CN107181305A - 单火双向智能开关的储能电路 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种单火双向智能开关的储能电路，包括通态取电电路、断态取电电路、LDO稳压器、单片机、RF芯片、第一电阻、超级电容、第一肖特基二极管、驱动电路、三路继电器以及与每路继电器连接的负载灯，通态取电电路和断态取电电路的经过LDO稳压器稳压后，通过LDO稳压器输出第一直流电压；当一个负载灯点亮时，单片机的IO引脚输出高电平，经过第一电阻对超级电容进行快速充电，当全部负载灯断开时，单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，经过第一电阻对超级电容进行涓流充电，当单片机开始启动RF发送数据导致电压跌落时，由超级电容提供对外电能。本发明能解决发射时出现的电压跌落问题、能保证通信的稳定性。

Description

单火双向智能开关的储能电路

技术领域

本发明涉及智能家居领域，特别涉及一种单火双向智能开关的储能电路。

背景技术

在智能家居系统中，单火双向智能开关是最基本的设备，但是由于采用了串联取电技术，当电流超过30uA时，一些灯具就会出现闪烁，这就是大家熟知的鬼火现象，因此要求单片机电路、射频电路要工作在低功耗状态。如果是双向智能开关则有无线发射电路，无线发射的时候峰值电流比较大，尤其是在自组网的系统中为了使单火双向智能开关也能起到路由中继的作用，不做储能基本是不可行的。另外，在发射时经常会电压跌落问题，造成通信的稳定性不高。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种能解决发射时出现的电压跌落问题、能保证通信的稳定性的单火双向智能开关的储能电路。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单火双向智能开关的储能电路，包括通态取电电路、断态取电电路、LDO稳压器、单片机、RF芯片、第一电阻、超级电容、第一肖特基二极管、驱动电路、三路继电器以及与每路所述继电器连接的负载灯，所述通态取电电路和断态取电电路的经过所述LDO稳压器稳压后，通过所述LDO稳压器的输出端输出第一直流电压，所述LDO稳压器的输出端分别与所述单片机的电源引脚、第一肖特基二极管的阴极和RF芯片的一个引脚连接，所述单片机的无线收发引脚与所述RF芯片的无线收发引脚连接，所述单片机的第一控制引脚、第二控制引脚和第三控制引脚通过所述驱动电路后驱动三路所述继电器，所述单片机的IO引脚与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述超级电容的正极和第一肖特基二极管的阳极连接，所述超级电容的负极接地；

当一个所述负载灯点亮时，所述单片机的IO引脚输出高电平，经过所述第一电阻对所述超级电容进行快速充电，当全部所述负载灯断开时，所述单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，经过所述第一电阻对所述超级电容进行涓流充电，当所述单片机开始启动RF发送数据导致电压跌落时，由所述超级电容提供对外电能。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，所述第一直流电压为2.7V，所述超级电容的规格为0.47F/2.7V。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，还包括第二肖特基二极管，所述第二肖特基二极管的阳极与所述单片机的IO引脚连接，所述第二肖特基二极管的阴极与所述第一电阻的一端连接，所述第一直流电压为3.0V，所述超级电容的规格为0.47F/2.7V，所述第二肖特基二极管的正向压降为0.3V。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，还包括第二肖特基二极管和第三肖特基二极管，所述第二肖特基二极管的阳极与所述单片机的IO引脚连接，所述第二肖特基二极管的阴极与所述第一电阻的一端连接，所述第三肖特基二极管的阳极与所述LDO稳压器的输出端连接，所述第三肖特基二极管的阴极与所述单片机的电源引脚连接，所述第一直流电压为3.3V。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，所述超级电容C1的规格为0.47F/2.7V，所述第一肖特基二极管的正向压降为0.2V，所述第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的正向压降均为0.3V。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，所述超级电容C1为5.5V超级电容，所述第二肖特基二极管用0欧电阻代替。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，所述单片机的型号为AVR、MSP430、STM8L、PIC或STM32。

在本发明所述的单火双向智能开关的储能电路中，所述RF芯片的型号为CC2530、CC2430、CC1101、CC1120、CC1110、CC1310、CC2630、CC2640、A7129、A7139、A7159、SI4432、SI4463、SX1278或NRF24L01。

实施本发明的单火双向智能开关的储能电路，具有以下有益效果：由于设有通态取电电路、断态取电电路、LDO稳压器、单片机、RF芯片、第一电阻、超级电容、第一肖特基二极管、驱动电路、三路继电器以及与每路所述继电器连接的负载灯，当一个负载灯点亮时，单片机的IO引脚输出高电平，经过第一电阻对超级电容进行快速充电，当全部负载灯断开时，单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，经过第一电阻对超级电容进行涓流充电，当单片机开始启动RF发送数据导致电压跌落时，由超级电容提供对外电能，因此能解决发射时出现的电压跌落问题、能保证通信的稳定性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明单火双向智能开关的储能电路第一实施例中的结构示意图；

