CN105376911B - 应用于双向无线控制的单火线取电方法和装置 - Google Patents

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Abstract

一种应用于双向无线控制的单火线取电方法和装置，涉及无线双向控制等高功耗应用方案在单火线取电方案。该方法包括以下内容：A、在单火线取电电路与应用控制电路之间设置储能电容，并在储能电容与单火线取电电路之间设置可控开关；B、通信双方约定在持续的时间划分为多个时隙，约定只在时隙期进行信息交互，时隙包括信息交互时隙和非信息交互时隙；C、信息交互时隙大电流需求时，采用储能电容储能电量；非信息交互时隙，应用电路处于待机状态，电容进行充电。该装置包括单火线取电电路(1)、应用控制电路(2)、可控开关(4)、储能电容(3)。本发明消除对单火取电流的影响，消除了灯具异常点亮和闪烁的情况。

Description

应用于双向无线控制的单火线取电方法和装置
技术领域
本发明涉及无线双向控制等高功耗应用方案在单火线取电方案。
背景技术
单线进出的市电照明开关(以下简称为单火线开关)随着家居智能化的潮流，使用红外接收控制、315/433射频接收控制的单火线开关进一步提升了使用的便捷，一方面它可以直接代换家居中非常普及的墙壁开关，安装和代换都很方便，方便地实现遥控或智能控制。然而，正因为只有单线进出，通过漏电流方式获取维持控制电路待机供电收到极大限制，市面95％灯具在漏电流不大于20uA的情况下，才能不会出现异常点亮和闪烁，在此条件下成熟高效的取电路率能提供给控制电路的维持待机电流只有1.3mA@3.3V，目前单向接收的红外、315/433射频尚能满足此要求；但随着智能化需求提升，控制和反馈已成为主流，反馈是主动发射信号，期间会有10几毫安电流，在2.4G频段高速率通信下甚至达到30几毫安，在此状态下，会使得取电电路在单火线上增大漏电流到100uA以上，单纯使用电容辅助储能，也不能消除对单火取电流的影响，造成灯具异常点亮和闪烁。
发明内容
本发明的目的之一在于提供一种避免单火取电超出电流限制的应用于双向无线控制的单火线取电方法。
本发明的目的之一在于提供一种避免单火取电超出电流限制的应用于双向无线控制的单火线取电装置。
本发明的目的之一可以这样实现，设计一种应用于双向无线控制的单火线取电方法，包括以下内容：
A、在单火线取电电路与应用控制电路之间设置储能电容，并在储能电容与单火线取电电路之间设置可控开关；可控开关前设有限流电阻；
B、通信双方约定在持续的时间划分为多个时隙，约定只在时隙期进行信息交互，时隙包括信息交互时隙和非信息交互时隙；相邻信息交互时隙之间至少设有一个非信息交互时隙；非信息交互时隙的时长tc＝R*C*Ln((V1-V0)/(V1-Vt))，式中：V0为电容上的初始电压值、V1为电容最终可充到或放到的电压值、Vt为充电开始到t时刻电容上的电压值、R为电阻阻值、C为电容容值；
C、信息交互时隙大电流需求时，采用储能电容储能电量；非信息交互时隙，应用电路处于待机状态，电容进行充电；
储能电容放电时，可控开关断开，隔离了单火线取电电路。
进一步地，信息交互时隙与非信息交互时隙交替出现。
本发明的目的之一可以这样实现，设计一种应用于双向无线控制的单火线取电装置，包括单火线取电电路、应用控制电路、可控开关、储能电容，可控开关设置在单火线取电电路与应用控制电路之间的电源正极连接线上，储能电容设置在近应用控制电路端的正极、负极电源连接线上，可控开关的控制端连接至应用控制电路；在单火线取电电路与应用控制电路之间的电源正极连接线上设有限流电阻，限流电阻与可控开关串联；
充电状态，可控开关受应用控制电路的控制闭合，单火线取电电路输出的低压电源经限流电阻限流后保持一个低于取电电路限制的电流值为储能电容充电；
放电状态，可控开关受应用控制电路的控制断开之后再执行双向无线通信，储能电容可进行大电流放电，同时可控开关的断开也隔离了单火线取电电路。
可选地，可控开关为开关管。
本发明消除对单火取电流的影响，消除了灯具异常点亮和闪烁的情况。
附图说明
图1是本发明较佳实施例的示意图；
图2是本发明较佳实施例充电状态的示意图；
图3是本发明较佳实施例放电状态的示意图；
图4是本发明较佳实施例的电流电压示意图。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明作进一步的描述。
一种应用于双向无线控制的单火线取电方法，包括以下内容：
A、在单火线取电电路与应用控制电路之间设置储能电容，并在储能电容与单火线取电电路之间设置可控开关；
B、通信双方约定在持续的时间划分为多个时隙，约定只在时隙期进行信息交互，时隙包括信息交互时隙和非信息交互时隙；
