單火閉態取電保護電路及智能開關的製作方法

2024-02-16 18:06:15

本實用新型涉及智能設備技術，尤其涉及一種單火閉態取電保護電路及包括該保護電路的智能開關。

背景技術：

智能家居控制系統中，家電控制器(如燈光控制器)的供電方式需要零、火線的情況，新裝修的用戶通過布線可以解決這個問題，但是對於已經裝修好的用戶，只有一條火線到達控制器，面對這種用戶的時候將無法正常使用。現在市面上的單火線產品並不多，尤其是當目前單火開關需要接入大功率容性負載時，在通電瞬間會出現幾百安培的浪湧電流，瞬間的大電流會作用在繼電器的小觸點上，引起高溫和觸點物質轉移，最終，經過多次的打火，會使得觸點粘連，無法斷開迴路，造成故障。

技術實現要素：

有鑑於此，有必要提供一種單火閉態取電保護電路及包括該保護電路的智能開關，其可解決現有技術中浪湧電流對於取電器件損壞的問題。

一種單火閉態取電保護電路，包括：抗浪湧保護電路、MOS取電電路、繼電器及智能模塊；所述抗浪湧保護電路與MOS取電電路並聯連接，所述抗浪湧保護電路及MOS取電電路的兩端分別與火線及智能模塊電性相連；所述抗浪湧保護電路包括可控矽及光敏矽雙向開關，所述可控矽的輸入端與火線電性相連，輸出端與所述繼電器電性相連，控制端與所述光敏矽雙向開關電性相連，所述光敏矽雙向開關還與智能模塊及MOS取電電路電性相連，所述繼電器的輸出端與與負載電性相連再接至零線。

作為上述技術方案的進一步改進，上述保護電路還包括穩壓二極體及第一電阻，所述穩壓二極體的負極與火線電性相連，正極通過所述第一電阻接地。

作為上述技術方案的進一步改進，所述穩壓二極體的正極還與所述光敏矽雙向開關電性相連，當所述繼電器閉合時，所述穩壓二極體被擊穿，所述第一電阻的分壓使所述光敏矽雙向開關內紅外發光二極體導通，從而觸發所述可控矽導通，所述火線、可控矽、繼電器及零線構成迴路。

作為上述技術方案的進一步改進，上述保護電路還包括第一三極體及第二電阻，所述第一三極體的發射極與所述光敏矽雙向開關電性相連，集電極接地，基板通過所述第二電阻接地並與所述智能模塊的I/O埠電性相連，所述智能模塊在浪湧電流完全洩放後，將所述I/O埠置為高壓平從而使所述第一三極體截止、所述光敏矽雙向開關即時斷開、所述可控矽在輸入電壓過零點時截止。

作為上述技術方案的進一步改進，上述保護電路還包括運算放大器、第一MOS管、第二MOS管及第三電阻，所述運算放大器的同相端與所述第一電阻的輸入端電性相連以從所述第一電阻取電壓，所述運算放大器的輸出引腳1經由所述第三電阻後分別與所述第一MOS管及第二MOS管的柵極電性相連，所述第一MOS管與第二MOS管的源極接地，所述第一MOS管的漏極與所述繼電器電性相連，所述第二MOS管的漏極與所述火線電性相連。

此外，本實用新型實施例還提供一種智能開關，其包括：智能模塊、開態取電電路、閉態取電電路及繼電器，所述開態取電電路的及閉態取電電路的輸入端與火線電性相連，輸出端與所述繼電器電性相連。

所述抗浪湧保護電路及MOS取電電路的兩端分別與火線及所述智能模塊電性相連；所述抗浪湧保護電路包括可控矽及光敏矽雙向開關，所述可控矽的輸入端與火線電性相連，輸出端與所述繼電器電性相連，控制端與所述光敏矽雙向開關電性相連，所述光敏矽雙向開關還與智能模塊及MOS取電電路電性相連，所述繼電器的輸出端與零線電性相連。

作為上述智能開關的進一步改進，其還包括穩壓二極體及第一電阻，所述穩壓二極體的負極與火線電性相連，正極通過所述第一電阻接地。

作為上述智能開關的進一步改進，所述穩壓二極體的正極還與所述光敏矽雙向開關電性相連，當所述繼電器閉合時，所述穩壓二極體被擊穿，所述第一電阻的分壓使所述光敏矽雙向開關內紅外發光二極體導通，從而觸發所述可控矽導通，所述火線、可控矽、繼電器及零線構成迴路。

作為上述智能開關的進一步改進，其還包括第一三極體及第二電阻，所述第一三極體的發射極與所述光敏矽雙向開關電性相連，集電極接地，基極通過所述第二電阻接地並與所述智能模塊的I/O埠電性相連，所述智能模塊在浪湧電流完全洩放後，將所述I/O埠置為高壓平從而使所述第一三極體截止、所述光敏矽雙向開關即時斷開、所述可控矽在輸入電壓過零點時截止。

