CN111194132A - 一种单火线取电电路及单火线开关 - Google Patents

Abstract

本实施例公开了一种单火线取电电路及单火线开关，涉及智能开关领域；其中，单火线取电电路包括：开关电路(11)、取电和检测电路(12)、电源电路(13)及MCU电路(14)；所述开关电路(11)分别与所述取电和检测电路(12)、所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述取电和检测电路(12)分别与所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述电源电路(13)与所述MCU电路(14)连接；所述开关电路(11)连接灯线；所述取电和检测电路(12)连接火线；采用此电路，在开关闭合时实现由MCU电路控制取电，提高取电效率，满足智能开关的大电流需求，采用此单火线开关，无需对已有的线路进行任何改造，可以直接安装使用。

Description

一种单火线取电电路及单火线开关

技术领域

本公开涉及智能开关领域，具体涉及一种单火线取电电路及单火线开关。

背景技术

一般地，普通家庭在装修时，灯具开关通常采用单火线控制，也就通过控制一根火线的通断来控制灯具的普通开关。由于原来安装的普通开关的位置没有零线，如果想将这种普通开关替换为智能开关，则无法直接为智能开关供电，需要对线路重新进行改造，费时费力。

此外，在关灯时，智能开关断开的火线两端可以看作一端是火线，一端是零线，此时灯具实际上是串接在零线上，在这种情况下，智能开关可以轻松的获取到电压并提供给智能系统使用；而当开灯时，智能开关位置需要处于通路状态，这时断开的火线等于被接通，因此没有电压，在这种情况下就无法为智能系统实现供电，因此亟需一种单火线取电电路，既能在开关接通的情况下取电，又无需对已有的线路进行任何改造，实现任何家庭直接可以替换使用。

发明内容

针对现有技术中的上述技术问题，本公开实施例提出了一种单火线取电电路及单火线开关，能够解决现有技术中存在的开关闭合时无法取电、需要对现有线路进行改造等问题。

本公开实施例的第一方面提供了一种单火线取电电路，包括：

开关电路(11)、取电和检测电路(12)、电源电路(13)及MCU电路(14)；

所述开关电路(11)分别与所述取电和检测电路(12)、所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述取电和检测电路(12)分别与所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述电源电路(13)与所述MCU电路(14)连接；

所述开关电路(11)连接灯线/火线；所述取电和检测电路(12)连接火线/灯线；

所述取电和检测电路(12)获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路(14)发送检测信号；所述MCU电路(14)接收所述检测信号，向所述取电和检测电路(12)发送取电信号，所述取电和检测电路(12)执行取电操作。

在一些实施例中，所述开关电路(11)至少包括：灯线接线端子(L1)2、/火线接线端子(L)、磁保持继电器(RL1)；

所述灯线接线端子(L1)/火线接线端子(L)与所述磁保持继电器(RL1)的一个引脚连接，所述取电和检测电路(12)与所述磁保持继电器(RL1)的一个引脚连接；所述MCU电路(14)直接/间接的与所述磁保持继电器(RL1)的控制引脚连接。

在一些实施例中，所述开关电路(11)还包括驱动模块电路；所述MCU电路(14)间接的与所述磁保持继电器(RL1)的控制引脚连接。

在一些实施例中，所述取电和检测电路(12)至少包括：火线接线端子(L)/灯线接线端子(L1)、PMOS管(Q1)、取电电容(C3)、取电二极管(D2)、电压比较器(U2)、第一电阻(R4)、第二电阻(R5)、第三电阻(R6)、第四电阻(R7)、第五电阻(R8)、第六电阻(R9)和第七电阻(R10)；