图2为本发明单火双向智能开关的储能电路第二实施例中的结构示意图；

图3为本发明单火双向智能开关的储能电路第三实施例中的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明单火双向智能开关的储能电路的第一实施例中，该单火双向智能开关的储能电路的结构示意图如图1所示。图1中，该单火双向智能开关的储能电路包括通态取电电路、断态取电电路、LDO稳压器、单片机、RF芯片、第一电阻R1、超级电容C1、第一肖特基二极管、驱动电路、三路继电器以及与每路继电器连接的负载灯(图中未示出)，也就是说，每路继电器均连接一个负载灯。

该第一实施例中，通态取电电路和断态取电电路的经过LDO稳压器稳压后，通过LDO稳压器的输出端输出第一直流电压，LDO稳压器的输出端分别与单片机的电源引脚VCC、第一肖特基二极管D1的阴极和RF芯片的一个引脚连接，单片机的无线收发引脚与RF芯片的无线收发引脚连接，单片机的第一控制引脚OUT1、第二控制引脚OUT2和第三控制引脚OUT3通过驱动电路后驱动三路继电器，单片机的IO引脚与第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与超级电容C1的正极和第一肖特基二极管D1的阳极连接，超级电容C1的负极接地。

当一个负载灯点亮时，单片机的IO引脚输出高电平，经过第一电阻R1对超级电容C1进行快速充电，当全部负载灯断开时，单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，经过第一电阻R1对超级电容进行涓流充电，当单片机开始启动RF发送数据导致电压跌落时，由超级电容C1提供对外电能，从而保证通信的稳定性。本第一实施例中，第一直流电压为2.7V，也就是主电路的稳压输出为2.7V，超级电容C1的规格为0.47F/2.7V，具体采用低成本0.47F/2.7V电容。由于充电时与二极管无关，因此不会造成超级电容C1过电压充电，此本第一实施例中的电路最为简单实用，采用该第一实施例中的电路，在正常供电情况下无线发射功率略有下降。本发明能解决发射时出现的电压跌落问题、能保证通信的稳定性。

对单片机以及RF芯片也有要求，要求工作电压在2.2V时也能工作，满足这个条件的常用的单片机有AVR、MSP430、STM8L、PIC、STM32等，因此单片机的型号为AVR、MSP430、STM8L、PIC或STM32，常用的RF芯片有CC2530、CC2430、CC1101、CC1120、CC1110、CC1310、CC2630、CC2640、A7129、A7139、A7159、SI4432、SI4463、SX1278、NRF24L01等，因此RF芯片的型号为CC2530、CC2430、CC1101、CC1120、CC1110、CC1310、CC2630、CC2640、A7129、A7139、A7159、SI4432、SI4463、SX1278或NRF24L01等。如果RF芯片的工作电压不能满足要求，则超级电容C1要选用5.5V的超级电容，而二极管的数量也要根据具体参数进行相应调整。

图2为本发明单火双向智能开关的储能电路第二实施例中的结构示意图，第二实施例与第一实施例中的电路不同的是，第二实施例在第一实施例电路的基础上增加了第二肖特基二极管D2，第二肖特基二极管D2的阳极与单片机的IO引脚连接，第二肖特基二极管D2的阴极与第一电阻R1的一端连接，本第二实施例中，第一直流电压为3.0V，也就是主电路的稳压输出为3.0V，超级电容C1的规格还是0.47F/2.7V，具体采用低成本0.47F/2.7V电容，第二肖特基二极管D2的正向压降为0.3V。本发明能解决发射时出现的电压跌落问题、能保证通信的稳定性。

图3为本发明单火双向智能开关的储能电路第三实施例中的结构示意图，第三实施例与第一实施例不同的是，第三实施例在第一实施例的基础上增加了第二肖特基二极管D2和第三肖特基二极管D3，其中，第二肖特基二极管D2的阳极与单片机的IO引脚连接，第二肖特基二极管D2的阴极与第一电阻R1的一端连接，第三肖特基二极管D3的阳极与LDO稳压器的输出端连接，第三肖特基二极管D3的阴极与单片机的电源引脚VCC连接，第一直流电压为3.3V。

本第三实施例中，超级电容C1的规格为0.47F/2.7V，具体选择低成本0.47F/2.7V，如果选用5.5V的超级电容，则第二肖特基二极管D2可以用0欧电阻代替，超级电容C1的漏电流是个重要指标，越小越好。第二肖特基二极管D2和第三肖特基二极管D3的正向压降均为0.3V。第一肖特基二极管D1选用特殊的肖特基二极管，其正向压降为0.2V，正向压降越小越好。

该第三实施例中，单火双向智能开关的通态取电电路和断态取电电路经过LDO稳压器稳压后输出3.3V直流电压，经过第三肖特基二极管D3给单片机供电，单片机的第一控制引脚OUT1、第二控制引脚OUT2和第三控制引脚OUT3经过驱动电路后驱动三路继电器，高电平时继电器接通，相应的负载灯点亮。只要有一个继电器导通，则通态取电电路工作，断态取电电路停止，此时可以取出较大的电流，单片机的IO引脚转换成输出，输出高电平，经过第二肖特基二极管D1和第一电阻R1对超级电容C1充电，充电的快慢取决于第一电阻R1的阻值大小。

