CN110556829A - 一种单火线取电电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种单火线取电电路,包括：双向可控硅Q1；隔离驱动电路，用于接通或断开双向可控硅Q1；延时触发电路，用于隔离驱动接通后对双向可控硅Q1进行延时触发；限流电阻R1；关态取电电路，用于负载断开时取电；开态取电电路，用于隔离驱动接通后，在延时触发电路规定的时间内进行取电；以及分别与关态取电电路和开态取电电路的输出端连接的输出稳压电路。本发明在负载断电和开通过程中都能获得功率较大的电能，且具有电路结构简单、可靠性高、成本低等特点，为具有远程无线控制功能的单火线智能控制面板供电，实现传统机械单火开关升级为智能单火开关。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路领域，具体涉及一种单火线取电电路。
背景技术
近年来，随着科技的发展和生活水平的提高，特别是 5G 和物联网技术的到来，智能家居正在走进我们的生活。智能家居涵盖智能开关、智能插座、智能语音音箱、智能电能监控、智能安防、智能门禁、智能空调、智能窗帘、智能煤气报警等等。这些智能节点由于集成了无线通信控制芯片及系统，并通过网关与互联网连接，形成规模更大的物联网。对于大量现有的住宅及办公场所，智能化升级将是一个巨大的潜在市场。墙面开关传统的开关布线都是一根火线，通过机械方式实现通断控制。想要实现在现有单火的基础上从机械开关升级到智能开关，则必须解决如何取得稳定可靠且满足功率要求的电能的挑战，从而在不用改变现有布线方式下，实现家庭智能面板触摸控制或远程 APP 控制。
单火线取电包含关态取电电路和开态取电电路两部分。关态取电电路在负载关断时，通过在火线与负载之间串联大阻抗元件，进而形成漏电流，并利用该漏电流进行取电。而开态取电电路在负载接通时关态取电电路不工作情况下，负责给整机系统提供电能。现有开态取电方案是在负载主回路中串联取电电路进行取电，但会存在取电电路参数的设计困难，对负载不具有适配性。
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种单火线取电电路。
为实现上述目的，本发明提供了如下技术方案：
一种单火线取电电路，其包括：
双向可控硅Q1，设置在负载电路与火线之间；
隔离驱动电路，用于接通或断开双向可控硅 Q1；
延时触发电路，与双向可控硅Q1的控制极连接，用于隔离驱动电路接通后对Q1进行延时触发；
限流电阻R1，与延时触发电路连接，用于电流限流；
关态取电电路，用于负载断开时取电；
开态取电电路，其输入端分别与限流电阻R1以及隔离驱动电路连接，用于隔离驱动电路接通后，在延时触发电路规定的时间内进行取电；
以及分别与关态取电电路和开态取电电路的输出端连接的输出稳压电路。
所述隔离驱动电路为光耦隔离电路或继电器隔离电路。
所述延时触发电路为RC充电电路或双向稳压管电路。
所述关态取电电路包括依次连接的AC/DC整流电路及反激变换器。
所述开态取电电路包括整流桥堆Q3、并联在整流桥堆Q3的输出端之间的电容C5、与电容C5并联设置的TVS二极管TVS2以及二极管D4。
所述限流电阻R1的阻值在满足开态取电电路的电流低于最大允许值的前提下，可提供大电流。
隔离驱动电路接通后，双向可控硅Q1两端的电压低于关态取电电路工作的启动电压。
本发明的有益效果：
⑴本发明提供的一种单火线取电电路在负载开通和断开的状态下都能实现较大功率取电，可支持无线通信模块及控制系统所需的电能；
⑵本发明提供的一种单火线取电电路，通过增加延时触发电路实现开态取电，其取电功率的大小可通过延时电路参数进行调节，简单灵活，稳定可靠。
附图说明
图 1 是单火线取电电路的原理图。
图2是单火线取电电路实施例1的电路原理图。
图3是单火线取电电路实施例2的电路原理图。
图4是单火线取电电路实施例3的电路原理图。
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的一部分实施例，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。
