CN217427773U

CN217427773U - 一种供电控制系统

Info

Publication number: CN217427773U
Application number: CN202221025273.8U
Authority: CN
Inventors: 吴启洪
Original assignee: Savekey Technology Ltd
Current assignee: Savekey Technology Ltd
Priority date: 2022-04-29
Filing date: 2022-04-29
Publication date: 2022-09-13
Anticipated expiration: 2032-04-29

Abstract

本实用新型提供一种供电控制系统，其内部电子开关断开控制零线分时发生器直接导通，零线经过零线分时发生器导通到智能开关的零线端，以实现对智能开关的零火线供电；内部电子开关闭环控制火线分时导通器导通给负载设备分时供电，并根据设定在交流电正弦波的过零点一次或者多次截止相应的时间，以使零线分时发生器检测到火线分时导通器导通时自动截止，以及当零线分时发生器检测到火线分时导通器截止时自动导通把零线导通给智能开关分时供电，以实现对智能开关的零火线供电。采用本实用新型的技术方案在开关底盒没有零线的情况下解决智能开关的零火线供电，易于安装且应用范围广。

Description

一种供电控制系统

技术领域

本实用新型涉及智能开关技术领域，尤其涉及一种供电控制系统。

背景技术

目前，随着科技的发展,物联网技术越来越普及。智能开关就是物联网的代表产物。简单的替换目前使用的墙壁开关，特别是标准的墙壁开关，家里老旧的机械开关简单替换成智能开关就赋予了对应的用电设备运算、记忆和联网功能。加上智能设备特别是智能手机的大范围普及，用手机控制家里的用电设备变得轻而易举。而且可以很方便的实现智能控制。比如在看电视时用手机遥控打开房间灯、在公司远程打开家里的电器、为电器设置定时开关功能，安装带语音控制的智能开关实现语音控制。

相关技术的智能开关包括电子开关。请参考图1，图1为相关技术的智能开关的应用示意图。智能开关的第一端连接至墙壁开关底盒的火线，智能开关的第一端连接至墙壁开关底盒的零线，智能开关的第三端通过串联至灯具后连接至零线。

然而，相关技术的智能开关一般带背光，电容式触摸按键，靠近自动亮背光灯，可远程手机操控，带定时控制，场景模式等，需要零线供电，才能提供足够的工作功率。由于平常居民家中的灯具开关为机械开关，一般的机械开关安装的墙壁底盒内部只有1根火线和若干根到电灯的控制线。如果将机械开关替换为智能开关必须要再增加一条零线。但对于绝大部分家庭为美观而埋墙走线的开关来说增加这条零线可以说是困难重重，成本高企，需要聘请凿墙、电工、补墙、装修师傅。这条零线的缺失成了智能开关进入千家万户的拦路虎。因此，如何解决解决无零线插座盒安装需要零线接入的智能开关的供电问题是一个解决的技术问题。

因此，实有必要提供一种新的技术方案解决上述问题。

实用新型内容

针对以上现有技术的不足，本实用新型提出一种在开关底盒没有零线的情况下解决智能开关的零火线供电，易于安装且应用范围广的供电控制系统。

为了解决上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种供电控制系统，其用于实现在没有零线的情况下给智能开关零火线供电；所述供电控制系统包括具有内部电子开关的智能开关、火线分时导通器、零线分时发生器以及负载设；

所述内部电子开关断开控制所述零线分时发生器直接导通，零线经过所述零线分时发生器导通到所述智能开关的零线端，以实现对所述智能开关的零火线供电；所述内部电子开关闭环控制所述火线分时导通器导通给所述负载设备分时供电，并根据设定在交流电正弦波的过零点一次或者多次截止相应的时间，以使所述零线分时发生器检测到所述火线分时导通器导通时自动截止，以及当所述零线分时发生器检测到所述火线分时导通器截止时自动导通把零线导通给所述智能开关分时供电，以实现对智能开关的零火线供电；所述智能开关的火线端连接至火线，所述智能开关的火线输出端连接至所述火线分时导通器的输入端；