所述PMOS管(Q1)的源极分别与所述第二电阻(R5)、所述取电二极管(D2)的一端连接，漏极与所述火线接线端子(L)/灯线接线端子(L1)连接，栅极与所述MCU电路(14)连接；所述所述取电二极管(D2)的另一端与所述取电电容(C3)的一端和所述电源电路(13)连接；所述电压比较器(U2)的正输入端与所述第四电阻(R7)、所述第五电阻(R8)和所述第六电阻(R9)连接，负输入端与所述第二电阻(R5)和所述第三电阻(R6)连接，输出端与所述第四电阻(R7)、所述第七电阻(R10)和所述第一电阻(R4)连接，所述第二电阻(R5)与所述第三电阻(R6)串联，所述第五电阻(R8)与所述第六电阻(R9)串联，所述第五电阻(R8)与所述第七电阻(R10)连接。

在一些实施例中，所述电压比较器(U2)获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路(14)发送检测信号；所述MCU电路(14)接收所述检测信号，向所述取电和检测电路(12)发送取电信号,控制PMOS管(Q1)断开，产生电压，并将所述电压存储至所述取电电容(C3)中。

在一些实施例中，所述电源电路(13)包括电源模块(U4)、第一电容(C1)和第一电容(C2)；所述第一电容(C1)和所述第一电容(C2)分别并联在所述电源模块(U4)的引脚4和引脚5上；所述电源模块(U4)的引脚1与引脚3均与所述取电和检测电路(12)连接；引脚2与所述开关电路(11)连接。

在一些实施例中，所述MCU电路(14)包括单片机MCU(U1)，所述单片机MCU(U1)的引脚分别与所述开关电路(11)、所述取电和检测电路(12)及所述电源电路(13)连接。

在一些实施例中，所述电路还包括保护电路(15)，与所述开关电路(11)连接。

在一些实施例中，所述保护电路(15)包括二极管(D3)、第三电容(C4)、第九电阻(R33)、PMOS管(Q4)及复位芯片(U10)；

所述PMOS管(Q4)的源极分别与所述第九电阻(R33)的一端、所述第三电容(C4)的一端、所述二极管(D3)的一端连接；漏极与所述开关电路(11)连接；栅极与所述第九电阻(R33)的另一端、所述复位芯片(U10)的一个引脚连接。

本公开实施例的第二方面提供了一种单火线开关，包括：

所述单火线开关包括上述实施例中任一所述单火线取电电路。

本公开实施例的有益效果是：本公开实施例公开了一种单火线取电电路及单火线开关，在开关闭合时实现由MCU电路控制取电，提高取电效率，满足智能开关的大电流需求，大大降低对用电设备的影响，同时采用此单火线开关，无需对已有的线路进行任何改造，可以直接安装使用，提升了用户的体验。

附图说明

通过参考附图会更加清楚的理解本公开的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本公开进行任何限制，在附图中：

图1是根据本公开的一些实施例所示的一种单火线取电电路的结构示意图；

图2是根据本公开的一些实施例所示的一种开关电路的的结构示意图；

图3是根据本公开的一些实施例所示的一种保护电路的的结构示意图；

图4是根据本公开的一些实施例所示的一种保护电路的的结构示意图；

图5是根据本公开的一些实施例所示的一种取电和检测电路的结构示意图；

图6是根据本公开的一些实施例所示的一种取电和检测电路的结构示意图；

图7是根据本公开的一些实施例所示的一种电源电路的结构示意图；

图8是根据本公开的一些实施例所示的一种MCU电路的结构示意图。

具体实施方式

在下面的详细描述中，通过示例阐述了本公开的许多具体细节，以便提供对相关披露的透彻理解。然而，对于本领域的普通技术人员来讲，本公开显而易见的可以在没有这些细节的情况下实施。应当理解的是，本公开中使用“系统”、“装置”、“单元”和/或“模块”术语，是用于区分在顺序排列中不同级别的不同部件、元件、部分或组件的一种方法。然而，如果其他表达式可以实现相同的目的，这些术语可以被其他表达式替换。

应当理解的是，当设备、单元或模块被称为“在……上”、“连接到”或“耦合到”另一设备、单元或模块时，其可以直接在另一设备、单元或模块上，连接或耦合到或与其他设备、单元或模块通信，或者可以存在中间设备、单元或模块，除非上下文明确提示例外情形。例如，本公开所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关所列条目的任何一个和所有组合。

