；

所述开关管Q1为场效应管MOSFET，所述开关管Q1的源极S、单火线开关电路1的火线接线端子L、外部AC市电输入火线LINE与系统直流电源公共地GND连接；所述开关管Q1的漏极D与所述第一、二、三继电器K1-K3的常开触点另一端连接；

进一步，所述二极管D2型号包括但不限于:STPS15L30C，FERD40U45C，SR1045L等之一；

进一步，所述开关管Q1的型号包括但不限于:IRLR8743PbF，IRLR8743PbF，CS100N03B4等之一。

EMI滤波电路6:

更进一步的技术方案是：加入EMI滤波电路可以进行传导认证，用于滤去智能开关产生的谐波，避免对交流电网产生骚扰，符合电磁兼容性要求，EMI滤波电路包括第一电感L1和第一电容C1，所述第一电感L1串联在所述单火线智能开关电路1的火线接线端子L、外部AC市电输入火线LINE与所述开关管Q1的源极S、系统直流电源公共地GND之间，所述第一电容 C1的一端与所述第一电感L1连接，所述第一电容 C1的另一端与所述开关管Q1的漏极D连接；

为了确保单火线智能开关可以过传导认证那么需要加入上述EMI滤波电路，其中滤波电感L1和滤波电容C1这两个元件需要根据实际应用要求来选择，遵循原则是输出功率越大，L3电感量就需要更大，

一般当负载输出功率在2000W时，那么L1=470uH，C1=220nF；

当负载输出功率在1000W时可用L1=220uH，C1=220nF；

另外C1一般要求用X1与X2安规电容，L1用铁硅铝磁环；

如果单火线智能开关不需要过传导认证，那么C1不安装，L1直接短路。

驱动单元5：

如附图1所示，所述驱动单元5的场效应管控制引脚FET_CTRL与所述开关管Q1的控制栅极G相连接，用来驱动开关管Q1的导通与截止；

所述驱动单元5的交流输入引脚AC1_COM与所述开关管Q1的漏极D及第一继电器K1的常开触点另一端连接；

所述驱动单元5的三组继电器线圈供电正、负端引脚K1-、K1+、K2-、K2+、K3-、K3+等分别与各个继电器Kl-K3驱动线圈两端COIL01_2、COIL01_1、COIL02_2、COIL02_1、COIL03_2、COIL03_1等连接，分别控制各个继电器Kl-K3的触点通断；

所述驱动单元5的三组继电器控制输入端分别与所述控制单元17的输出引脚连接；

进一步，所述驱动单元5包括驱动模块U1，所述驱动模块U1的芯片型号包括但不限于：XD-KC024；

所述驱动单元5的驱动模块U1的MOS_G端与所述开关管Q1的控制栅极G相连接，用来驱动开关管Q1的导通与截止；

所述驱动单元5的驱动模块U1的MOS_D端与所述开关管Q1的漏极D及第一、二、三继电器K1-K3的常开触点另一端连接；

所述驱动单元5的驱动模块U1的三组继电器线圈供电正、负端引脚K1-、K1+、K2-、K2+、K3-、K3+等分别与各个继电器Kl-K3的驱动线圈两端COIL01_2、COIL01_1、COIL02_2、COIL02_1、COIL03_2、COIL03_1等连接，分别控制各个继电器Kl-K3的触点通断；

所述驱动单元5的驱动模块U1的VCC1端与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，所述驱动模块U1的VCC端与第十二号电容C12的一端、第七号二极管D7的阳极端连接，第七号二极管D7的阴极端与AC/DC电源转换电路3输出电源正极端PWR连接，第十二号电容C12的另一端、所述驱动模块U1的GND端与系统直流电源公共地GND连接；所述驱动模块U1的L1端、L2端、L3端分别与第一、二、三路负载接线端子LOAD1-LOAD3连接；所述驱动模块U1的K1_CtrL端、K2_CtrL端、K3_CtrL端分别与控制单元17的继电器控制输出端子连接。

控制单元17：

10. 所述控制单元17包括采用芯片或分立元器件组成的控制电路或模块，所述控制单元17的输出引脚与驱动单元5的三组继电器控制输入端连接，用于实现对各继电器的驱动控制；所述控制单元17的输入引脚与来至三组负载检测电路11-13的检测信号端连接；所述控制单元（17）包括的芯片型号包括但不限于：CC2530，CC2630，JN5168，JN5169等之一。

负载检测电路11-13：

所述第一、二、三负载检测电路11-13的LOAD端分别与第一、二、三路负载接线端子LOAD1-LOAD3连接，所述第一、二、三负载检测电路11-13的COIL_2端分别与驱动模块U1的K1-端、K2-端、K3-端连接，所述第一、二、三负载检测电路11-13的AC_CHk端分别与控制单元17的输入引脚AC1_CHK端、AC2_CHK端、AC3_CHK端连接，所述第一、二、三负载检测电路11-13的VDD端、GND端分别对应与系统供电电源正极端VDD、系统直流电源公共地GND连接；

进一步：所述负载检测电路11-13，包括：第二、四、五、六、七电阻R2、R4、R5、R6、R7，第一二极管D1，第二三极管Q2；所述第二、五电阻R2、R5的一端与负载检测电路的LOAD端连接，所述第二电阻R2的另一端与第一二极管D1的阳极连接，所述第一二极管D1的阴极与负载检测电路的COIL_2端连接，所述第五电阻R5的另一端与第六电阻R6的一端连接，所述第六电阻R6的另一端与第四电阻R4的一端和第二三极管Q2的基极b连接，第四电阻R4的另一端、第二三极管Q2的发射极e与系统直流电源公共地GND连接，所述第七电阻R7的一端与系统供电电源正极端VDD连接，所述第七电阻R7的另一端与第二三极管Q2的集电极c连接。

以上所述，仅是本实用新型的较佳的具体实施例，并非对本实用新型作任何形式上的限制，虽然本实用新型已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本实用新型，任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本实用新型技术方案范围内，当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本实用新型技术方案的内容，依据本实用新型的技术实质（技术方案及其实用新型构思）对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本实用新型技术方案的范围内。