TW202101848A - 開關電路以及運作方法 - Google Patents

Abstract

一種開關電路以及運作方法。開關電路包含一火線取電電路、一控制電路以及一可控電容陣列。火線取電電路耦接一火線以接收一交流電壓。控制電路用以對交流電壓進行一過零檢測。可控電容陣列耦接火線取電電路以及控制電路。控制電路用以基於一第一開關的狀態以及一過零檢測結果，控制火線取電電路供電給控制電路或可控電容陣列放電以對控制電路供電。

Description

開關電路以及運作方法

本揭示中所述實施例內容是有關於一種電路技術，特別關於一種開關電路以及運作方法。

隨著物聯網的發展，許多系統晶片會搭配各種負載(例如：燈具)設置。然而，當電流峰值或平均電流值過高時，這些負載可能發生誤啟動(例如：閃爍)的問題。

本揭示之一些實施方式是關於一種開關電路。開關電路包含一火線取電電路、一控制電路以及一可控電容陣列。火線取電電路耦接一火線以接收一交流電壓。控制電路用以對交流電壓進行一過零檢測。可控電容陣列耦接火線取電電路以及控制電路。控制電路用以基於一第一開關的狀態以及一過零檢測結果，控制火線取電電路供電給控制電路或可控電容陣列放電以對控制電路供電。

本揭示之一些實施方式是關於一種開關電路。開關電路包含一火線取電電路以及一控制電路。火線取電電 路耦接一火線以接收一交流電壓。控制電路用以依據一開關的狀態與交流電壓，控制火線取電電路或一儲能電路供電給控制電路。控制電路包含一網路模組控制晶片。在該網路模組控制晶片執行一掃描程序的情況下，當一第一通道掃描完成後，網路模組控制晶片進入一睡眠模式，且當睡眠模式結束後，掃描一第二通道。

本揭示之一些實施方式是關於一種開關電路的運作方法。運作方法包含：藉由一火線取電電路接收一交流電壓；藉由一控制電路對交流電壓進行一過零檢測；以及基於一第一開關的狀態以及一過零檢測結果，藉由火線取電電路供電給控制電路或藉由一可控電容陣列放電以對控制電路供電。

綜上所述，藉由本揭示中的開關電路以及運作方法，可降低電流峰值或平均電流值，以避免負載被誤啟動。

100‧‧‧開關電路

120‧‧‧火線取電電路

122‧‧‧供電電路

124‧‧‧供電電路

140‧‧‧可控電容陣列

160‧‧‧控制電路

220‧‧‧電源管理電路

240‧‧‧電壓轉換電路

300‧‧‧運作方法

L‧‧‧火線

AC‧‧‧交流電壓

N‧‧‧零線

LD‧‧‧負載

V1‧‧‧電壓

VOUT1、VOUT2、VOUT3‧‧‧輸出電壓

N1、N2、N3、N4、N5、N6‧‧‧節點

K1、Q1‧‧‧開關

R1、R2、R3、R4、R5‧‧‧電阻

C1、C2‧‧‧電容

Z1、Z2、Z3‧‧‧穩壓二極體

D1、D2、D3‧‧‧二極體

GND‧‧‧接地端

KC‧‧‧控制訊號

CT[1]-CT[N]‧‧‧控制訊號

CA[1]-CA[N]‧‧‧電容

S[1]-S[N]‧‧‧開關

S302、S304、S306‧‧‧操作

為讓本揭示之上述和其他目的、特徵、優點與實施例能夠更明顯易懂，所附圖式之說明如下：

第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示一開關電路、一火線、一零線以及一負載的功能方塊圖；

第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示開關電路、火線、零線以及負載的電路圖；以及

第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一開關電路的運作方法的流程圖。

在本文中所使用的用詞『耦接』亦可指『電性耦接』，且用詞『連接』亦可指『電性連接』。『耦接』及『連接』亦可指二個或多個元件相互配合或相互互動。

請參考第1圖。第1圖是依照本揭示一些實施例所繪示開關電路100、火線L、零線N以及負載LD的功能方塊圖。以第1圖示例而言，開關電路100耦接火線L以及負載LD。負載LD耦接零線N。開關電路100接收來自火線L的交流電壓AC，且依據交流電壓AC對負載LD供電。在一些實施例中，交流電壓AC為220伏特的交流電，但本揭示不以此為限。