所述智能开关的零线端分别连接至所述火线分时导通器的输出端、所述零线分时发生器的输出端以及所述负载设备的第一端；

所述零线分时发生器的输入端分别连接至零线和所述负载设备的第二端；所述零线分时发生器与所述负载设备并联设置。

优选的，所述火线分时导通器包括火线分时控制产生电路和火线电子开关，

所述火线分时控制产生电路用于产生火线开关控制信号；所述火线开关控制信号为通过交流电正弦波的过零点作为基准进行火线功能的分时控制，以实现对所述负载设备进行周期性供断电；

所述火线电子开关的第一端作为所述火线分时导通器的输入端，且连接至所述火线分时控制产生电路的第一端；

所述火线电子开关的第二端作为所述火线分时导通器的输出端，且连接至所述火线分时控制产生电路的第二端；

所述火线分时控制产生电路的输出端连接至所述火线电子开关的控制端。

优选的，所述火线分时导通器还包括温度保护电路，所述温度保护电路用于在内部温度超过预设阈值时将所述火线电子开关关断。

优选的，所述零线分时发生器包括零线分时控制产生电路、零线电子开关、快速电流监控电路以及与逻辑器件，

所述零线分时控制产生电路用于产生零线开关控制信号；所述零线开关控制信号为检测所述火线分时导通器输出端状态产生在截止导通时启动预设第二导通时间的导通状态，并在所述火线分时导通器导通时截止的信号；

所述零线电子开关的第一端作为所述零线分时导通器的输入端，且连接至所述零线分时控制产生电路的第一端；

所述零线电子开关的第二端连接至所述快速电流监控电路的第二端；

所述快速电流监控电路的第一端作为所述零线分时导通器的输入端，且连接至所述零线分时控制产生电路的第二端；

所述零线分时控制产生电路的输出端连接至所述与逻辑器件的第一端，所述快速电流监控电路的输出端连接至所述与逻辑器件的第二端；

所述与逻辑器件的输出端连接至所述零线电子开关的控制端。

优选的，所述零线分时导通器还包括过压过流保护电路，所述过压过流保护电路用于在输入过压过流时将所述零线电子开关关断。

优选的，所述内部电子开关包括多个，其中一个所述内部电子开关的输出端连接至所述火线分时导通器的输入端，另外的所述内部电子开关连接相对应的一个所述负载设备。

优选的，所述火线分时导通器用于给所述负载设备提供预设的第一导通时间的火线供电；所述零线分时发生器在所述火线分时导通器截止导通时启动预设的第二导通时间的导通状态；所述第一导通时间与所述第二导通时间的比例为1:10或者0.5：10。

优选的，所述第一导通时间与所述第二导通时间共同形成导通周期，所述导通周期为可调参数。

优选的，所述负载设备为照明灯。

与相关技术相比，本实用新型实施例提供的供电控制系统，供电控制系统通过设置负载设备、智能开关、火线分时导通器以及零线分时发生器；将零线分时发生器与负载设备并联，供电控制系统在智能开关控制下进入两种工作状态，一种工作状态是：在智能开关的内部电子开关断开时，所述火线分时导通器的输入端截止输出，所述零线分时发生器检测所述火线分时导通器的导通状态，在所述火线分时导通器截止导通，从而使得零线直接跳过负载设备连接到智能开关，实现彻底关闭负载设备；另一种工作状态是：在智能开关的内部电子开关闭合时，所述零线分时发生器检测所述火线分时导通器的导通状态，所述零线分时发生器和所述火线分时导通器分时导通，从而使得本实用新型供电控制系统对零线火线功能切换按周期分配各自导通时间来满足智能开关供电，同时不影响负载设备的正常工作。因此，本实用新型实施例提供的供电控制系统在开关底盒没有零线的情况下解决智能开关的零火线供电，易于安装且应用范围广。

