CN216672591U - 一种单火线开关面板电路及智能开关面板 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种单火线开关面板电路及智能开关面板，涉及电开关领域，包括开态取电开关模块和继电器模块等，并为开态取电开关模块设置了开态电流分流模块、第一过压保护模块和第二过压保护模块。具体地，开态取电开关模块使用MOS管或可控硅；开态电流分流模块使用肖特基二极管，分摊MOS管导通时的通过电流，降低工作温度；第一过压保护模块使用双向瞬态抑制二极管，用于限制MOS管漏极和源极间的瞬间高压；第二过压保护模块使用稳压二极管、第二普通二极管和电阻，用于稳定MOS管栅极和漏极间的电压。可见，本实用新型在于解决开态取电模块受电流冲击、电压冲击而导致的温度高，寿命短等问题，提升整个取电开关电路的带载能力。

Description

一种单火线开关面板电路及智能开关面板

技术领域

本实用新型涉及电开关领域，更具体的讲是一种单火线开关面板电路及智能开关面板。

背景技术

目前智能家居单火取电开关面板带载能力有限，市面上一些竞品的容性带载能力约200W，难以满足大功率灯的使用场景。在单火开关控制模块中存在继电器和开态取电开关，要使得设备能够带载大功率的容性负载，继电器和开态取电开关都需能够满足带载能力的需求，目前继电器的寿命通过电压过零检测方案得以解决，并广泛应用；但开态取电开关的寿命及发热依旧是需要重点关注及解决的问题。

现有技术中，其中一类开态取电开关使用MOSFET (Metal-Oxide-SemiconductorField-Effect Transistor，即金氧半场效晶体管)，但现有技术并没有加入可靠的电流冲击和电压冲击保护。由于容性负载在瞬间导通的时候有很大的冲击电流，一般为稳态电流的20～40倍，故冲击电流很大。开态取电时，继电器为闭合状态，MOSFET漏极电压不确定，瞬间上电电网波动会有高电压冲击，容易损坏MOSFET，影响开态取电开关的寿命，甚至损坏负载等。而且负载功率增大后，这种电流冲击和电压冲击更为突出，是迫切需要解决的现有技术问题。

发明内容

本实用新型提供一种单火线开关面板电路，目的在于解决现有技术中存在的上述问题。

本实用新型采用如下技术方案：

一种单火线开关面板电路，包括开态取电开关模块、至少一继电器模块；上述开态取电开关模块包括开关件，该开关件和继电器模块串联于火线与负载之间，且开关件与继电器模块的连接处形成节点；还包括第一过压保护模块和/或第二过压保护模块，上述第一过压保护模块并联于开关件；上述第二过压保护模块连接设置于上述节点与开关件的控制端之间。

进一步，还包括开态电流分流模块，该开态电流分流模块并联于上述开关件。

具体地，上述开关件为MOS管或者可控硅。

具体地，上述开关件为MOS管，上述第一过压保护模块连接设置于MOS 管的漏极与源极之间，上述第二过压保护模块连接设置于上述节点与MOS管的栅极之间。

具体地，上述开关件为MOS管；上述开态电流分流模块连接设置于MOS 管的漏极与源极之间，且与第一过压保护模块并联。

更具体地，上述MOS管为N沟道MOS管，且MOS管的漏极连接于继电器模块，源极连接于火线；上述开态电流分流模块包括肖特基二极管，该肖特基二极管的正极连接于MOS管的源极，负极连接于MOS管的漏极。

具体地，上述第一过压保护模块包括双向瞬态抑制二极管。

具体地，上述开关件为MOS管；上述第二过压保护模块包括稳压二极管、电阻和第二普通二极管，稳压二极管的正极连接于MOS管的栅极，负极连接于上述电阻的一端；上述第二普通二极管的正极连接于上述节点，负极连接于上述电阻的另一端。

具体地，包括若干均配设有继电器驱动模块的上述继电器模块，若干继电器模块的一端均连接至上述节点，另一端分别连接有至少一负载。

进一步，上述开态取电开关模块配设有开态取电控制模块，上述继电器模块配设有继电器驱动模块；还包括关态取电模块和系统供电电源模块，上述关态取电模块或开态取电开关模块从上述火线取电至系统供电电源模块，并由系统供电电源模块为开态取电开关模块、开态取电控制模块、继电器驱动模块和关态取电模块供电。