在一些實施例中，開關電路100包含火線取電電路120、可控電容陣列140以及控制電路160。火線取電電路120耦接於火線L與負載LD之間。火線取電電路120包含供電電路122以及124。可控電容陣列140耦接火線取電電路120以及控制電路160。控制電路160耦接火線取電電路120。火線取電電路120接收來自火線L的交流電壓AC。控制電路160會對交流電壓AC進行過零檢測。舉例而言，控制電路160會對火線取電電路120中的電壓V1進行過零檢測。在一些實施例中，電壓V1的相位相關於交流電壓AC的相位，因此對電壓V1進行過零檢測等同於對交流電壓AC進行過零檢測。如此，便可判斷當前的交流電壓AC是處於正半周(正電壓)或是處於負半周(負電壓)。基於過零檢測結 果以及開關(如第2圖的開關K1)的狀態，將會決定是由火線取電電路120供電給控制電路160或者由可控電容陣列140放電以供電給控制電路160，以使控制電路160正常運作。例如，火線取電電路120的供電電路122(供電電路124)可將輸出電壓VOUT1(輸出電壓VOUT2)輸出給控制電路160。而可控電容陣列140可放電以將輸出電壓VOUT3輸出給控制電路160。在一些實施例中，可控電容陣列140可受控制電路160的控制訊號CT[1]-CT[N]控制。

在一些實施例中，負載LD為燈具，但本揭示不以此為限。控制電路160為網路模組控制晶片，例如為無線相容認證系統晶片(Wi-Fi SoC)，本揭示同樣不以此為限。如此，智慧家電系統將具有連網功能(Wi-Fi)，可實現物聯網系統。上述負載LD以及控制電路160的實現方式僅為示例，各種可用以實現負載LD以及控制電路160的實現方式皆在本揭示的範圍內。

由於可控電容陣列140是由複數個電容值較小的電容組成，因此可降低電流回路中的電流峰值，以避免負載LD被誤啟動。該些電容的電容值以及該些電容的總數量可依據負載LD(例如：燈具瓦數)進行設定。另外，採用可控電容陣列140作為儲能電路，可避免傳統鋰電池壽命短以及安全性較低的問題。

請參考第2圖。第2圖是依照本揭示一些實施例所繪示開關電路100、火線L、零線N以及負載LD的電路圖。

在一些實施例中，供電電路122包含二極體 D1、電阻R5、電容C2以及電源管理電路220。供電電路124包含開關Q1、電阻R4、穩壓二極體Z1-Z3、二極體D2-D3以及電壓轉換電路240。火線取電電路120更包含電阻R1-R3、電容C1以及開關K1。如第2圖所示，火線L耦接電阻R1。電阻R1與電阻R2串聯耦接。電阻R2與電阻R3串聯耦接於節點N1。電容C1與電阻R3並聯耦接。電壓V1產生於節點N1。如前所述，控制電路160會對電壓V1進行過零檢測，以判斷當前的交流電壓AC是處於正半周(正電壓)或是處於負半周(負電壓)。另外，開關Q1耦接於節點N2與接地端GND之間。在一些實施例中，開關Q1是以可控矽實現，但本揭示不以此為限。電阻R4耦接於節點N3與接地端GND之間。穩壓二極體Z1以及Z2耦接於節點N3與節點N4之間。二極體D2耦接於節點N4與接地端GND之間。二極體D3耦接於節點N4與節點N5之間。穩壓二極體Z3耦接於節點N5與接地端GND之間。電壓轉換電路240耦接於節點N5與控制電路160之間。開關K1耦接於節點N2與節點N4之間。二極體D1以及電阻R5串聯耦接於節點N2與節點N6之間。電容C2耦接於節點N6與接地端GND之間。電源管理電路220耦接於節點N6、接地端GND與可控電容陣列140之間。