附图说明：下面结合附图详细说明本实用新型。通过结合以下附图所作的详细描述，本实用新型的上述或其他方面的内容将变得更清楚和更容易理解。

附图中：

图1为相关技术的智能开关的应用示意图；

图2为本实用新型供电控制系统的结构示意图；

图3为本实用新型供电控制系统的应用示意图；

图4为本实用新型火线分时导通器的模块结构示意图；

图5为本实用新型火线分时导通器的一种实施例的电路原理图；

图6为本实用新型火线分时导通器的另一种实施例的电路原理图；

图7为本实用新型零线分时发生器的模块结构示意图；

图8为本实用新型零线分时发生器的一种实施例的电路原理图；

图9为本实用新型零线分时发生器的另一种实施例的电路原理图；

图10为本实用新型供电控制系统的信号波形图；

图11为本实用新型供电控制系统的信号的分时控制波形图；

图12为本实用新型供电控制系统的其他一种应用示意图。

具体实施方式

下面结合附图详细说明本实用新型的具体实施方式。

在此记载的具体实施方式/实施例为本实用新型的特定的具体实施方式，用于说明本实用新型的构思，均是解释性和示例性的，不应解释为对本实用新型实施方式及本实用新型范围的限制。除在此记载的实施例外，本领域技术人员还能够基于本申请权利要求书和说明书所公开的内容采用显而易见的其它技术方案，这些技术方案包括采用对在此记载的实施例的做出任何显而易见的替换和修改的技术方案，都在本实用新型的保护范围之内。

本实用新型提供了一种供电控制系统100。

同时请参考图2-3所示，图2为本实用新型供电控制系统100的结构示意图；图3为本实用新型供电控制系统的应用示意图。

所述供电控制系统100包括具有内部电子开关K1的智能开关1、火线分时导通器2、零线分时发生器5以及负载设备4。

所述智能开关1用于给所述负载设备4提供零线和火线供电，所述内部电子开关K1断开或闭合可控制所述火线分时导通器2的输入端截止输出或连接火线供电。

所述火线分时导通器2用于给所述负载设备4提供预设的第一导通时间的火线供电。

所述零线分时发生器5用于检测所述火线分时导通器2的导通状态，在所述火线分时导通器2截止导通时启动预设的第二导通时间的导通状态，并在所述火线分时导通器2导通时截止。

所述供电控制系统100的电路连接关系为：

所述智能开关1的火线端连接至火线，所述智能开关1的火线输出端连接至所述火线分时导通器2的输入端。

所述智能开关1的零线端分别连接至所述火线分时导通器2的输出端、所述零线分时发生器5的输出端以及所述负载设备4的第一端。

所述零线分时发生器5的输入端分别连接至零线和所述负载设备4的第二端；所述零线分时发生器5与所述负载设备4并联设置。

所述火线分时导通器2还包括温度保护电路(图未示)，所述温度保护电路用于在内部温度超过预设阈值时将所述火线电子开关22关断。所述温度保护电路可防止所述负载设备4过大发热。

本实施例中，所述负载设备4为照明灯。其中，连接线为控制线6，供电控制系统100通过分时导通技术把一线分别作零线和火线两用，控制线6可以在一定周期里导通为火线对负载设备4供电。也可以在一定周期里发生零线对智能开关1供电。

内部电子开关K1断开控制零线分时发生器5直接导通，零线经过零线分时发生器5导通到智能开关的零线端，以实现对智能开关1的零火线供电；内部电子开关K1闭环控制火线分时导通器2导通给负载设备4分时供电，并根据设定在交流电正弦波的过零点一次或者多次截止相应的时间，以使零线分时发生器检测到火线分时导通器2导通时自动截止，以及当零线分时发生器5检测到火线分时导通器2截止时自动导通把零线导通给智能开关1分时供电，以实现对智能开关1的零火线供电。