图 1 所示为单火线取电电路实施例原理图，包含双向可控硅 Q1、延时触发电路、关态取电电路、隔离驱动电路及控制信号ctl、开态取电电路及限流电阻 R1、二极管D1和D2及稳压电路。
本发明公开了一种单火线取电电路，其包括：
双向可控硅Q1，设置在负载电路与火线之间；
隔离驱动电路，用于接通或断开双向可控硅 Q1；
延时触发电路，与双向可控硅Q1的控制极连接，用于隔离驱动电路接通后对Q1进行延时触发；
限流电阻R1，与延时触发电路连接，用于电流限流；
关态取电电路，用于负载断开时取电；
开态取电电路，其输入端分别与限流电阻R1以及隔离驱动电路连接，用于隔离驱动电路接通后，在延时触发电路规定的时间内进行取电；
以及分别与关态取电电路和开态取电电路的输出端连接的输出稳压电路。
取电电路分为关态取电以及开态取电。
关态取电：在连接好负载及电源之后，由于控制信号 ctl 为低，隔离驱动电路的输出 Out1 和 Out2 之间断开，双向可控硅Q1 关断。此时，关态取电电路通过负载 Load接入 220V 的交流电源。通过将关态取电电路的输入阻抗设计得很大，确保流过负载的漏电流很小，进而避免待机状态负载误动作。关态取电电路将输入的交流电通过反激反激变换器转换为低压直流电输入到稳压电路中，给系统供电。而由于隔离驱动电路输出断开，因而开态取电电路没有电能输出，输出端的电压为零。此时，为防止关态取电电路与开态取电电路直接连接导致的电流尖峰冲击，故增加二极管D1、D2，设置在关态取电电路以及开态取电电路的正输出端。
开态取电：当控制信号 ctl 为高，隔离驱动电路的输出 Out1 和 Out2 之间接通。开态取电电路通过隔离驱动输出端和限流电阻 R1接入到220V的交流电中开始取电。与此同时，延时触发电路开始工作。延时时间一到，双向可控硅Q1触发导通。在Q1导通期间，开态取电电路没有电能输入，通过存储的电能给系统供电。假设此时电流由 AC220V_Hot 流向 Com1 ，随着导通时间的推移，双向可控硅Q1两端的电压逐渐减小直至为零。此时，双向可控硅Q1重新截止，由于隔离驱动电路的输出 Out1和 Out2 之间接通，所以电流从 Com1流向AC220V_Hot，交流电再次给开态取电电路充电，直至延时触发电路触发双向可控硅Q1导通，开态取电电路停止充电，往复循环，直至 ctl 为低断开负载。其中，限流电阻R1 的取值在满足开态取电电路的电流低于最大允许值的前提下，要尽可能的提供大电流。这主要是基于充电电流越大，相同时间内开态取电电路获取的电能就越多，系统越稳定可靠。需要进一步说明的是，在开态取电电路充电过程中由于限流电阻 R1 的值较小以及开态取电电路的输入阻抗很小，所以 双向可控硅Q1 两端的电压很小，低于关态取电电路工作的启动电压值，所以关态取电电路不输出电能。
所述开态取电电路从隔离驱动电路接通到Q1触发导通这段时间内，因关态取电电路两端的电压很小进而停止取电，但开态取电电路、限流电阻R1和隔离驱动电路的输出端串联在火线和负载电路中，电路开始取电。在延时一段时间后触发Q1导通。Q1导通后，开态取电电路没有电能输入，其通过储存的电能继续给系统供电，直至下一个半波周期之后重复上述过程，以此类推，直至隔离驱动电路断开。
其中延时触发电路可以采用RC充电电路或者采用双向稳压管电路等电路。
图2所示为本发明的单火线取电电路实施例1的电路原理图。整流桥堆Q2、滤波电容C1、电容C2、电容C3、二极管D1、二极管D2、二极管D3、电阻R2、电阻R3、电阻R4、功率三极管T1、信号三极管 T2、变压器和 control circuit 组成关态取电电路。其中：滤波电容C1，用于平缓整流之后的高压直流电；二极管D1、电容C2 和电阻R3 用于吸收变压器原边关断时产生的漏感电流，保护功率三极管T1避免被击穿损坏；电阻R2 为T1基极限流电阻；电阻R4、信号三极管T2 组成限流保护电路；control circuit 通过采样变压器控制绕组的电压，实时调节功率三极管T1的导通时间，进而稳定变压器输出绕组电容C3的电压。双向光耦 OP1和电阻R5组成隔离驱动电路，用于控制开态取电电路和触发延时电路。整流桥堆 Q3、电容C5、TVS二极管TVS2 和二极管D4 组成开态取电电路，其中TVS2起限压保护作用。输出稳压电路由三端稳压芯片和去噪电容 C4组成。延时触发电路采用RC充电电路，RC充电电路的一端与双向可控硅Q1的控制端连接，另一端则与开态取电电路与限流电阻的节点连接。