在一些實施例中，可控電容陣列140包含N個電容CA[1]-CA[N]以及N個開關S[1]-S[N]。電容CA[1]-CA[N]的任何一者與開關S[1]-S[N]的一對應者串聯耦接，以形成可控電容陣列140。開關S[1]-S[N]分別受 控制訊號CT[1]-CT[N]控制而導通或截止。

以下將針對開關電路100的運作進行詳細描述。

當開關K1受控制訊號KC控制而截止且過零檢測結果為正半周時，供電電路122依據交流電壓AC產生輸出電壓VOUT1，以對控制電路160供電且對可控電容陣列140充電。舉例而言，當使用者關掉負載時，控制電路160將輸出控制訊號KC截止開關K1。若交流電壓AC為正半周，位於節點N1的電壓V1亦為正半周。此時，過零檢測結果為正半周。由於開關K1為截止，因此交流電壓AC會經由二極體D1整流(半波整流)並透過電阻R5以及電容C2進行濾波。據此，電源管理電路220會產生輸出電壓VOUT1，以對控制電路160供電。如此，即使使用者將負載(例如：燈具)關掉，控制電路160仍能正常運作，以維持物聯網系統的運作。另外，控制電路160會將控制訊號CT[1]-CT[N]輸出至可控電容陣列140，以控制開關S[1]-S[N]至少部分導通。由於開關S[1]-S[N]至少部分導通，因此輸出電壓VOUT1可對可控電容陣列140充電。若交流電壓AC為220伏特的交流電，電路系統滿足以下公式(1)：NI×220×T=(I1+I2)×VOUT1...(1)

其中NI是零線N上的電流，T為開關電路100的轉換效率，I1是可控電容陣列140的電流，I2是控制電路160的工作電流。

當開關K1受控制訊號KC控制而截止且過零檢 測結果為負半周時，可控電容陣列140放電以對控制電路160供電。舉例而言，當使用者關掉負載時，控制電路160輸出控制訊號KC截止開關K1。若交流電壓AC為負半周，位於節點N1的電壓V1亦為負半周。此時，過零檢測結果為負半周。負半周的交流電壓AC會被二極體D1整流。電源管理電路220停止輸出輸出電壓VOUT1。此時，控制電路160會輸出控制訊號CT[1]-CT[N]給可控電容陣列140，以控制開關S[1]-S[N]至少部分導通。如此，可控電容陣列140可放電以產生輸出電壓VOUT3。輸出電壓VOUT3可用以對控制電路160供電，以確保控制電路160能正常運作。此時，若交流電壓AC為220伏特的交流電，電路系統滿足以下公式(2)：NI×220×T=I2×VOUT3...(2)

其中NI是零線N上的電流，T為開關電路100的轉換效率，I2是控制電路160的工作電流。

另外，當可控電容陣列140的放電電壓(輸出電壓VOUT3)低於一預設電壓時，控制電路160控制開關S[1]-S[N]中更多開關導通，以提高且維持可控電容陣列140的放電電壓。

當開關K1為導通且過零檢測結果為正半周時，供電電路124依據交流電壓AC產生輸出電壓VOUT2，以對控制電路160供電且對可控電容陣列140充電。舉例而言，當使用者打開負載時，控制電路160輸出控制訊號KC導通開關K1。若交流電壓AC為正半周，位於節點N1的電 壓V1亦為正半周。此時，過零檢測結果為正半周。另外，控制電路160會輸出控制訊號CT[1]-CT[N]給可控電容陣列140，以控制開關S[1]-S[N]至少部分導通。由於開關K1為導通，因此交流電壓AC會流經開關K1。據此，位於節點N4以及N3的電壓會提高(例如：7伏特)。此時，開關Q1導通。交流電壓AC經由開關Q1流至負載LD。若負載LD為燈具，此時燈具發亮。另外，節點N5的電壓會隨著節點N4的電壓提高。而電壓轉換電路240會將位於節點N5的電壓進行轉換(例如：降壓)，以產生輸出電壓VOUT2。輸出電壓VOUT2可用以對控制電路160供電。另外，控制電路160會輸出控制訊號CT[1]-CT[N]給可控電容陣列140，以控制開關S[1]-S[N]至少部分導通。由於開關S[1]-S[N]至少部分導通，因此輸出電壓VOUT2可對可控電容陣列140充電。