作為上述智能開關的進一步改進，其還包括運算放大器、第一MOS管、第二MOS管及第三電阻，所述運算放大器的同相端與所述第一電阻的輸入端電性相連以從所述第一電阻取電壓，所述運算放大器的輸出引腳1經由所述第三電阻後分別與所述第一MOS管及第二MOS管的柵極電性相連，所述第一MOS管與第二MOS管的源極接地，所述第一MOS管的漏極與所述繼電器電性相連，所述第二MOS管的漏極與所述火線電性相連。

根據上述技術方案，由於引入了可控矽抗浪湧保護電路，閉態取電瞬間啟動保護以承受浪湧電流衝擊，保護取電電路的器件不受損；而保護電路在承受浪湧衝擊的同時，也可以進行取電，因此可以提供能量驅動智能模塊工作；浪湧電流消失後關閉抗浪湧保護電路，由智能模塊控制進入常態取電模式。

附圖說明

圖1為實施例1提供的智能開關的電路模塊圖。

圖2為實施例1的智能開關閉態取電電路模塊圖。

圖3為實施例1的閉態取電電路的電路圖。

具體實施方式

為更進一步闡述本實用新型為實現預定實用新型目的所採取的技術手段及功效，以下結合附圖及較佳實施例，對依據本實用新型的具體實施方式、結構、特徵及其功效，詳細說明如後。

參閱圖1，實施例1提供一種智能開關。如圖1所示，該智能開關的控制電路包括：智能模塊10、開態取電電路11、閉態取電電路12、繼電器開關電路13及負載14。可以理解的是，此處的智能開關是指所有開關類產品，包括單純的智能開關、插座、排插等。

本實施例中，開態取電電路11及閉態取電電路12均用於提供電量給智能模塊10，並由智能模塊10通過控制繼電器開關電路13的斷開和閉合來進行閉態取電模式及開態取電模式的切換。當繼電器閉合時，閉態取電電路12取電，開態取電電路11不工作，當繼電器斷開時，閉態取電電路12不工作，由開態取電電路11取電。開態取電電路11其輸入端與L線(火線)連接，輸出端與功率負載連接，再接至N線(零線)。

閉態取電電路12其輸入端與L線連接，輸出端與繼電器連接，最後連接功率負載，再接至N線，閉態取電電路12包括MOS取電電路121及與該MOS取電電路121並聯的抗浪湧保護電路122。在閉態取電電路12工作下，通過智能模塊10控制抗浪湧保護電路122停止工作，以使MOS取電電路121正常工作。

智能模塊10接收、發送無線信號與外界進行通信，並執行接收到的信號控制繼電器的閉合、斷開。該信號即是對繼電器開關電路13進行閉合或斷開的控制信號。

參閱圖2，閉態取電電路12可包括：可控矽15及光敏矽雙向開關16。可控矽15的輸入端與火線電性相連，輸出端與繼電器電性相連，控制端與光敏矽雙向開關16電性相連，光敏矽雙向開關16還與智能模塊10及MOS取電電路121電性相連，所述繼電器的輸出端與負載14電性相連後接至零線。

在繼電器閉合時，光敏矽雙向開關16在MOS取電電路121啟動之前檢測到信號，並驅動可控矽15導通，因此浪湧電流直接從L線、可控矽15、繼電器、N線組成的迴路洩放，由於可控矽15導通時陽極、陰極壓降很小，故並聯在它兩端的MOS取電電路121電壓無法滿足啟動條件，當浪湧電流洩放完成後，智能模塊10輸出使光敏矽雙向開關16截止的信號，當光敏矽雙向開關16截止時，可控矽15導通驅動信號消失，並截止，此時L線、MOS取電電路121、繼電器、N線組成導通迴路，使電路正常工作。

參閱圖3，其為圖2的所示的閉態取電電路12的一個具體的實施例的電路圖。閉態取電電路12包括：穩壓二極體D10，其負極與L線電性相連，正極經由第一電阻R6接地。穩壓二極體D10的正極還與光敏矽雙向開關16電性相連，當繼電器閉合時，穩壓二極體D10被擊穿，第一電阻R6的分壓使光敏矽雙向開關16內紅外發光二極體導通，從而觸發可控矽15導通，火線、可控矽15、繼電器及零線構成迴路。

閉態取電電路12還包括第一三極體Q8，其發射極與光敏矽雙向開關16電性相連，集電極接地，基極通過第二電阻R3接地並與智能模塊10的I/O埠(CT3)電性相連；智能模塊10在抗浪湧電流完全洩放後，將I/O埠(CT3)置為高壓平從而使第一三極體Q8截止、光敏矽雙向開關16即時斷開、可控矽15在輸入電壓過零點時截止。