C、信息交互时隙大电流需求时，采用储能电容储能电量；非信息交互时隙，应用电路处于待机状态，电容进行充电。
可控开关前设有限流电阻5，单火线取电电路1输出的低压电源经限流电阻5限流后保持一个低于取电电路限制的电流值。
储能电容3放电时，可控开关断开，隔离了单火线取电电路，不会引起灯具异常动作。
相邻信息交互时隙之间至少设有一个非信息交互时隙。信息交互时隙之间要保证储能电容有个充电过程。
信息交互时隙与非信息交互时隙交替出现，可使得充电的周期更短，达到交互响应更快的目的。
非信息交互时隙的时长的计算公式为：tc＝R*C*Ln((V1-V0)/(V1-Vt))
式中：V0为电容上的初始电压值、V1为电容最终可充到或放到的电压值、Vt为充电开始到t时刻电容上的电压值、R为电阻阻值、C为电容容值。电压的单位为伏特，电容的单位为法拉，电阻的单位为欧姆，时间的单位为秒。
本发明针对双向无线通信电路的功耗大特点，将无线通信采用通信双方约定在持续的时间划分为多个时隙并约定只在特定时隙进行信息交互的方式，使得平均功耗低于取电电路限制；采用储能电容储能方式存储所需电量，满足信息交互时隙的大电流需求，在非信息交互时隙应用电路处于待机状态(电流为几十uA，可忽略不计)，此时储能电容进行充电；在辅助电路切换的机制下，使得应用电路在大电流工作时隙只从储能电容放电获取电能，避免导致单火取电超出电流限制。
如图2所示，充电状态，开关管4受应用控制电路2的控制闭合，单火线取电电路1输出的低压电源经限流电阻5限流后保持一个低于取电电路限制的电流值为储能电容3充电，此时应用控制电路2不进行无线通信等高功耗操作，保持待机微电流状态。
如图3所示，放电状态，开关管4受应用控制电路2的控制断开之后再执行双向无线通信等功能，此时由于储能电容3自身特点可以进行大电流放电，同时开关管4的断开也隔离了单火线取电电路1，不会引起灯具异常动作。
如图4所示，单火线取电电路1提供3.3V稳定电压Vr，电流Ir不高于1.3mA，为方便计算，根据应用电路正常工作要求电压范围2.4～3.6V，为减小纹波限制电容放电最低电压V0＝3.0V,应用控制电路2完成一次数据交互需要以50mA电流持续工作5mS，即电容放电时间Td＝5mS；按照3.0V工作电压保有余量需要的电量跟据公式J＝I*Tw*U(J焦耳电量，I电流、安培，Tw充电时间、秒，U电压、伏特)，代入后结果为需要电容提供0.00075焦耳电量。
设定V0为电容上的初始电压值；V1为电容最终可充到或放到的电压值，即取电电路提供3.3V稳定电压；Vt为充电开始到t时刻电容上的电压值，根据电容完全放电的电量(焦耳)计算公式为J＝C*U2/2，那么电容放电电量(焦耳)计算公式为J＝C*(Vt2-V02)/2,为减小纹波限制电容放电最低电压V0＝3.0V,电容C预设为常用470uF，代入公式可得电容存储足够电量的电压Vt为3.25V，满足小于电源电压范围。
根据电容放电时间(秒)计算公式t＝R*C*Ln[(V1-V0)/(V1-Vt)]
取电电路要求电流低于1.3mA，才能保证灯具无异常闪亮，因此充电电流限在1.2mA,电阻预设为(V1-V0)/0.0012mA＝510欧姆，Tc为充电所需时间。
代入上式：Tc＝510*0.00047*Ln[(3.3-3.0)/(3.3-3.25)]
后得到充电需要时间为Tc＝0.429秒，即每次通信交互之间插入430mS充电时间，间歇交替的工作，可以满足单火线设备的正常运行。
本发明在实际应用基于2.4G双向RF控制单火线开关上得到验证，并且载调整通信交互时间进行更小分片可使得充电的周期更短，达到交互响应更快的目的。
如图1所示，一种应用于双向无线控制的单火线取电装置，包括单火线取电电路1、应用控制电路2、可控开关4、储能电容3，可控开关4设置在单火线取电电路1与应用控制电路2之间的电源正极连接线上，储能电容3设置在近应用控制电路2端的正极、负极电源连接线上，可控开关4的控制端连接至应用控制电路2。
在单火线取电电路1与应用控制电路2之间的电源正极连接线上设有限流电阻5，限流电阻5与可控开关4串联。可控开关4为开关管。
如图2所示，充电状态，可控开关4(开关管)受应用控制电路2的控制闭合，单火线取电电路1输出的低压电源经限流电阻5限流后保持一个低于取电电路限制的电流值为储能电容3充电，此时应用控制电路2不进行无线通信等高功耗操作，保持待机微电流状态。
如图3所示，放电状态，可控开关4(开关管)受应用控制电路2的控制断开之后再执行双向无线通信等功能，此时由于储能电容3自身特点可以进行大电流放电，同时可控开关4(开关管)的断开也隔离了单火线取电电路1，不会引起灯具异常动作。
本发明消除对单火取电流的影响，消除了灯具异常点亮和闪烁的情况。