本公开所用术语仅为了描述特定实施例，而非限制本公开范围。如本公开说明书和权利要求书中所示，除非上下文明确提示例外情形，“一”、“一个”、“一种”和/或“该”等词并非特指单数，也可包括复数。一般说来，术语“包括”与“包含”仅提示包括已明确标识的特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件，而该类表述并不构成一个排它性的罗列，其他特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件也可以包含在内。

参看下面的说明以及附图，本公开的这些或其他特征和特点、操作方法、结构的相关元素的功能、部分的结合以及制造的经济性可以被更好地理解，其中说明和附图形成了说明书的一部分。然而，可以清楚地理解，附图仅用作说明和描述的目的，并不意在限定本公开的保护范围。可以理解的是，附图并非按比例绘制。

本公开中使用了多种结构图用来说明根据本公开的实施例的各种变形。应当理解的是，前面或下面的结构并不是用来限定本公开。本公开的保护范围以权利要求为准。

现有技术中，普通家庭在装修时，灯具开关通常采用单火线控制，也就通过控制一根火线的通断来控制灯具的普通开关。由于原来安装的普通开关的位置没有零线，如果想将这种普通开关替换为智能开关，则无法直接为智能开关供电，需要对线路重新进行改造，费时费力。

此外，在关灯时，智能开关断开的火线两端可以看作一端是火线，一端是零线，此时灯具实际上是串接在零线上，在这种情况下，智能开关可以轻松的获取到电压并提供给智能系统使用；而当开灯时，智能开关位置需要处于通路状态，这时断开的火线等于被接通，因此没有电压，在这种情况下就无法为智能系统实现供电，亟需一种单火线取电电路，既能在开关接通的情况下取电，又无需对已有的线路进行任何改造，实现任何家庭直接可以替换使用；为解决此问题，本公开实施例公开了一种单火线取电电路，如图1所示，包括：

开关电路11、取电和检测电路12、电源电路13及MCU电路14；

所述开关电路11分别与所述取电和检测电路12、所述电源电路13及所述MCU电路14连接；所述取电和检测电路12分别与所述电源电路13及所述MCU电路14连接；所述电源电路13与所述MCU电路14连接；

所述开关电路11连接灯线/火线；所述取电和检测电路12连接火线/灯线；

在本实施例中，由于采用的是交流电，所述开关电路11既可以连接灯线也可以连接火线；相应地，所述取电和检测电路12既可以连接火线也可以连接灯线；

所述取电和检测电路12获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路14发送检测信号；所述MCU电路14接收所述检测信号，向所述取电和检测电路12发送取电信号，所述取电和检测电路12执行取电操作。

在一些实施例中，所述开关电路11至少包括：灯线接线端子L1/火线接线端子L、磁保持继电器RL1；如图2所示，以开关电路11包括灯线接线端子L1为例予以说明；

所述灯线接线端子L1与所述磁保持继电器RL1的一个引脚连接，所述取电和检测电路12与所述磁保持继电器RL1的一个引脚连接；所述MCU电路14直接/间接的与所述磁保持继电器RL1的控制引脚连接。

具体地，磁保持继电器RL1的引脚3作为基准电压VCOM端与所述取电和检测电路12中的VCOM端连接。

具体地，磁保持继电器RL1只有在状态切换时需要耗电，其他时间不耗电，能够减少电路的功耗。磁保持继电器可以采用单线圈结构，也可以采用双线圈结构。

具体地，灯线接线端子L1与灯线连接。

进一步地，如图2所示，所述开关电路11还包括驱动模块电路；所述MCU电路14间接的与所述磁保持继电器RL1的控制引脚连接。

其中，所述驱动模块电路具体为磁保持继电器驱动芯片U3；或者，所述驱动模块电路具体由光耦或三极管组成。

在一些实施例中，所述电路还包括保护电路15，与所述开关电路11连接。

具体地，如图3所示，所述保护电路15包括稳压二极管D3和第十二电阻R1；所述稳压二极管D3和所述第十二电阻R1串联连接，所述第十二电阻R1的一端与所述开关电路11连接。