进一步，上述开态取电开关模块、继电器模块、开态电流分流模块、第一过压保护模块、第二过压保护模块、开态取电控制模块、系统供电电源模块以及关态取电模块集成于同一块电路板。

一种智能开关面板，其特征在于，包括任一上述单火线开关面板电路。

由上述对本实用新型结构的描述可知，本实用新型具有如下优点：

其一，本实用新型中的开态取电开关模块主要包括开关件，该开关件并联有第一过压保护模块，用于钳位开关件两端的电压，避免在开态上电的时候瞬间上电电网波动产生的高电压冲击损坏开关件。该开关件的控制端与节点之间还设有第二过压保护模块，以保护开关件，确保控制端的输入稳定，使开态取电开关模块可靠性增加，寿命增加。可见，本实用新型通过设计的第一过压保护模块和第二过压保护模块来解决电压冲击对开关件的影响，提升整个取电开关电路的带载能力、可靠性和使用寿命。

其二，本实用新型中，开态取电开关模块的开关件还并联有开态电流分流模块，用于分摊开关件导通时的导通电流。尤其，在负载达到200W以上时，作为开态电流分流模块的肖特基二极管可以为开关件(MOS管或可控硅)分摊电流，致开关件温度下降，可靠的保护了开关件。

针对开关件为MOS管，第一过压保护模块用于钳位漏极与源极之间的电压差，避免在开态上电的时候，MOS管导通瞬间上电电网波动产生的高电压冲击损坏MOS管，保护MOS管的寿命，尤其适用于多路大功率容性负载的情况。第二过压保护模块连接设置于第一节点与MOS管的栅极之间，用于在开态时稳定第一节点与MOS管的栅极之间的电压，以保护MOS管，使开态取电开关模块可靠性增加，寿命增加。开态电流分流模块连接设置于MOS管的漏极与源极之间，用于在MOS管导通时分摊电流。由于容性负载在瞬间导通的时候有很大的冲击电流，开态电流分流模块可以分摊电流，解决MOS管受电流冲击而导致的温度高，寿命短暂等可靠性问题。可见，本实用新型通过设计的第一过压保护模块和开态电流分流模块，解决电压冲击和电流冲击对开态取电开关模块的影响，提升整个取电开关电路的带载能力、可靠性和使用寿命。

其三，本实用新型包括若干均配设有继电器驱动模块的所述继电器模块，若干继电器模块的一端均连接至所述节点，另一端分别连接有至少一负载。这种多路大功率容性负载在开态上上电时瞬间产生的很大的电流冲击和电压冲击，容易损坏开态取电开关模块，而本实用新型增设的第一过压保护模块，第二过压保护模块和开态电流分流模块，从多方入手解决电压冲击和电流冲击对开态取电开关模块的影响，提升整个取电开关电路的带载能力、可靠性和使用寿命。

附图说明

图1为本实用新型中，一种单火线开关面板电路的结构框图。

图2为本实用新型中，开态取电开关模块、开态电流分流模块、第一过压保护模块和第二过压保护模块的一种具体实施例例示意图。

图3为本实用新型实施例二中，开态取电开关模块、开态取电控制模块、开态电流分流模块、第一过压保护模块、第二过压保护模块以及关态取电开关模块的结构示意图。

图4为本实用新型实施例二中，三个继电器控制模块的结构示意图。

图5为本实用新型实施例二中，系统供电电源模块的结构示意图。

具体实施方式

下面参照附图说明本实用新型的具体实施方式。

如图1所示，一种单火线开关面板电路，包括单火线开关中常见的以下模块：开态取电开关模块1、继电器模块2、开态取电控制模块4、系统供电电源模块5、继电器驱动模块6、关态取电模块7和人机交互模块8。上述各模块的作用以及相互连接关系属于单火线开关的现有技术，为了更好地理解本实用新型的创新保护技术在此对其进行简单介绍：开态取电开关模块1的开关件和继电器模块2串联于火线L与负载3之间，用于控制火线L与负载 3之间的导通与关断。开态取电开关模块1配置有开态取电控制模块4，继电器模块2配置有继电器驱动模块6。并且继电器驱动模块6还连接配置有带按键和指示灯的人机交互模块8。关态取电模块7连接于火线L与负载3之间，系统供电电源模块5连接至开态取电开关模块1、关态取电模块7、开态取电控制模块4和继电器驱动模块6。