所述智能开关1、火线分时导通器2以及零线分时发生器5均为本领域常用的模块或芯片，具体型号和指标选择，根据实际设计需要进行选择，在此，不做详细赘述。

请参考图4所示，图4为本实用新型火线分时导通器2的模块结构示意图。

所述火线分时导通器2包括火线分时控制产生电路21和火线电子开关22。

所述火线分时控制产生电路21用于产生火线开关控制信号。所述火线开关控制信号为通过交流电正弦波的过零点作为基准进行火线功能的分时控制，以实现对所述负载设备4进行周期性供断电。

所述火线分时导通器2的模块连接关系为：

所述火线电子开关22的第一端作为所述火线分时导通器2的输入端，且连接至所述火线分时控制产生电路21的第一端。

所述火线电子开关22的第二端作为所述火线分时导通器2的输出端，且连接至所述火线分时控制产生电路21的第二端。

所述火线分时控制产生电路21的输出端连接至所述火线电子开关22的控制端。

请参考图5所示，图5为本实用新型火线分时导通器2的一种实施例的电路原理图。本实施例中，本实用新型火线分时导通器2采用微控器实现。具体的，微控器型号为单片机FT61F020-URT，图5中的R1、R2和单片机U1的3脚(3 脚为中断和模拟数字转换管脚)组成过零检测和电压检测电路。图5中的R4、RT1 和U1的4脚(4脚为模拟数字转换管脚)组成温度检测和高温保护功能。图5 中的单片机U1的6脚控制电子开关通断,如上文所述电子开关是分时导通的。断开时为智能开关和自身供电，导通时为照明灯供电。

当然，不限于此，火线分时导通器2还可以采样分立元器件实现。请参考图6所示，图6为本实用新型火线分时导通器2的另一种实施例的电路原理图。在另一种实施例中，火线分时导通器2通过可控硅控制电路实现。具体的，图6 中的D1、R1、C2调整可控硅BT1导通的电压。断开时为智能开关供电，导通时为灯供电。图6中的K1是温度开关,是过热保护电路。图6中的R4的取值决定热保护后可控硅的电压输出降低的幅度，不接则直接断开。

请参考图7所示，图7为本实用新型零线分时发生器的模块结构示意图；

所述零线分时发生器5包括零线分时控制产生电路51、零线电子开关52、快速电流监控电路53以及与逻辑器件54。

所述零线分时控制产生电路51用于产生零线开关控制信号。所述零线开关控制信号为检测所述火线分时导通器2输出端状态产生在截止导通时启动预设第二导通时间的导通状态，并在所述火线分时导通器2导通时截止的信号。

所述零线分时发生器5的连接关系为：

所述零线电子开关52的第一端作为所述零线分时导通器的输入端，且连接至所述零线分时控制产生电路51的第一端。

所述零线电子开关52的第二端连接至所述快速电流监控电路53的第二端。

所述快速电流监控电路53的第一端作为所述零线分时导通器的输入端，且连接至所述零线分时控制产生电路51的第二端。

所述零线分时控制产生电路51的输出端连接至所述与逻辑器件54的第一端，所述快速电流监控电路53的输出端连接至所述与逻辑器件54的第二端。

所述与逻辑器件54的输出端连接至所述零线电子开关52的控制端。

所述零线分时导通器4还包括过压过流保护电路，所述过压过流保护电路用于在输入过压过流时将所述零线电子开关52关断。

相关技术中的普通的单火线智能开关供电时，总会有电流流过其控制的外部负载。当用电设备功率太小时，其等效内阻太大。无法提供足够的电能给智能开关，致使智能开关无法正常工作。或者智能开关工作了，但即使在开关关闭状态下负载依然在工作(如某些小功率LED等,小电流下就会微亮或者闪亮)！又或者当负载损坏时,智能开关就不能正常工作了，此时智能开关上控制的其他设备也无法工作了。而且这时不好判断是智能开关损坏还是负载损坏。

这时给负载设备4并接零线分时发生器5就能完美解决此问题，即便负载设备4损坏都不会影响智能开关1的正常工作。而且在关闭负载设备4的时候还能把零线直接跳过负载连接到智能开关1。实现彻底关闭负载，不会导致灯负载微亮或者闪亮。