具体地，当取电电压(DC_IN端)超过一定限制时，控制驱动芯片U3的I2端(引脚3)向磁保持继电器发送关闭指令。

相应地，所述取电和检测电路12中还包括一个保护二极管D1，详情参见图5。

具体地，如图4所示，所述保护电路15包括二极管D3、第三电容C4、第九电阻R33、PMOS管Q4及复位芯片U10；相应地，所述取电和检测电路12如图6所示。

所述PMOS管Q4的源极分别与所述第九电阻R33的一端、所述第三电容C4的一端、所述二极管D3的一端连接；漏极与所述开关电路11连接；栅极与所述第九电阻R33的另一端、所述复位芯片U10的一个引脚连接。

具体地，当外部停电时，此时磁保持继电器处于吸合接通状态，复位芯片U10检测到电压低于预设的值(例如2.7v)时，通过PMOS管Q4的栅极向PMOS管发送信号，打开PMOS管Q4，利用第三电容C4中存储的电能，通过驱动模块电路使磁保持继电器断开，从而确保下次重新上电时开关完全断开，避免安全风险。

此外，如果接通电源时相位不确定，所述取电和检测电路12中的PMOS管Q1没有在合适的时机接通，则可能会存在高压损坏元器件的风险。

在一些实施例中，所述取电和检测电路12至少包括：火线接线端子L/灯线接线端子L1、PMOS管Q1、取电电容C3、取电二极管D2、电压比较器U2、第一电阻R4、第二电阻R5、第三电阻R6、第四电阻R7、第五电阻R8、第六电阻R9、第七电阻R10和第八电阻R12；如图5所示，以开关电路11包括火线接线端子L为例予以说明；

所述PMOS管Q1的源极分别与所述第二电阻R5、所述取电二极管D2的一端连接，漏极与所述火线接线端子L栅极连接，栅极通过所述第八电阻R12与所述MCU电路14连接；所述所述取电二极管D2的另一端与所述取电电容C3的一端和所述电源电路13连接；所述电压比较器U2的正输入端与所述第四电阻R7、所述第五电阻R8和所述第六电阻R9连接，负输入端与所述第二电阻R5和所述第三电阻R6连接，输出端与所述第四电阻R7、所述第七电阻R10和所述第一电阻R4连接，所述第二电阻R5与所述第三电阻R6串联，所述第五电阻R8与所述第六电阻R9串联，所述第五电阻R8与所述第七电阻R10连接。

其中，取电二极管D2可以为肖特基取电二极管。

其中，PMOS管Q1的栅极还可以与所述MCU电路14直接连接。

在一些实施例中，如图5所示，取电和检测电路12还包括一个保护二极管D1，保护二极管D1的一端与火线接线端子L连接，一端分别与PMOS管Q1的源极、取电二极管D2的一端连接。

可选地，保护二极管D1可以是TVS保护二极管D1，也可以是压敏电阻、静电保护管等其他保护器件。

进一步地，取电和检测电路12还包括第十电阻R11，第十电阻R11的一端接地，另一端分别与第八电阻R12和PMOS管Q1的栅极连接；所述第八电阻R12与所述MCU电路14连接。

在一些实施例中，如图6所示，取电和检测电路12还包括第十一电阻R13；所述第十一电阻R13一端分别与第八电阻R12和PMOS管Q1的栅极连接，所述第十一电阻R13的另一端分别与所述第五电阻R8和第七电阻R10连接。

在一些实施例中，所述电压比较器U2获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路14发送检测信号；所述MCU电路14接收所述检测信号，向所述取电和检测电路12发送取电信号，所述取电和检测电路12控制PMOS管Q1断开，产生电压，并将所述电压存储至所述取电电容C3中。