其工作原理如下：待机时，关态取电电路对 AC220V_Hot 与 Com1漏电流产生的交流电压进行整流和滤波，得到平滑的高压直流电。反激变换器将该高压直流电变换为低压直流电，其输出电压经过 D3 连接到稳压电压的输入端，为系统提供稳定充足的电能。当控制信号ctl为高电平时，输出隔离电路接通。整流桥堆Q3 和限流电阻R1 接入 AC220V_Hot与Com1之间，交流电开始对开态取电电路充电。由于整流桥堆Q3、限流电阻R1 的阻抗较小，导致AC220V_Hot与Com1之间的电压低于关态取电电路工作的启动电压，所以在ctl 为高时，关态取电电路停止工作。随着充电的进行，电容C两端的电压逐渐升高，直至双向可控硅Q1被触发导通。由于双向可控硅Q1导通， AC220V_Hot与 Com1 之间的压差迅速减小到零，整流桥堆Q3 截止，开态取电电路停止充电，系统通过电容C5 上储存的电能维持运行。在双向可控硅Q1触发导通之后，随着时间的持续，AC220V_Hot 与 Com1 之间的电流逐渐减小到低于维持导通电流直至电流反向，进而双向可控硅Q1截止。在进入另一半波状态时，由于双向可控硅Q1 截止，交流电通过限流电阻R1、整流桥堆Q3又开始对电容C5进行充电，直至限流电阻R1 两端的电压继续对延时电路的电容进行充电，双向可控硅Q1再次被触发导通，AC220V_Hot 与 Com1 之间的压差迅速减小到零，整流桥堆Q3截止，开态取电电路停止充电，系统通过 电容C5上储存的电能维持运行。以此往复循环，直至ctl为低，电路再次进入待机状态。
其中限流电阻R1和电容C5的参数选择受到负载对延迟时间的特性、开态取电电路充电功率和电压纹波的约束。
图3所示为本发明的单火线取电电路实施例2的电路原理图。其中开态取电电路中增加了隔离变压器的设计。
图4所示为本发明的单火线取电电路实施例3的电路原理图。光耦隔离电路换成了继电器隔离电路。
实施例不应视为对本发明的限制，但任何基于本发明的精神所作的改进，都应在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种单火线取电电路，其特征在于：其包括：
双向可控硅Q1，设置在负载电路与火线之间；
隔离驱动电路，用于接通或断开双向可控硅Q1；
延时触发电路，与双向可控硅Q1的控制极连接，用于隔离驱动电路接通后对Q1进行延时触发；
限流电阻R1，与延时触发电路连接，用于电流限流；
关态取电电路，用于负载断开时取电；
开态取电电路，其输入端分别与限流电阻R1以及隔离驱动电路连接，用于隔离驱动电路接通后，在延时触发电路规定的时间内进行取电；
以及分别与关态取电电路和开态取电电路的输出端连接的输出稳压电路。
2.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：所述隔离驱动电路为光耦隔离电路或继电器隔离电路。
3.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：所述延时触发电路为RC充电电路或双向稳压管电路。
4.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：所述关态取电电路包括依次连接的AC/DC整流电路以及反激反激变换器。
5.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：所述开态取电电路包括整流桥堆Q3、并联在整流桥堆Q3的输出端之间的电容C5、与电容C5并联设置的TVS二极管TVS2以及二极管D4。
6.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：所述限流电阻R1的阻值在满足开态取电电路的电流低于最大允许值的前提下，可提供大电流。
7.根据权利要求1所述的一种单火线取电电路，其特征在于：开态取电电路充电过充中，双向可控硅Q1两端的电压低于关态取电电路工作的启动电压。
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