如图1所示，其中，开态取电开关模块1包括开关件(图中未体现)，该开关件可以是MOS管，或者可控硅。该开关件和继电器模块2串联于火线L 与负载N之间，且开关件与继电器模块2的连接处形成节点12。

如图1所示，在开态时(即继电器模块2闭合，负载上电时)，由开态取电开关模块1取电至系统供电电源模块5(即将极性电容C的正极连接至系统供电电源模块5)，再由系统供电电源模块5为开态取电开关模块1、开态取电控制模块4、继电器驱动模块6和关态取电模块7供电，保证在开态时整个单火线开关面板正常工作；在开态状态下，由于交流电的电压周期变化，开态取电开关模块1在导通与关断之间快速且反复的切换，但不影响负载正常工作(例如负载为灯时，虽然开态取电开关模块1的反复切换，但肉眼无法观察到灯的闪烁)。关态取电模块7连接于火线L和系统供电电源模块5。在关态时(即继电器模块2关断，负载掉电时)，由关态取电模块7取电至系统供电电源模块5，再由系统供电电源模块5为开态取电开关模块1、开态取电控制模块4、继电器驱动模块6和关态取电模块7供电，保证在关态时整个单火线开关面板正常工作。

本实用新型的主要创新保护技术在于：

如图1和图2所示，本实用新型还包括第一过压保护模块10、第二过压保护模块11和/或开态电流分流模块9，第一过压保护模块10、开态电流分流模块9均并联于开态取电开关模块1的开关件；第二过压保护模块11连接设置于节点12与开关件的控制端之间。

如图1和图2所示，以开关件为MOS管为例，开态取电开关模块1包括 MOS管、有极性电容C和第一普通二极管D₁。MOS管和继电器模块2串联于火线L与负载3之间，用于控制火线L与负载3之间的导通与关断。MOS管和继电器模块2的连接处形成节点12。作为优选，上述MOS管采用带寄生体二极管D₀的N沟道MOS管，也可以采用P沟道MOS管等，由于N沟道MOS管与P沟道MOS管工作原理相似，不同之处仅在于它们形成电流的载流子性质不同，导致加在各极上的电压极性相反，且两者替换使用属于常规技术，因此不再赘述替换后的具体电路结构。

如图1和图2所示，更具体地，此处MOS管采用的是N沟道MOS管，MOS 管的漏极d连接于继电器模块形成节点12，源极s连接于火线L。第一普通二极管D₁的正极连接于节点12，负极连接于有极性电容C的正极，且有极性电容C的负极接地。

如图1和图2所示，开态电流分流模块9并联于开态取电开关模块1。具体地，开态电流分流模块9连接设置于MOS管的漏极d与源极s之间，用于在MOS管导通时分摊电流，保护MOS管的内置寄生体二极管D₀。更具体地，开态电流分流模块主要包括低功率的肖特基二极管D₅。以N沟道MOS管为例，该肖特基二极管D₄的正极连接于MOS管的源极s，负极连接于MOS管的漏极 d。MOS管的源极s为正半周期，漏极d为负半周期时，肖特基二极管D₄导通，使得容性大负载通路中的大电流通过此肖特基二极管D₄，降低了MOS管自身的通过电流，保护了寄生体二极管D₀，使其温度极大的减小，增加了开态取电开关模块的寿命和可靠性。从而保证了开态取电开关模块可以承受更大的负载电流，如容性800W LED的电流。

如图1和图2所示，第一过压保护模块10并联于开态取电开关模块1。具体地，第一过压保护模块10连接设置于MOS管的漏极d与源极s之间，用于钳位漏极d与源极s之间的电压差。更具体地，第一过压保护模块10主要包括双向瞬态抑制二极管D₅，双向瞬态抑制二极管D₅的两端分别连接至MOS 管的漏极d和源极s。由于在开态时(即负载上电时)继电器模块2是闭合的，但MOS管的漏极电压不确定，上电瞬间电网波动会有高电压冲击损坏MOS 管，会影响开态电流分流模块9的寿命，甚至损坏设备，故在MOS管的漏极 d和源极s之间设计一个双向瞬态抑制二极管D₅(即双向TVS)，将漏极d和源极s之间的瞬间高压钳位至比较低的值，从而保护MOS管。

