專利名稱：一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于電子技術領域，涉及一種墻壁遙控開關，尤其涉及單線取電雙整流低波紋電源控制技術和單片機控制技術的智能家居遙控開關。
背景技術：
現(xiàn)有的單線取電技術采用單整流電路，能夠提供毫安級別的工作電流，而且不能 通過整流電路探測受控電器的工作狀態(tài)。現(xiàn)有的遙控開關，其工作模式為與機械式開關串 聯(lián)，或直接并聯(lián)在用電器上，其工作模式需要修改布線或接線方式。從單線取電的電源品質 而言，其電源轉換結果是波紋系數(shù)較大，在節(jié)能燈和其他感性負載的控制中容易造成小功 率節(jié)能燈的閃爍和電器誤動作。節(jié)能燈閃爍問題是單線取電開關功能實現(xiàn)的障礙和技術瓶 頸。
發(fā)明內容本實用新型的目的是提供一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，有效地避 免異常情況下控制電路和電器損壞，最大限度保證用電電路的穩(wěn)定性和可靠性。本實用新型的技術方案是一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，包含了 操作控制單元，單線取電電路，ADC模數(shù)轉換電路單元，電流偵測單元以及電流控制單元，其 特征是單線取電電路是串聯(lián)到用電設備的雙整流電路，該取電電路包含開關閉合前的一路 或多路整流電路1和開關閉合后整流電路2 ；該取電電路還包含低波紋低靜態(tài)功耗開關電 路單元；其中電流偵測單元由R2、R20和C6構成，R2與R20串聯(lián)分壓，C6從分壓點與地連接 完成濾波，偵測信號也從分壓點輸出到單片機探測引腳；操作控制單元由Q9、Q5、R13、Dll 和Cll構成，Cll與R13并聯(lián)后分別接Q5的PINl和PIN2 ；Q5的輸出腳PIN3接Q9的控制 端負極PIN3，同時Q9的控制正極接電源；Dll并聯(lián)在Q9輸入的控制正負極兩端，，Q9的輸 出用于控制用電電路的火線輸入輸出端。所述整流電路1 由 D3、D8、R38、C4、C23、R35、R36、R37、R27、D7、D17、Q13、Q14、Q15 和DZ2構成，D8、D9、DlO和D16的正極接開關控制的火線輸出端，負極并在一起，并連接到 R38限流電阻上，經(jīng)過R38的電流被C4濾波，形成直流電壓源；R35串接R37形成分壓效果 后連接Q14的基極，直流電壓源經(jīng)過R36連接到Q14的集電極，Q14的發(fā)射極連接Q13的基 極，形成了從R37以低壓信號控制Q13兩端直流電壓源的控制電路；DZ2正極連接3. 3V電 源，負極連接R37與R35的分壓點，并與Q15的發(fā)射極和集電極并聯(lián)。所述整流電路2由01、02、015、021形成整流橋，其中021與1 1串聯(lián)，Cl與Rl并 聯(lián)濾波。有益效果1、本實用新型采用雙整流電路，能夠提供開關閉合前后，控制電路不同的電流來 源，并且實現(xiàn)了用電電路的狀態(tài)偵測，從而結合單片機控制，可以避免電子開關處于斷開/ 閉合的過渡狀態(tài)，避免了用電設備和控制電路的損壞。通過高分辨率電壓比較器可以獲得高速高精度低波紋系數(shù)的電源。低波紋系數(shù)意味著可以支持更低功率的節(jié)能燈和感性負載而不會閃爍或誤動作。配合單片機低功耗設計技術，本實用新型實現(xiàn)了 5W(含)以上功率 節(jié)能燈的無閃爍控制功能。2、直接替代機械開關，同時實現(xiàn)了機械式開關功能和遙控開關的功能的控制技 術。通過單片機控制，開關不僅具備傳統(tǒng)機械開關的按鍵操作方式，也實現(xiàn)了遙控控制功 能。這樣同一個環(huán)境下具有不同使用習慣的用戶均可以按照自己喜好的方式控制燈具或電器。3、接線模式完全與傳統(tǒng)機械開關接線方式一致的遙控開關。該開關與普通機械式 開關的接線方式完全一致，并可同時實現(xiàn)多路或單路電器的開關控制。這種設計可以在用 戶完全不修改現(xiàn)有線路的基礎上自由選擇實現(xiàn)與普通機械式開關的替換或共存。4、基于電壓比較器的單線式快速整流電路?；诟叻直媛实碾妷罕容^器，用電電 路的的基準電壓與實際工作電壓分壓獲得的參考電壓做比較，并將比較結果輸入到電流供 應部分的MOS控制極上，高分辨率的電壓比較器產(chǎn)生快速打開和關閉MOS的效果，快速反饋 和控制能夠大幅度降低電源轉換電路的波動，使得轉換出的電源純凈穩(wěn)定，可以最大限度 保證用電電路的穩(wěn)定性和可靠性，更加適合射頻電路和其他控制電路使用，從而獲得更好 的控制效果。