智能开关1的内部电子开关K1断开时，零线分时发生器5的快速电流监控电路53检测断开，就会马上导通零线分时发生器5中的电子开关,把零线直接导通到智能开关1的N(零线输入)上。也就是说，零线分时发生器5就会直接导通，这时候零线就会接通到智能开关1的零线接口，实现对智能开关1的零火供电。此时实现对智能开关1供电，也把负载设备4的供电完全关断，没有任何电流从负载设备4流过,避免造成负载设备4没有完全关闭的微亮或闪烁现象以及能量的损耗,有效降低对负载设备4寿命的影响。

请参考图8所示，图8为本实用新型零线分时发生器的一种实施例的电路原理图。本实施例中，本实用新型零线分时发生器5采用微控器实现。具体的，微控器型号为单片机FT61F020-URT，图8中的R1、R2和单片机U1的3脚(中断和模拟数字转换)组成过零检测和电压检测电路。图8中的单片机U1的6脚控制电子开关通断,所述电子开关是分时导通的。导通时为智能开关提供地线，断开时为灯和自身供电。

当然，不限于此，零线分时发生器5还可以采样分立元器件实现。请参考图9所示，图9为本实用新型零线分时发生器5的另一种实施例的电路原理图。在另一种实施例中，具体的，图9中的D1/D2/D3/D4组成整流电路，把交流电变成直流电。图8中的R4和Q1组成电子开关。图8中的R3和R2组成电压检测电路，电压在交流电正弦波的过零点电压在交流电正弦波的过零点后开始升高，达到设定电压值时，图8中的Q2导通同时令Q1断开实现零线分时发生。而图8中的R5、D5的加入则组成过流限制。图8中的FS1、RV1是电流和电压保护元件。

需要指出的是，本实施例中提到的电路、电容、可控硅、以及芯片均为本领域常用的元器件和芯片，具体型号和指标选择，根据实际设计需要进行选择，在此，不做详细赘述。

绝大部分交流用电设备都是工作在100～240VAC电压,频率50～60Hz的正玄波交流电下。本实用新型电控制系统100就是基于交流电的电压正负交替变化，实现火线分时导通器2和零线分时发生器5的完美同步工作。为方便说明，下面统一以中国标准的220VAC/50Hz单相交流电进行具体分析说明：

请同时参考图10-11所示，图10为本实用新型供电控制系统100的信号波形图。图11为本实用新型供电控制系统100的信号的分时控制波形图。其中，图10中的阴影部分为零线分时发生器5的导通时间t_N，是给智能开关1供电的导通时间；空白波形部分为火线分时导通器2导通时间t_L，是给所述负载设备4 供电的导通时间。

开关K1断开，火线分时导通器2停止工作，零火分时发生器5内部电压检测电路可以快速而准确地检测到这种状态，零线分时发生器5直接把零线导通到智能开关1，实行智能开关1工作在其正常的零火线方式下供电。

开关K1闭合，当火线分时导通器2断开时，零线分时发生器5自动导通，导通时间t_N；当火线分时导通器2导通时，导通时间t_L，零线分时发生器5自动断开。零线分时发生器5和火线分时导通器2以交流电正弦波的过零点为参考实现分时控制。

对于灯有特殊要求时，甚至可以动态分配零火分时的导通时间比例和周期。具体的，所述第一导通时间与所述第二导通时间的比例为1:10或者0.5：10。所述第一导通时间与所述第二导通时间共同形成导通周期，所述导通周期为可调参数。在不影响灯负责的前提下零线分时发生器和火线分时导通器的工作方式灵活多样。比如可以每10个周期分配1个周期或半个周期控制线导通零线给智能开关1供电，其他时间控制线导通火线给灯供电。而针对诸如电机类的感性负载，需要过零点的调光、调压设备等，我们可以通过调整火线导通时间t_L和零线导通时间t_N分时比例及切入点等方式满足特殊负载的要求。还有基于微控器的高级版本，通过其自身软件调整控制，从频率，占空比，间隙都可以灵活地动态设定零火线分时导通的周期。