如图1和图2所示，第二过压保护模块11主要包括稳压二极管D₃、电阻 R和第二普通二极管D₃。并且稳压二极管D₃、电阻R和反向的第二普通二极管D₃依次串联地连接于N沟道MOS管的栅极g与漏极d之间。利用第二过压保护模块11，在开态时(即负载上电时)将MOS管的漏极d和栅极g之间的电压稳定在某预定值(如15V)，可靠的保护MOS管，使得开态取电开关模块 1可靠性增加，寿命加长。

如图1所示，作为优选，开态取电开关模块1、继电器模块2、开态电流分流模块9、第一过压保护模块10、第二过压保护模块11、开态取电控制模块4、系统供电电源模块5以及关态取电模块7设计在一块电路板上，形成集成模块一。继电器驱动模块6与人机交互模块8设计在一起，形成集成模块二。集成模块一和集成模块二设置在一个电子开关控制盒内。

一种智能开关面板，包括如上所述的单火线开关面板电路。

如图3、图4和图5，实施二：一种单火线开关面板电路，主要包括开态取电开关模块a1、继电器模块a2、开态取电控制模块a4(即为AC-DC模块)、系统供电电源模块a5、继电器驱动模块a6、关态取电模块a7、开态电流分流模块a9、第一过压保护模块a10和第二过压保护模块a1。其中，开态取电开关模块a1、第一过压保护模块a10、开态电流分流模块a9以及和第二过压保护模块a11的具体结构和连接方式如图3所示，在此不再赘述。

如图3、图4和图5，实施二中包括并联的三路负载，分别为负载lamp1、负载lamp2和负载lamp3，且三路负载均配有一个继电器模块a2和继电器控制模块a6。三个上述继电器模块再一同连接至开态取电开关模块a1。图3、图4和图5展示的是图1所示电路结构框架下的一种具体实施电路(不含第二过压保护模块)。正如之前所述，继电器模块a2、系统供电电源模块a5、继电器驱动模块a6和关态取电模块a7均为单火取电开关的常规模块。各模块是从现有技术中诸多实施例里选取的一种优选方案，属于现有技术，但不限于此，本领域技术人员可以根据说明书记载的内容结合现有技术实施整个技术方案，在此不再赘述。

上述仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的设计构思并不局限于此，凡利用此构思对本实用新型进行非实质性的改动，均应属于侵犯本实用新型保护范围的行为。

Claims (10)

1.一种单火线开关面板电路，其特征在于：包括开态取电开关模块、至少一继电器模块；所述开态取电开关模块包括开关件，该开关件和继电器模块串联于火线与负载之间，且开关件与继电器模块的连接处形成节点；还包括第一过压保护模块和/或第二过压保护模块，所述第一过压保护模块并联于开关件；所述第二过压保护模块连接设置于所述节点与开关件的控制端之间。

2.根据权利要求1所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：还包括开态电流分流模块，该开态电流分流模块并联于所述开关件。

3.根据权利要求1或2所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述开关件为MOS管或者可控硅。

4.根据权利要求1或2所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述开关件为MOS管，所述第一过压保护模块连接设置于MOS管的漏极与源极之间，所述第二过压保护模块连接设置于所述节点与MOS管的栅极之间。

5.根据权利要求2所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述开关件为MOS管；所述开态电流分流模块连接设置于MOS管的漏极与源极之间，且与第一过压保护模块并联。

6.根据权利要求5所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述MOS管为N沟道MOS管，且MOS管的漏极连接于继电器模块，源极连接于火线；所述开态电流分流模块包括肖特基二极管，该肖特基二极管的正极连接于MOS管的源极，负极连接于MOS管的漏极。

7.根据权利要求1或6所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述第一过压保护模块包括双向瞬态抑制二极管。

8.根据权利要求1或2所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：所述开关件为MOS管；所述第二过压保护模块包括稳压二极管、电阻和第二普通二极管，稳压二极管的正极连接于MOS管的栅极，负极连接于所述电阻的一端；所述第二普通二极管的正极连接于所述节点，负极连接于所述电阻的另一端。

9.根据权利要求1所述的一种单火线开关面板电路，其特征在于：包括若干均配设有继电器驱动模块的所述继电器模块，若干继电器模块的一端均连接至所述节点，另一端分别连接有至少一负载。

10.一种智能开关面板，其特征在于，包括如权利要求1-9任一所述的单火线开关面板电路。

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