一种单火线开关取电电路、控制电路及智能开关的制作方法

本发明申请涉及智能家居、照明控制及电源，特别涉及一种单火线开关取电电路、控制电路及智能开关。

背景技术：

1、现有的单火线智能开关的原理图如图1所示，主控开关q1通常为可控硅，串联在火线与负载（如led灯）之间，无零线接入。为给智能开关内的控制电路（即图1中的控制器bp2535c，可以为mcu、无线通信模块等）供电，需解决“关态取电”和“开态取电”两大难题。关态取电是指负载关闭时，取电电路需流过微小电流为控制电路供电，但该电流可能引起led灯闪烁或节能灯误触发。开态取电是指负载点亮时，取电电路需在保证负载正常工作的同时稳定供电，同时避免影响可控硅的正常导通。

2、现有方案往往存在以下不足：

3、第一，电路复杂。部分方案需使用多组隔离电源或专用取电芯片，成本高、体积大，难以集成到标准墙壁开关尺寸内。

4、第二，可控硅驱动可靠性低。传统光耦或脉冲变压器驱动电路元件多，且对触发脉冲宽度要求严格，易在负载变化时触发失败，导致灯光闪烁或无法点亮。

5、第三，过零检测依赖光耦。增加了成本和pcb面积，且响应速度受限，无法实现精确的过零控制。

6、第四，多开关联动困难。在两位、三位开关场景中，缺乏统一的取电与联动控制策略，容易出现取电冲突或供电不足。

7、第五，开关冲击大。缺乏有效的过零控制，导通和关断瞬间产生较大的冲击电流，影响器件和负载寿命。

技术实现思路

1、本发明要解决的技术问题是提供一种单火线开关取电电路、控制电路及智能开关，至少在一定程度上解决现有技术中存在的技术问题之一。

2、作为本发明的第一个方面，所提供的单火线开关取电电路的实施例技术方案如下：

3、一种单火线开关取电电路，应用于智能开关，所述智能开关至少包括第一火线进线端、火线出线端、第一可控开关和控制电路，所述第一可控开关串联在所述第一火线进线端和参考地之间，受控于所述控制电路执行导通与关断动作，其中，所述单火线开关取电电路包括：

4、关态取电电路，包括在所述第一火线进线端和参考地之间依次串联的第一二极管、第一开关管、第二开关管、第一电感、第二二极管和第二电容，所述关态取电电路用于在所述第一可控开关关断时工作，所述第一开关管和所述第二开关管受控于所述控制电路在所述第二电容两端形成稳定的输出电压，从而为所述控制电路供电；

5、开态取电电路，包括在所述第一火线进线端和参考地之间依次串联的第一可控开关、第二开关管、第一电感、第二二极管和第二电容，所述开态取电电路用于在所述第一可控开关导通时工作，所述第一可控开关和所述第二开关管受控于所述控制电路在所述第二电容两端形成稳定的输出电压，从而为所述控制电路供电。

6、可选地，所述关态取电电路工作时，所述第二开关管一直保持导通状态，所述第一开关管受控于所述控制电路进行高频开关；

7、当所述第一开关管导通时，所述第一火线进线端的电流经所述第一二极管、所述第一开关管、所述第二开关管、所述第一电感至所述火线出线端，所述第一电感储能；

8、当所述第一开关管关断时，所述第一电感释放能量的能量，电流流经所述第二二极管、所述第二电容、所述第二开关管回到所述第一电感，所述第二电容充电。

9、可选地，所述开态取电电路工作时，所述第一可控开关导通，所述第一开关管一直保持关断状态，所述第二开关管受控于控制电路进行导通或关断；

10、当输出电压高于第二阈值时，所述第二开关管导通，电流在所述第一火线进线端、所述第一可控开关、所述第二开关管、所述第一电感和所述火线出线端形成的电流路径中流动；

11、当所述第二电容两端的电压低于第一阈值时，所述第二开关管关断，所述火线出线端的电流流经所述第二二极管、所述第二电容、可所述第一可控开关至所述第一火线进线端，为第二电容充电。

