CN102186295A - 一种单火线取电电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种单火线取电电路，其包括可控硅电路、开关电源电路、MCU电路，所述可控硅电路由单火线上取电，开关电源电路的输入端回路连接可控硅电路的输出端，开关电源电路再输出带载能力高的稳定直流电压至MCU电路，MCU电路的输入端连接可控硅电路的信号输出端，MCU电路的输出端则输出时序控制信号至可控硅电路的信号接收端以调整可控硅的导通角。本发明通过MCU电路实时检测交流电的过零点，从而发出控制信号，实现可控硅导通脚的控制，从而达到对负载灯光进行调光的目的。对于MCU电路，可以通过按键以及无线数据来对可控硅的导通角进行控制，达到调光的目的。在调光的同时能保证后端的开关电源稳定工作，提供稳定的电压给后端设备工作。

Description

一种单火线取电电路
技术领域
本发明涉及一种无线单火线调光电路，具体是一种单火线取电电路，取电后可以供给后端无线模块工作。
技术背景
在智能家居控制系统中，现在市面上的单火线产品，通过测试结果显示存在以下不足:给后端无线模块供电不足，存在不能接大负载等问题，如zigbee无线芯片在数据收发瞬间，需要电流大于30mA，市面上的无线单火线产品适用于433/315等只需要很小的电流（几百微安到几毫安）就能工作的无线技术，不能应用于zigbee芯片的单火线工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种单火线取电电路，该取电电路可以给后端电路供给高电压，故可以接入大负载。
本发明所述的一种单火线取电电路，其包括可控硅电路、开关电源电路、MCU电路，所述可控硅电路由单火线上取电，开关电源电路的输入端回路连接可控硅电路的输出端，开关电源电路再输出带载能力高的稳定直流电至MCU电路，MCU电路的输入端连接可控硅电路的信号输出端，MCU电路的输出端则输出时序控制信号至可控硅电路的信号接收端以调整可控硅的导通角实现调光的目的。
所述可控硅电路包括双向可控硅、可控硅光耦、过零检测电路，所述双向可控硅由单火线上取电，双向可控硅的控制端回路连接可控硅光耦，可控硅光耦的输入端连接MCU电路的一个输出IO口，再通过MCU电路输出时序控制信号经可控硅光耦控制双向可控硅的导通角；过零检测电路连接单火线以检测交流电压的过零信号，过零检测电路的信号输出端连接MCU电路的一个输入IO口。
所述开关电源电路包括整流桥电路、反激式开关电源电路以及电源输出电路，所述整流桥电路经可控硅电路取得火线输入和火线输出上的交流电，整流滤波后送入反激式开关电源电路，再经电源输出电路输出带载能力高的稳定直流电压至MCU电路。
所述MCU电路由zigbee无线控制芯片以及与之连接的外围电路组成，所述开关电源电路的电源输出端连接zigbee无线控制芯片为其提供电力，zigbee无线控制芯片的输入IO口连接过零检测电路，输出IO口连接可控硅光耦。
本发明通过中央控制MCU电路实时检测交流电的过零点，从而发出控制信号，实现可控硅导通脚的控制，从而达到对负载灯光进行调光的目的。对于MCU电路，可以通过按键以及无线数据来对可控硅的导通角进行控制，达到调光的目的。在调光的同时能保证后端的开关电源稳定工作，提供稳定的电压给后端设备，诸如zigbee无线控制芯片CC2530等工作。
附图说明
图1是本发明的硬件构成模块框图；
图2是图1中可控硅电路的结构示意图；
图3是图1中开关电源电路的结构示意图；
图4是图1中MCU电路的结构示意图；
图5是灯负载最亮状态下的火线输入波形及火线输出（灯负载）电压波形；
图6是MCU对可控硅电路的控制波形和对应的火线输入和火线输出的过零检测波形；
图7是灯负载熄灭状态下的过零检测的波形及MCU对可控硅电路的控制波形；
图8是MCU电路的控制流程图；
图9是本发明的电路图。
具体实施方式
如图1，本发明的单火线取电电路，主要包括可控硅电路、开关电源电路和MCU电路，其中：
可控硅电路的电流输入端连接220V火线（Lin表述220V火线输入），电流输出（Lout表示火线输出)端连接灯负载，灯负载另一端连接零线，可控硅控制电路还连接开关电源电路，再由开关电源电路提供直流输出给MCU电路，MCU电路输出控制信号至可控硅电路的控制信号接收端
可控硅电路包括双向可控硅、可控硅光耦、过零检测电路，其中过零检测信号经过过零检测电路后送至MCU的一个IO口进行实时检测，可控硅光耦连接MCU电路的一个输出IO口，并通过时序控制可控硅的导通角（图2）。开关电源电路主要由整流桥电路、反激式开关电源电路以及电源输出电路组成，整流桥电路从经过可控硅电路中的电阻R1取得火线输入和火线输出上的交流电（具体见图9），整流滤波后送入反激式开关电源，最终输出带载能力高的稳定的直流电源给MCU电路供电（图3）。而MCU电路直接采用zigbee无线控制芯片CC2530以及一些外围电路（图4）。