當開關K1為導通且過零檢測結果為負半周時，可控電容陣列140放電以對控制電路160供電。舉例而言，當使用者打開負載時，控制電路160輸出控制訊號KC導通開關K1。若交流電壓AC為負半周，位於節點N1的電壓V1亦為負半周。此時，過零檢測結果為負半周。控制電路160會輸出控制訊號CT[1]-CT[N]給可控電容陣列140，以控制開關S[1]-S[N]至少部分導通。如此，可控電容陣列140可放電以產生輸出電壓VOUT3。輸出電壓VOUT3可用以對控制電路160供電，以確保控制電路160能正常運作。

如前所述，在一些實施例中，控制電路160為 網路模組控制晶片，例如：Wi-Fi SoC。網路模組控制晶片的連線過程包含掃描程序、認證程序、關聯程序、可擴展認證協議(Extensible Authentication Protocol；EAP)程序、動態主機設定協定(Dynamic Host Configuration Protocol；DHCP)程序。當控制電路160執行掃描程序時，需對複數通道進行掃描。在一些實施例中，在任兩通道掃描之間插入睡眠時間。舉例而言，當一通道掃描完成後，控制電路160會進入睡眠模式。當睡眠模式結束後，再繼續掃描另一通道。如此，將可降低平均電流，以避免負載LD被誤啟動。而睡眠模式的時間可依實際需求設定。

另外，在一些實施例中，在控制電路160(網路模組控制晶片)執行可擴展認證協議程序的情況下，當控制電路160與網路基地台完成一次交握程序後，控制電路160將會進入睡眠模式。如此，可降低平均電流，以避免負載LD被誤啟動。而睡眠模式的時間可依實際需求設定。

另外，在一些實施例中，當控制電路160(網路模組控制晶片)進行重連程序時，重連次數將被設定成低於一預設次數。此預設次數例如是50次，但本揭示不以此為限。在其他相關技術中，重連次數並不限制。相較於這些相關技術，控制電路160的重連次數低於預設次數。如此，將可降低平均電流，以避免負載LD被誤啟動。

另外，在一些實施例中，當過零檢測結果為負半周時，控制電路160才執行傳輸程序。傳輸程序可以是可週期性控制的數據傳輸程序。舉例而言，傳輸程序是根據物 聯網的設定，週期性地向伺服器上傳部分設備狀態訊息，或者週期性地獲取部分網路訊息。本揭示不以上述此些為限。藉由控制電路160在過零檢測結果為負半周時才執行傳輸程序，將可降低電流峰值，以避免負載LD被誤啟動。

請參考第3圖。第3圖是依照本揭示一些實施例所繪示的一開關電路的運作方法300的流程圖。運作方法300包含操作S302、S304以及S306。在一些實施例中，運作方法300被應用於第1圖的開關電路100中，但本揭示不以此為限。為易於理解，運作方法300將搭配第1圖進行討論。

在操作S302中，藉由火線取電電路120接收交流電壓AC。在一些實施例中，火線取電電路120耦接火線L，以從火線L接收交流電壓AC。

在操作S304中，藉由控制電路160對交流電壓AC進行過零檢測。在一些實施例中，控制電路160會對節點N1的電壓V1進行過零檢測。由於電壓V1的相位相關於交流電壓AC的相位，因此對電壓V1進行過零檢測等同於對交流電壓AC進行過零檢測。藉此，可判斷當前的交流電壓AC是處於正半周(正電壓)或是處於負半周(負電壓)。

在操作S306中，基於開關K1的狀態以及過零檢測結果，藉由火線取電電路120或可控電容陣列140供電給控制電路160。在一些實施例中，當開關K1為截止且過零檢測結果為正半周時，由火線取電電路120的供電電路122對控制電路160供電。當開關K1為截止且過零檢測結果為負半周時，由可控電容陣列140放電以對控制電路160供電。 當開關K1為導通且過零檢測結果為正半周時，由火線取電電路120的供電電路124對控制電路160供電。當開關K1為導通且過零檢測結果為負半周時，由可控電容陣列140放電以對控制電路160供電。