当继电器全部断开时，通态取电电路停止工作，断态取电电路开始工作，此时不能快速充电，否则因电流大会导致负载灯闪烁，为此单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，此时对超级电容C1进行涓流充电，涓流充电的目的是补偿超级电容C1的漏电流引起的电压跌落。

在断态工作期间，当单片机发送无线数据时，如果发送过程中主电路的3.3V直流电压跌落，当主电压从3.3V跌落到小于2.5V，则第一肖特基二极管D1导通，给单片机以及RF芯片供电，从而避免发生单片机或RF芯片因电压继续跌落引起的故障。

值得一提的是，第一电阻R1选1K左右。如果第一电阻R1的阻值太小，充电电流大，当负载灯的功率太小时，可能会导致继电器因为电压跌落导致跳开。如果第一电阻R1的阻值太大，则会导致充电慢。为了解决充电慢与小负载的矛盾，还可以采用智能充电方法。智能充电采用PWM充电技术，当只有1路负载灯接通时采用1/3占空比充电，有2路负载灯接通时采用2/3占空比充电，有3路负载灯接通时采用100％占空比充电。首次上电后，在通态取电状态下充电需要10-30分钟。

总之，本发明的单火双向智能开关的储能电路主要用在单火双向智能开关上，增加本电路后单火开关可以作为路由节点使用，例如ZIGBEE协议或6LOWPAN的路由节点。本发明的特征是在断态取电时，给超级电容C1进行涓流充电。在通态取电时给超级电容C1进行快速充电，为了解决快速充电以及小负载灯的矛盾，可以采用PWM智能充电。本发明巧妙利用了RF芯片的工作电压、二极管压降和超级电容C1的工作电压的参数特点，因此电路极其简单实用，并在实际产品中得到应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，包括通态取电电路、断态取电电路、LDO稳压器、单片机、RF芯片、第一电阻、超级电容、第一肖特基二极管、驱动电路、三路继电器以及与每路所述继电器连接的负载灯，所述通态取电电路和断态取电电路的经过所述LDO稳压器稳压后，通过所述LDO稳压器的输出端输出第一直流电压，所述LDO稳压器的输出端分别与所述单片机的电源引脚、第一肖特基二极管的阴极和RF芯片的一个引脚连接，所述单片机的无线收发引脚与所述RF芯片的无线收发引脚连接，所述单片机的第一控制引脚、第二控制引脚和第三控制引脚通过所述驱动电路后驱动三路所述继电器，所述单片机的IO引脚与所述第一电阻的一端连接，所述第一电阻的另一端与所述超级电容的正极和第一肖特基二极管的阳极连接，所述超级电容的负极接地；

当一个所述负载灯点亮时，所述单片机的IO引脚输出高电平，经过所述第一电阻对所述超级电容进行快速充电，当全部所述负载灯断开时，所述单片机的IO引脚转换成带上拉的输入，经过所述第一电阻对所述超级电容进行涓流充电，当所述单片机开始启动RF发送数据导致电压跌落时，由所述超级电容提供对外电能。

2.根据权利要求1所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，所述第一直流电压为2.7V，所述超级电容的规格为0.47F/2.7V。

3.根据权利要求1所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，还包括第二肖特基二极管，所述第二肖特基二极管的阳极与所述单片机的IO引脚连接，所述第二肖特基二极管的阴极与所述第一电阻的一端连接，所述第一直流电压为3.0V，所述超级电容的规格为0.47F/2.7V，所述第二肖特基二极管的正向压降为0.3V。

4.根据权利要求1所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，还包括第二肖特基二极管和第三肖特基二极管，所述第二肖特基二极管的阳极与所述单片机的IO引脚连接，所述第二肖特基二极管的阴极与所述第一电阻的一端连接，所述第三肖特基二极管的阳极与所述LDO稳压器的输出端连接，所述第三肖特基二极管的阴极与所述单片机的电源引脚连接，所述第一直流电压为3.3V。

5.根据权利要求4所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，所述超级电容C1的规格为0.47F/2.7V，所述第一肖特基二极管的正向压降为0.2V，所述第二肖特基二极管和第三肖特基二极管的正向压降均为0.3V。

6.根据权利要求4所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，所述超级电容C1为5.5V超级电容，所述第二肖特基二极管用0欧电阻代替。

7.根据权利要求1至6任意一项所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，所述单片机的型号为AVR、MSP430、STM8L、PIC或STM32。

8.根据权利要求1至6任意一项所述的单火双向智能开关的储能电路，其特征在于，所述RF芯片的型号为CC2530、CC2430、CC1101、CC1120、CC1110、CC1310、CC2630、CC2640、A7129、A7139、A7159、SI4432、SI4463、SX1278或NRF24L01。