以下结合附图对本发明的工作过程进行详细说明：
如图9，当外接的灯负载不亮时，即可控硅光耦U1的输入脚(OUT网络标号)无输入时，零线经过灯负载接到整流桥U3的一个输入端，火线经过电阻R1接入到U3整流桥的另一个输入端，市电完全加到整流桥两端，给后端开关电源工作。
当外接灯负载最亮时，即可控硅光耦U1的输入脚(OUT网络标号)有输入时，通过对MCU的软件编程保证通过可控硅光耦U1的输入脚(OUT网络标号)的时序，控制双向可控硅在灯最亮的情况下也不是完全导通，（即加在灯负载两端电压达不到220V），保证在灯最亮的情况下，火线输入和火线输出之间仍然有一定的压差，这个压差能够提供给后端的开关电源工作，开关电源能够提供足够的电流给zigbee模块工作。而这个可控硅导通角的大小点位通过软件算法时序精确控制。即能使得在灯在最亮的情况下和灯直接通过220V驱动的情况下通过肉眼很难区别，也能保证后端开关电源的正常供电。
当外接灯负载在其他亮度时（介于不亮和最亮之间），火线输入和火线输出之间同理也能取得足够的压差给后端供电。
如图5，上波形为火线输入标准50HZ正弦波，下波形为火线输出即加载在灯负载的电压波形。可以看出灯在最亮的情况下，灯负载为不完整的220V正弦波，其中缺失的部分和火线输入的标准正弦波形成电压差给整流桥供电。
如图6，上波形为交流过零检测的波形（U4输出端GN_SIGLE信号），火线输入和火线输出经过电阻R2 和 R5到达过零检测芯片U4，每当火线输入和火线输出同步时（即可控硅导通期间），U4前端不导通，后端输入到MCU得过零信号GN_SIGLE为高电平；当两者不同步时（可控硅不导通期间），U4前端导通，后端输入到MCU得过零信号GN_SIGLE为低电平。
下波形为MCU对可控硅电路的输出脚的驱动波形（R17旁边的OUT信号）。当检测到过零点信号的下降沿时（U4输出端GN_SIGLE信号），根据预设在MCU中的延时值，来触发控制信号。延时值越大，可控硅导通时间越短，加在灯负载的电压越小，灯负载越暗。延时值越小，可控硅导通时间越长，加在灯负载的电压越大，灯负载越亮。
如图7，上波形为当负载灯灭的情况下过零检测的波形，下波形为MCU对可控硅电路的输出脚的驱动波形的波形（R17旁边的OUT信号），可以看出此时无控制信号。
如图8是MCU电路的控制流程图，通过设置检测过零点信号下降沿后，触发控制脉冲的最小安全延时值3MS左右。保证这段时间的不导通，从而让火线输入和火线输出产生足够的压差给后端供电。根据亮度延时值DY_TIME，其加上安全延时值就是最终的延时值。其中亮度延时值DY_TIME由按键和空中数据设置。
本发明提供了一种单火线取电电路的思路及实施方法，具体应用途径很多，以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单火线取电电路，其特征在于包括可控硅电路、开关电源电路、MCU电路，所述可控硅电路由单火线上取电，开关电源电路的输入端回路连接可控硅电路的输出端，开关电源电路再输出带载能力高的稳定直流电压至MCU电路，MCU电路的输入端连接可控硅电路的信号输出端，MCU电路的输出端则输出时序控制信号至可控硅电路的信号接收端以调整可控硅的导通角实现调光的目的。
2.根据权利要求1所述的单火线取电电路，其特征在于所述可控硅电路包括双向可控硅、可控硅光耦、过零检测电路，所述双向可控硅由单火线上取电，双向可控硅的控制端回路连接可控硅光耦，可控硅光耦的输入端连接MCU电路的一个输出IO口，再通过MCU电路输出时序控制信号经可控硅光耦控制双向可控硅的导通角；过零检测电路连接单火线以检测交流电压的过零信号，过零检测电路的信号输出端连接MCU电路的一个输入IO口。
3.根据权利要求1所述的单火线取电电路，其特征在于所述开关电源电路包括整流桥电路、反激式开关电源电路以及电源输出电路，所述整流桥电路经可控硅电路取得火线输入和火线输出上的交流电，整流滤波后送入反激式开关电源电路，再经电源输出电路输出带载能力高的稳定直流电压至MCU电路。
4.根据权利要求1所述的单火线取电电路，其特征在于所述MCU电路由zigbee无线控制芯片以及与之连接的外围电路组成，所述开关电源电路的电源输出端连接zigbee无线控制芯片为其提供电力，zigbee无线控制芯片的输入IO口连接过零检测电路，输出IO口连接可控硅光耦。
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