圖1是本實用新型的電路圖。圖2是線路斷開時的整流電路圖。圖3是開關閉合時的整流電路圖。
具體實施方式
如圖1所示，一種通過兩種整流模式獲得工作電流的電源管理電路。本實用新型 在開關處于斷開和閉合兩種情況下，控制電路分別從不同的整流電路獲取電能，當開關閉 合時，單片機可以根據(jù)失去電流供應能力的整流電路獲取當前實際用電電路的工作狀態(tài)， 從而可以在異常情況下進行開關再啟動或斷開動作，避免固態(tài)控制電路處于開/合的過渡 狀態(tài)，從而避免異常情況下控制電路和電器損壞。本實用新型采用雙整流電路獲得控制電路所需電能的技術，以及雙整流電路可以 通過檢測電路中的電壓變化，判斷用電電路正常工作的情況和進行異常處理的技術，同時 采用雙向控制的設計模式，可以完全替代現(xiàn)有機械式開關，而不需要改動現(xiàn)有布線和用戶 操作習慣。如圖2所示為線路斷開時的整流電路圖。整流電路與用電電路串接，本實用新型 在開關全部斷開的情況下，控制電路具有較大的阻抗(依賴R38/R35)從而在分壓電路中獲 得足夠的電源電壓。經(jīng)過整流電路1的DZ2穩(wěn)壓管和Q13/Q14/Q15組成的級聯(lián)控制電路， 形成DC/DC整流電路并獲得微弱電流供應能力的12V DC電源。在將12V直流電供給控制 單元之前需要串接電感Ll以隔離高頻干擾，達到凈化電源噪聲的目的。當開關閉合時，上 述整流電路1在K1_0PEN和K_C0M處短路，該整流電路失效，TESTl的電壓為0。如果閉合 失效，整流電路1會繼續(xù)工作，TESTl將測得高電平1，從而判斷開關電路和電器是否正常工作。整流電路1 由 D3、D8、R38、C4、C23、R35、R36、R37、R27、D7、D17、Q13、Q14、Q15 禾口 DZ2構成，D8、D9、D10和D16的正極接開關控制的火線輸出端，負極并在一起，并連接到R38 限流電阻上，經(jīng)過R38的電流被C4濾波，形成直流電壓源；R35串接R37形成分壓效果后連 接Q14的基極，直流電壓源經(jīng)過R36連接到Q14的集電極，Q14的發(fā)射極連接Q13的基極， 形成了從R37以低壓信號控制Q13兩端直流電壓源的控制電路；DZ2正極連接3. 3V電源， 負極連接R37與R35的分壓點，并與Q15的發(fā)射極和集電極并聯(lián)，形成與來自R38的電源的 競爭關系。一旦整流電路2工作將為電路提供3. 3V電源，該電源將實際控制Q14和Q13，導 致Q13截止，工作電流將不會從整流電路1輸入到實際用電電路，即只要有一路電器工作， 整個電路都將從整流電路2取電，但是整流電路1還是保持其自身狀態(tài)，只是不提供工作電 流，探測單元的功能也不受影響。整流電路2由Dl、D2、D15、DZl形成整流橋，其中DZl與Rl串聯(lián)形成電壓鉗位功 能，Cl與Rl并聯(lián)濾波，當整流后電壓超出IlV將擊穿DZl并經(jīng)由串聯(lián)于DZl的Rl導入到 地上，同時Rl所承載的電壓由電壓比較強的PIN3輸入，并與由PIN2的電壓比較，比較結果 Pim輸出到Q1、Q2的控制極上，決定是否繼續(xù)提供工作電流。輸出電壓出自D15，經(jīng)過串聯(lián) R5、R8、R4、Q3后分壓結果從R8和R4之間輸出到U3電壓比較器的PIN2腳上。處于電壓保 護的需要，在R5和R8之間接入電壓鉗位電路U4和C2，當輸入電壓超過12V時，U4被反向 擊穿，電壓直接導入到地上，從而起到將輸入PIN2的電壓鉗位到固定12V的作用。在12V直 流電和電流控制單元之前串接電感Li，在12V電源與地之間接入IOOuF以上的濾波電容。如圖3所示為開關閉合時的整流電路圖。當開關閉合時，整流電路2開始工作，通 過Rll的電流產(chǎn)生壓差形成交流電壓，交流電通過二極管整流，DZl穩(wěn)壓，以及電壓比較器 的輔助關斷，電路獲得了低波紋系數(shù)的12V直流電源。為了保證兩套整流電路在切換期間 供電穩(wěn)定性和濾除雜訊，在12V電源與地之間接入IOOuF以上的濾波電容。 當電路斷開時，用電電器有超微電流流過，控制電路與用電電器形成串聯(lián)分壓電 路，整流電路1從而獲得所需電壓。