火线分时导通器2和零线分时发生器4的灵活组合，使得支持的智能开关1 类的产品功率可以从微瓦级别的超低功耗的产品到数十瓦功耗的产品均实现单火线功能,而且保证了极高的效率，绿色环保。同时为本实用新型供电控制系统 100的普及和推广铺平道路。灵活的电源电压适应能力。已交流电正弦波的过零点作为同步控制的基础，可以根据当前电源电压高低，灵活分配零火分时比例。使得本实用新型供电控制系统100在绝大部分工作条件下均能稳定的功率输送，使智能开关保持长期稳定工作。

本实用新型供电控制系统100的分时控制在零线分时发生器5和火线分时导通器2分时导通，不会同时导通分时。

火线分时导通器2关断时，零线分时发生器5导通直接给智能开关1供电，导通阻抗非常小而且稳定,比通过不确定阻抗的负载设备4导通过来的零线更高效和稳定(如果串联灯泡功率过小，可能就会出现智能开关不能正常工作)。另外，火线分时导通器2导通时给负载设备4供电，同时零线分时发生器5断开。即便是负载设备4损坏，零线分时发生器5仍然正常工作，也不会影响到智能开关1的供电。

为了更好的电控制系统100应用，零线分时发生器5和火线分时导通器2 可同时为安装在同一位置的多个零火线智能开关供电。请参考图12所示，图12 为本实用新型供电控制系统100的其他一种应用示意图。所述内部电子开关K1 包括多个，其中一个所述内部电子开关K1的输出端连接至所述火线分时导通器 2的输入端，另外的所述内部电子开关K1连接相对应的一个所述负载设备4。该应用可以使得本实用新型供电控制系统100应用更为广泛。

Claims

1.一种供电控制系统，其用于实现在没有零线的情况下给智能开关零火线供电；其特征在于，所述供电控制系统包括具有内部电子开关的智能开关、火线分时导通器、零线分时发生器以及负载设备；

所述内部电子开关断开控制所述零线分时发生器直接导通，零线经过所述零线分时发生器导通到所述智能开关的零线端，以实现对所述智能开关的零火线供电；所述内部电子开关闭环控制所述火线分时导通器导通给所述负载设备分时供电，并根据设定在交流电正弦波的过零点一次或者多次截止相应的时间，以使所述零线分时发生器检测到所述火线分时导通器导通时自动截止，以及当所述零线分时发生器检测到所述火线分时导通器截止时自动导通把零线导通给所述智能开关分时供电，以实现对智能开关的零火线供电；

所述智能开关的火线端连接至火线，所述智能开关的火线输出端连接至所述火线分时导通器的输入端；

2.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述火线分时导通器包括火线分时控制产生电路和火线电子开关，

3.根据权利要求2所述的供电控制系统，其特征在于，所述火线分时导通器还包括温度保护电路，所述温度保护电路用于在内部温度超过预设阈值时将所述火线电子开关关断。

4.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述零线分时发生器包括零线分时控制产生电路、零线电子开关、快速电流监控电路以及与逻辑器件，

5.根据权利要求4所述的供电控制系统，其特征在于，所述零线分时导通器还包括过压过流保护电路，所述过压过流保护电路用于在输入过压过流时将所述零线电子开关关断。

6.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述内部电子开关包括多个，其中一个所述内部电子开关的输出端连接至所述火线分时导通器的输入端，另外的所述内部电子开关连接相对应的一个所述负载设备。

7.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述火线分时导通器用于给所述负载设备提供预设的第一导通时间的火线供电；所述零线分时发生器在所述火线分时导通器截止导通时启动预设的第二导通时间的导通状态；所述第一导通时间与所述第二导通时间的比例为1:10或者0.5：10。

8.根据权利要求7所述的供电控制系统，其特征在于，所述第一导通时间与所述第二导通时间共同形成导通周期，所述导通周期为可调参数。

9.根据权利要求1所述的供电控制系统，其特征在于，所述负载设备为照明灯。