12、作为本发明的第二个方面，所提供的控制电路的实施例技术方案如下：

13、一种控制电路，适用于上述第一个方面任一项所述单火线开关取电电路，其中，所述控制电路包括：

14、第一驱动端，用于连接所述第一开关管的控制端；

15、第二驱动端，用于连接所述第二开关管的控制端；

16、第三驱动端，用于连接所述第一可控开关的控制端；

17、通信接口或面板按键，用于接收控制所述第一可控开关执行导通或关断动作的指令；

18、存储器，用于存储程序；

19、数字控制器，用于响应所述指令从而运行所述程序，以产生第一控制信号、第二控制信号和第三控制信号；

20、第一可控开关驱动模块，依据所述第三控制信号在所述第三驱动端产生第三驱动信号用于驱动所述第一可控开关；

21、驱动输出模块，依据所述第一控制信号在所述第一驱动端产生第一驱动信号用于驱动所述第一开关管，依据所述第二控制信号在所述第二驱动端产生第二驱动信号用于驱动所述第一开关管。

22、可选地，所述驱动输出模块包括关态控制器模块和开态控制器模块；所述关态控制器模块产生所述第一驱动信号，所述开态控制器模块产生所述第二驱动信号；

23、所述第一控制信号用于控制所述关态控制器模块的供电，所述第二控制信号用于控制所述开态控制器模块的供电，使得所述关态控制器模块和开态控制器模块不同时运行：

24、当所述单火线开关取电电路处于关态取电模式时，仅控制所述关态控制器模块得电工作，所述关态控制器模块产生的第一驱动信号控制所述第一开关管进行高频开关，所述开态控制器模块产生的第二驱动信号控制所述第二开关管一直保持导通状态；

25、当所述单火线开关取电电路处于开态取电模式时，仅控制所述开态控制器模块得电工作，所述关态控制器模块产生的第一驱动信号控制所述第一开关管一直保持关断状态，所述开态控制器模块产生的第二驱动信号控制所述第二开关管进行导通或关断。

26、可选地，所述控制电路还包括输出电压反馈端和过欠压检测模块，所述过欠压检测模块通过所述输出电压反馈端连接所述输出电压，检测所述单火线开关取电电路处于开态取电模式时所述输出电压是否在设定阈值内，获得过欠压信号，所述驱动输出模块依据所述过欠压信号控制所述第二开关管进行导通或关断，使得所述第二电容两端的电压处于所述设定阈值内。

27、作为本发明的第三个方面，所提供的智能开关的实施例技术方案如下：

28、一种智能开关，至少包括第一火线进线端、火线出线端、第一可控开关和控制电路，所述第一可控开关串联在所述第一火线进线端和参考地之间，受控于所述控制电路执行导通与关断动作，其特征在于：所述智能开关还包括上述第一个方面任一项所述单火线开关取电电路及上述第二个方面任一项所述控制电路。

29、可选地，所述第一可控开关为双向可控硅。

30、可选地，所述双向可控硅由第一可控开关驱动模块驱动，所述第一可控开关驱动模块包括第一电阻和第三电容串联而成的两端子网络，所述两端子网络连接在所述双向可控硅的控制极和所述控制电路的第三驱动端之间。

31、可选地，所述智能开关还包括第一输入电压采样电路，所述控制电路还包括输入电压检测端、偏置模块&输入电压检测模块；

32、所述第一输入电压采样电路包括第四电容、第五电容和第二电阻，所述第四电容一端连接所述第一火线进线端，所述第四电容另一端同时连接所述第五电容一端、所述第二电阻一端和所述输入电压检测端，所述第五电容另一端和所述第二电阻另一端连接参考地；

33、所述偏置模块用于将输入电压检测端的电压信息抬高至满足所述控制电路内部电平要求的第一电压信息，所述输入电压检测模块用于依据所述第一电压信息识别出接所述第一火线进线端的电压过零时刻，获取过零信号，所述数字控制器依据所述过零信号产生第三控制信号驱动所述双向可控硅在第一火线进线端的电压过零时刻导通，或者依据所述过零信号撤除第三控制信号使得所述双向可控硅在第一火线进线端的电流过零时刻自然关断。

34、可选地，所述智能开关还包括n个可控开关和与之一一对应的n个火线进线端，n为大于或等于1的自然数，所述n个可控开关分别串联在对应的火线进线端和参考地之间，用于独立控制n个负载的通断，所述n个可控开关受控于控制电路对应的驱动端输出的驱动信号执行导通与关断动作，所述n个可控开关与所述第一可控开关的控制共用关态取电电路、开态取电电路则将所述第一可控开关替换为n个可控开关中对应的可控开关后其它元器件共用。

35、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

36、第一，电路结构简化。通过复用第二开关管、第一电感等核心元件，使开态与关态取电电路高度集成，减少元件数量，降低成本，便于集成到标准墙壁开关尺寸内。

37、第二，多开关场景适应性强。支持双开关、三开关扩展，多个可控硅可独立控制，避免多开关系统中取电冲突与负载闪烁问题。