綜上所述，藉由本揭示中的開關電路以及運作方法，可降低電流峰值或平均電流值，以避免負載被誤啟動。

雖然本揭示已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本揭示，任何本領域具通常知識者，在不脫離本揭示之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，因此本揭示之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧開關電路

120‧‧‧火線取電電路

122‧‧‧供電電路

124‧‧‧供電電路

140‧‧‧可控電容陣列

160‧‧‧控制電路

L‧‧‧火線

AC‧‧‧交流電壓

N‧‧‧零線

LD‧‧‧負載

V1‧‧‧電壓

KC‧‧‧控制訊號

CT[1]-CT[N]‧‧‧控制訊號

VOUT1、VOUT2、VOUT3‧‧‧輸出電壓

Claims (10)

1. 一種開關電路，包含：

   一火線取電電路，耦接一火線以接收一交流電壓；

   一控制電路，用以對該交流電壓進行一過零檢測；以及

   一可控電容陣列，耦接該火線取電電路以及該控制電路，其中該控制電路用以基於一第一開關的狀態以及一過零檢測結果，控制該火線取電電路供電給該控制電路或該可控電容陣列放電以對該控制電路供電。
2. 如請求項1所述的開關電路，其中該火線取電電路包含：

   一第一供電電路，耦接該火線，其中當該第一開關為截止且該過零檢測結果為正半周時，該第一供電電路依據該交流電壓產生一輸出電壓，以對該控制電路供電且對該可控電容陣列充電，其中當該第一開關為截止且該過零檢測結果為負半周時，該可控電容陣列放電以對該控制電路供電。
3. 如請求項1所述的開關電路，其中該火線取電電路包含：

   一第二供電電路，耦接該火線，其中當該第一開關為導通且該過零檢測結果為正半周時，該第二供電電路依據該交流電壓產生一輸出電壓，以對該控制電路供電且對該可控電容陣列充電，其中當該第一開關為導通且該過零檢 測結果為負半周時，該可控電容陣列放電以對該控制電路供電。
4. 如請求項1所述的開關電路，其中該控制電路包含一網路模組控制晶片，在該網路模組控制晶片執行一掃描程序的情況下，當一第一通道掃描完成後，該網路模組控制晶片進入一睡眠模式，且當該睡眠模式結束後，掃描一第二通道。
5. 如請求項4所述的開關電路，其中當該網路模組控制晶片與一網路基地台完成一交握程序後，該網路模組控制晶片進入一睡眠模式。
6. 如請求項4所述的開關電路，其中該網路模組控制晶片在該過零檢測結果為一負半周時執行一傳輸程序。
7. 一種開關電路，包含：

   一火線取電電路，耦接一火線以接收一交流電壓；以及

   一控制電路，用以依據一開關的狀態與該交流電壓控制該火線取電電路或一儲能電路供電給該控制電路，其中該控制電路包含一網路模組控制晶片，其中在該網路模組控制晶片執行一掃描程序的情況下，當一第一通道掃描完成後，該網路模組控制晶片進入一睡眠模式，且當該睡眠 模式結束後，掃描一第二通道。
8. 一種開關電路的運作方法，包含：

   藉由一火線取電電路接收一交流電壓；

   藉由一控制電路對該交流電壓進行一過零檢測；以及

   基於一第一開關的狀態以及一過零檢測結果，藉由該火線取電電路供電給該控制電路或藉由一可控電容陣列放電以對該控制電路供電。
9. 如請求項8所述的運作方法，更包含：

   當該第一開關為截止且該過零檢測結果為一正半周時，藉由該火線取電電路的一第一供電電路依據該交流電壓產生一輸出電壓，以對該控制電路供電且對該可控電容陣列充電；以及

   當該第一開關為截止且該過零檢測結果為一負半周時，藉由該可控電容陣列放電以對該控制電路供電。
10. 如請求項8所述的運作方法，更包含：

    當該第一開關為導通且該過零檢測結果為一正半周時，藉由該火線取電電路的一第二供電電路依據該交流電壓產生一輸出電壓，以對該控制電路供電且對該可控電容陣列充電；以及

    當該第一開關為導通且該過零檢測結果為一負半周時，藉由該可控電容陣列放電以對該控制電路供電。

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