具体地，当磁保持继电器RL1接通时，VCOM端可以看作是接通了灯线，火线接线端子L连接火线，当PMOS管PMOS断开时，VCOM端与火线接线端子L之间产生电压，由于VCOM端与火线接线端子L之间是交流电，通过取电二极管D2整流输出直流脉冲，通过取电电容C3整形后输出直流电流至DC_IN。

更具体地，电压比较器U2根据电阻配置，检测VCOM端与火线接线端子L之间的电压差；当电压差满足一定条件时输出信号到DET端相当于为MCU电路14发送了一个检测信号，而MCU电路14也以此信号为依据根据不同需求对PMOS管Q1控制实现取电，而DET端连接单片机MCUU1；当单片机MCUU1收到测控信号后，根据220V及50Hz的交流电特性(不是特定，比如国外可能是110V或60Hz等)，向MOS_ON输出取电信号，控制PMOS管Q1通断，同时确保在PMOS管Q1断开时VCOM端与火线接线端子L之间电压控制在一定范围以内。

在一些实施例中，单片机MCUU1可以选1个或多个交流周期中断开PMOS管Q1形成电压进行取电，从而保证对灯具供电最小的影响，也能灵活根据用电情况保证取电够用。

在一些实施例中，单片机MCUU1可以根据用电需求控制PMOS管Q1通断时的交流相位，来控制在一个周期内的取电时间与电压，根据用电情况保证最高的效率，减少对灯具的影响。

在一些实施例中，单片机MCUU1可以知道交流的相位，控制PMOS管Q1从而实现对VCOM端与火线接线端子L之间电压的限制，因此可以选用大电流低电压的PMOS管，不仅降低系统成本，更能够实现超大电流通过且极低的发热。因此从而使整个开关可以通过极大的电流而很少发热。

当取电断开PMOS时处于相位过零位置前后，电压低，因此对灯具影响极小，一般220V用电设备在相位过零点位置几乎很少耗电。

在一些实施例中，如图7所示，所述电源电路13包括电源模块U4、第一电容C1和第一电容C2；所述第一电容C1和所述第一电容C2分别并联在所述电源模块U4的引脚4和引脚5上；所述电源模块U4的引脚1与引脚3均与所述取电和检测电路12连接；引脚2与所述开关电路11连接。

可选地，DC_IN输出的电压经过电源模块U4稳压后提供给其他如MCU等设备使用。

在一些实施例中，如图8所示，所述MCU电路14包括单片机MCUU1，所述单片机MCUU1的引脚分别与所述开关电路11、所述取电和检测电路12及所述电源电路13连接。

本公开实施例公开了还一种单火线开关，所述单火线开关包括上述实施例中任一单火线取电电路。

传统开关由于效率低不结合其他应用或只能结合低功耗的应用，例如使用低功耗无线进行远程控制；在一些实施例中，由于取电效率的大幅提升，可以结合Wi-Fi、蓝牙或其他无线组网技术实现在智能开关上的更多应用，比如语音功能、信号中继功能、显示屏幕等等。

本实施例公开的单火线取电电路，相比传统技术，单火线开关能够负载更高的电流并减少发热，并且独创由微处理器控制取电周期频率，能够大大降低取电时对用电设备的影响，同时提高取电效率，满足智能开关的大电流需求。

综上所述，本公开提出了一种单火线取电电路及单火线开关。在开关闭合时实现由MCU电路控制取电，提高取电效率，满足智能开关的大电流需求，大大降低对用电设备的影响，同时采用此单火线开关，无需对已有的线路进行任何改造，可以直接安装使用，提升了用户的体验。

应当理解的是，本公开的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本公开的原理，而不构成对本公开的限制。因此，在不偏离本公开的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。此外，本公开所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。

Claims (10)

1.一种单火线取电电路，其特征在于，包括：

开关电路(11)、取电和检测电路(12)、电源电路(13)及MCU电路(14)；

所述开关电路(11)分别与所述取电和检测电路(12)、所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述取电和检测电路(12)分别与所述电源电路(13)及所述MCU电路(14)连接；所述电源电路(13)与所述MCU电路(14)连接；