Claims (4)

1.一种应用于双向无线控制的单火线取电方法，其特征在于，包括以下内容：
A、在单火线取电电路与应用控制电路之间设置储能电容，并在储能电容与单火线取电电路之间设置可控开关；可控开关前设有限流电阻；
B、通信双方约定在持续的时间划分为多个时隙，约定只在时隙期进行信息交互，时隙包括信息交互时隙和非信息交互时隙；相邻信息交互时隙之间至少设有一个非信息交互时隙；非信息交互时隙的时长tc＝R*C*Ln((V1-V0)/(V1-Vt))，式中：V0为电容上的初始电压值、V1为电容最终可充到或放到的电压值、Vt为充电开始到t时刻电容上的电压值、R为电阻阻值、C为电容容值；
C、信息交互时隙大电流需求时，使用储能电容储能电量；非信息交互时隙，应用电路处于待机状态，电容进行充电；
储能电容放电时，可控开关断开，隔离了单火线取电电路。
2.根据权利要求1所述的应用于双向无线控制的单火线取电方法，其特征在于：信息交互时隙与非信息交互时隙交替出现。
3.一种应用于双向无线控制的单火线取电装置，其特征在于：包括单火线取电电路(1)、应用控制电路(2)、可控开关(4)、储能电容(3)，可控开关(4)设置在单火线取电电路(1)与应用控制电路(2)之间的电源正极连接线上，储能电容(3)设置在近应用控制电路(2)端的正极、负极电源连接线上，可控开关(4)的控制端连接至应用控制电路(2)；在单火线取电电路(1)与应用控制电路(2)之间的电源正极连接线上设有限流电阻(5)，限流电阻(5)与可控开关(4)串联；
充电状态，可控开关(4)受应用控制电路(2)的控制闭合，单火线取电电路(1)输出的低压电源经限流电阻(5)限流后保持一个低于取电电路限制的电流值为储能电容(3)充电；
放电状态，可控开关(4)受应用控制电路(2)的控制断开之后再执行双向无线通信，储能电容(3)可进行大电流放电，同时可控开关(4)的断开也隔离了单火线取电电路(1)。
4.根据权利要求3所述的应用于双向无线控制的单火线取电装置，其特征在于：可控开关(4)为开关管。
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