閉態取電電路121還包括運算放大器LM358、第一MOS管Q1、及第二MOS管Q3。運算放大器LM358的同相端與第一電阻R6的輸入端電性相連以從第一電阻R6取電壓，運算放大器LM358的輸出引腳1經由第三電阻R7後分別與第一MOS管Q1及第二MOS管Q3的柵極電性相連，第一MOS管Q1與第二MOS管Q3的源極接地，第一MOS管Q1的漏極與繼電器電性相連，第二MOS管Q3的漏極與L線電性相連。

閉態取電電路12還包括第二三極體Q4、第四電阻R8、第五電阻R14、及第六電阻R10。其中第二三極體Q4的發射極接地，集電極與第六電阻R10的第一端電性相連，基極與第四電阻R8的第二端電性相連，所述第四電阻R8的第一端與第三電阻R7的第一端、第五電阻R14的第二端電性相連，第五電阻R14的第一端接地。第六電阻R10的第一端與所述運算放大器LM358的反向端電性相連。所述運算放大器LM358的反向端還經由第七電阻R9與3.3V電源電性相連。

閉態取電電路121還可包括：第一電容C1、第二電容C2、瞬態抑制二極體D7、第一二極體D6、第二二極體D9及第三二極體D8。第一電容C1與所述第一電阻R6並聯。第二電容C2的第二端接地，第一端與12V電源電性相連。瞬態抑制二極體D7的正極接地，負極與穩壓二極體D10的負極相接。第一二極體D6的陰極與L線相接，陽極與第三二極體D8的陽極及第二MOS管Q3的漏極相接，第二二極體D9的陰極與第一二極體D6的陽極相接，陽極與12V電源相接。

閉態取電電路還可包括：第七電阻R1、第八電阻R2及金屬氧化物壓敏電阻MOV，第七電阻R1的第一端與L線及可控矽15的輸入端(2)相接，第二端與光敏矽雙向開關16的引腳6相接。第八電阻R2的第一端與可控矽15的輸出端(3)相接，第二端與可控矽15的控制端(1)及光敏矽雙向開關16的引腳4相接。金屬氧化物壓敏電阻MOV的兩端分別與L線及繼電器相接。

上述的閉態取電電路的工作流程如下：

當繼電器閉合後，由於L線電壓高於12V後擊穿12V穩壓二極體D10，並分壓於第一電阻R6，當第一電阻R6電壓達到光電耦合器U6內部砷化鎵紅外發光二極體導通壓降時，觸發可控矽15導通，電流從L線、可控矽15、繼電器、N線組成的迴路洩放。此時第一電阻R6失去電流迴路，導致壓降馬上下跌，低於光電耦合器U6導通壓降後，可控矽15控制極失去導通必要條件，在L線電壓過零點時截止，從而電壓又開始加載在穩壓二極體D10、第一電阻R6通路上，擊穿穩壓二極體D10後再第一電阻R6上形成電壓，如此循環往復。

在抗浪湧保護電路122啟動並保證浪湧電流完全洩放後，智能模塊10將其I/O埠CT3置為高電平，使PNP三極體Q8截止，光電耦合器U6截止並使光敏矽雙向開關16即時斷開，可控矽15控制極失去導通壓降，在輸入電壓過零點時截止。可控矽15截止後輸入電壓擊穿穩壓二極體D10並在第一電阻R6上分壓，由於運算放大器LM358同相端在第一電阻R6上取電壓，當運算放大器LM358的同相端電壓高於反向電壓時，運算放大器LM358輸出引腳1輸出高電平並接至第一MOS管Q1、第二MOS管Q3的柵極，使第一MOS管Q1、第二MOS管Q3同時導通，此時L線、MOS管、繼電器形成唯一電流迴路，第一電阻R6電壓下跌並最終使運算放大器LM358同相端電壓低於反向端電壓，從而運算放大器LM358輸出引腳1輸出低電平使第一MOS管Q1及第二MOS管Q3截止，L線電壓轉而擊穿穩壓二極體D10後加載在第一電阻R6上再次使運算放大器LM358同相端電壓高於反向端，輸出引腳1輸出高電平後再次使第一MOS管Q1、第二MOS管Q3導通，如此循環往復。

根據以上的技術方案，由於引入了可控矽抗浪湧保護電路，閉態取電瞬間啟動保護以承受浪湧電流衝擊，保護取電電路的器件不受損；而保護電路在承受浪湧衝擊的同時，也可以進行取電，因此可以提供能量驅動智能模塊工作；浪湧電流消失後關閉抗浪湧保護電路，由智能模塊控制進入常態取電模式。

以上所述，僅是本實用新型的較佳實施例而已，並非對本實用新型作任何形式上的限制，雖然本實用新型已以較佳實施例揭示如上，然而並非用以限定本實用新型，任何本領域技術人員，在不脫離本實用新型技術方案範圍內，當可利用上述揭示的技術內容做出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本實用新型技術方案內容，依據本實用新型的技術實質對以上實施例所作的任何簡介修改、等同變化與修飾，均仍屬於本實用新型技術方案的範圍內。