所述开关电路(11)连接灯线/火线；所述取电和检测电路(12)连接火线/灯线；

所述取电和检测电路(12)获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路(14)发送检测信号；所述MCU电路(14)接收所述检测信号，向所述取电和检测电路(12)发送取电信号，所述取电和检测电路(12)执行取电操作。

2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述开关电路(11)至少包括：灯线接线端子(L1)/火线接线端子(L)、磁保持继电器(RL1)；

所述灯线接线端子(L1)/火线接线端子(L)与所述磁保持继电器(RL1)的一个引脚连接，所述取电和检测电路(12)与所述磁保持继电器(RL1)的一个引脚连接；所述MCU电路(14)直接/间接的与所述磁保持继电器(RL1)的控制引脚连接。

3.根据权利要求2所述的电路，其特征在于，所述开关电路(11)还包括驱动模块电路；所述MCU电路(14)间接的与所述磁保持继电器(RL1)的控制引脚连接。

4.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述取电和检测电路(12)至少包括：火线接线端子(L)/灯线接线端子(L1)、PMOS管(Q1)、取电电容(C3)、取电二极管(D2)、电压比较器(U2)、第一电阻(R4)、第二电阻(R5)、第三电阻(R6)、第四电阻(R7)、第五电阻(R8)、第六电阻(R9)和第七电阻(R10)；

所述PMOS管(Q1)的源极分别与所述第二电阻(R5)、所述取电二极管(D2)的一端连接，漏极与所述火线接线端子(L)/灯线接线端子(L1)连接，栅极与所述MCU电路(14)连接；所述所述取电二极管(D2)的另一端与所述取电电容(C3)的一端和所述电源电路(13)连接；所述电压比较器(U2)的正输入端与所述第四电阻(R7)、所述第五电阻(R8)和所述第六电阻(R9)连接，负输入端与所述第二电阻(R5)和所述第三电阻(R6)连接，输出端与所述第四电阻(R7)、所述第七电阻(R10)和所述第一电阻(R4)连接，所述第二电阻(R5)与所述第三电阻(R6)串联，所述第五电阻(R8)与所述第六电阻(R9)串联，所述第五电阻(R8)与所述第七电阻(R10)连接。

5.根据权利要求4所述的电路，其特征在于，所述电压比较器(U2)获取电压差，当所述电压差满足预设条件时，向所述MCU电路(14)发送检测信号；所述MCU电路(14)接收所述检测信号，向所述取电和检测电路(12)发送取电信号，控制PMOS管(Q1)断开，产生电压，并将所述电压存储至所述取电电容(C3)中。

6.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电源电路(13)包括电源模块(U4)、第一电容(C1)和第一电容(C2)；所述第一电容(C1)和所述第一电容(C2)分别并联在所述电源模块(U4)的引脚4和引脚5上；所述电源模块(U4)的引脚1与引脚3均与所述取电和检测电路(12)连接；引脚2与所述开关电路(11)连接。

7.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述MCU电路(14)包括单片机MCU(U1)，所述单片机MCU(U1)的引脚分别与所述开关电路(11)、所述取电和检测电路(12)及所述电源电路(13)连接。

8.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述电路还包括保护电路(15)，与所述开关电路(11)连接。

9.根据权利要求8所述的电路，其特征在于，所述保护电路(15)包括二极管(D3)、第三电容(C4)、第九电阻(R33)、PMOS管(Q4)及复位芯片(U10)；

所述PMOS管(Q4)的源极分别与所述第九电阻(R33)的一端、所述第三电容(C4)的一端、所述二极管(D3)的一端连接；漏极与所述开关电路(11)连接；栅极与所述第九电阻(R33)的另一端、所述复位芯片(U10)的一个引脚连接。

10.一种单火线开关，其特征在于，所述单火线开关包括权利要求1-9任一所述单火线取电电路。

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