當電路閉合時，用電電器正常工作電流流過，整流電路2 和控制電路等效電阻Rll與用電電器形成串聯(lián)分壓，獲得所需電壓。整流電路2中采用了 高分辨率的電壓比較器，該比較器快速比較轉換出實際電壓與目標電壓的大小，實際電壓 偏高則MOS管Ql和Q2斷開，關斷電壓轉化電路，控制單元消耗電路中的儲存能力，電壓回 落。當實際電壓回落至偏低時，轉換電路接通，穩(wěn)壓電路再次有電流產(chǎn)生，供電電壓升高至 目標電壓。利用比較電路切斷穩(wěn)壓電路，波紋系數(shù)取決于比較器的精度，從而達到穩(wěn)定電源 品質的效果。而且利用切斷電路的方式而不是單純利用穩(wěn)壓管的過壓擊穿特性，可以最大 限度提高轉換效率，這是控制微電流電源模塊的關鍵所在。 在開關關閉的情況下，整流電路1被控制單元Q9/Q10/Q11/Q12對應的單元短路， 致使整流電路1無法獲得電壓差而進入停止工作狀態(tài)。此時整流電路2自動啟動。通過U3 的快速比較功能，可以在極低功耗電流的情況下保持獲得的具有精準12V電壓的電源。通 過配合單片機低功耗設計，本實用新型使用的雙整流電路可以提供微安級工作電流，從而 能夠控制5W以下節(jié)能燈而不會因為電流過大或電源波動引起節(jié)能燈閃爍。
權利要求一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，包含了操作控制單元，單線取電電路，ADC模數(shù)轉換電路單元，電流偵測單元以及電流控制單元，其特征是單線取電電路是串聯(lián)到用電設備的雙整流電路，該取電電路包含開關閉合前的一路或多路整流電路1和開關閉合后整流電路2；該取電電路還包含低波紋低靜態(tài)功耗開關電路單元；其中電流偵測單元由R2、R20和C6構成，R2與R20串聯(lián)分壓，C6從分壓點與地連接完成濾波，偵測信號也從分壓點輸出到單片機探測引腳；操作控制單元由Q9、Q5、R13、D11和C11構成，C11與R13并聯(lián)后分別接Q5的PIN1和PIN2；Q5的輸出腳PIN3接Q9的控制端負極PIN3，同時Q9的控制正極接電源；D11并聯(lián)在Q9輸入的控制正負極兩端，Q9的輸出用于控制用電電路的火線輸入輸出端。
2.如權利要求1所述的一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，其特征是所述整 流電路 1 由 D3、D8、R38、C4、C23、R35、R36、R37、R27、D7、D17、Q13、Q14、Q15 和 DZ2 構成， D8、D9、D10和D16的正極接開關控制的火線輸出端，負極并在一起，并連接到R38限流電阻 上，經(jīng)過R38的電流被C4濾波，形成直流電壓源；R35串接R37形成分壓效果后連接Q14的 基極，直流電壓源經(jīng)過R36連接到Q14的集電極，Q14的發(fā)射極連接Q13的基極，形成了從 R37以低壓信號控制Q13兩端直流電壓源的控制電路；DZ2正極連接3. 3V電源，負極連接 R37與R35的分壓點，并與Q15的發(fā)射極和集電極并聯(lián)。
3.如權利要求1所述的一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，其特征是所述整 流電路2由D1、D2、D15、DZ1形成整流橋，其中DZl與Rl串聯(lián)，Cl與Rl并聯(lián)濾波。
專利摘要本實用新型提供一種新型的單線取電多路控制墻壁遙控開關，包含了操作控制單元，單線取電電路，ADC模數(shù)轉換電路單元，電流偵測單元以及電流控制單元，其特征是單線取電電路是串聯(lián)到用電設備的雙整流電路，該取電電路包含開關閉合前的一路或多路整流電路1和開關閉合后整流電路2；該取電電路還包含低波紋低靜態(tài)功耗開關電路單元。本實用新型最大特點在于可以直接替代現(xiàn)有86型機械開關，無需改動室內任何布線方式和接線方式即可實現(xiàn)電路的開關控制。該開關與用電設備串聯(lián)，通過雙重取電設計，能夠在電路開啟前和開啟后以不同的模式從單線取電，從而實現(xiàn)在微功耗單片機控制電路基礎上進行照明和其他電器的開關控制，并能準確偵測被控電器是否處于正常的工作狀態(tài)。
文檔編號H02M7/12GK201577042SQ20092027482
公開日2010年9月8日 申請日期2009年12月29日 優(yōu)先權日2009年12月29日
發(fā)明者羅義, 肖大華, 謝彪 申請人:西安芯派電子科技有限公司