单线进出的电子开关(单火供电) 单火取电
单线进出的电子开关(单火供电) 单火取电
单线进出的电子开关（单火供电）单线进出的电子开关（以下简称为单线电子开关）有着广阔的应用前景：一方面它可以直接代换家居中非常普及的墙壁开关，安装和代换都很方便；另一方面还可以方便地实现遥控或智能控制。
然而，正因为只有单线进出，在开关闭合时，开关两端电压几乎为零，电子开关的自身供电难以解决；况且又由于开关所控制的负载不确定性，使得这个问题难上加难。
笔者设计并制作了一款单线电子开关的电源电路，巧妙的解决了这一难题。
现介绍给大家。
一、性能简介：该电路的优点是：⑴电路采用电流互感器原理来升压，巧妙解决了自身供电难题；⑵采用二极管限幅，又解决了因为负载电流的变化而影响电路自身电源不稳定的问题，可以驳接感性负载和容性负载；⑶它还具有自身压降小、功耗小等优点。
二、工作原理：如图：电源电路如虚线框所示，电路左边AB端为单线进出端，和负载串联后接在220V市电上；右边CD端是电子开关的电源低压供电端。
单向可控硅SCR作为负控制载的通断的开关，可控硅导通相当于开关闭合；微型变压器B1是解决电子开关导通时自身电源的供给；二极管D1D2并接在变压器的初级，将初级电压限制在0.7V左右，可以防止微型变压器初级线圈烧坏，也可以防止因负载电流过大而造成输出电压过高。
当开关处于截止状态时，可控硅截止，此时，市电通过全桥Q1整流、然后通过电阻R1分压后给电子开关提供低压直流电，保障了待机电源的供给。
当开关导通状态时，可控硅已被触发导通，相当于开关闭合，负载得电而正常工作。
负载回路中有电流流过，必然有电流流过变压器的初级线圈。
由微型变压器升压，然后通过全桥Q2整流后，同样能给电子开关提供低压直流电。
可见，不论电子开关导通还是截止，都能够解决电子开关电路的自身供电问题。
三、器材选用与调试：1.图中可控硅、二极管、桥堆应根据负载电流大小而选定，击穿电压要在400V以上。
2.微型变压器B1选用EE12以下的微型铁心。
制作时，可以通过调整线圈匝数和匝数比，使次级输出电压达到电路的要求。
单火线取电技术
国内的开关布线都是一根火线，智能家居的开关需要一根线单独给它供电，这样就需要两根线，安装智能家居就需要重新布线，装修好的房子就不能安装智能家居，有的厂家为了解决这个难题，采取单火取电技术。
单火线取电技术的难点在于，在灯具关闭时，单火智能开关是和灯具串联后接入电网的，所以流过智能开关和灯具的电流大小是一样的，电流小就会导致智能开关电路不能工作，如果电流过大就会导致灯具会有间歇性闪光或白炽灯关闭时有红丝等问题。
还有负载类型变化也会引起电流的变化，从而导致开关控制电路工作不稳定等，单火电源干扰造成无线电遥控距离近不稳定等。
单火智能开关因其工作环境的特殊性，对待机和工作能耗的要求更是苛刻，所以，微功耗单火待机和工作电源电路的研发难度非常大，到目前为止这仍是国内外限制单火线（单极）智能产品发展的最主要技术瓶颈。
博力恒昌公司研发生产的Z i g b e e智能开关单火取电技术已被攻克。
这意味着博力恒昌科技已经成为全球首家Z i g b e e单火智能开关提
供商。
实用新型公开了一种单火线取电装置，连接于火线与控制系统之间，包括并行的闭态取电模块和通态取电模块；所述闭态取电模块由串接的全波整流和隔离变电压器构成，所述通态取电模块为双MOS管取电器。
本方案采用全波整流、隔离电压器闭态取电、双MOS管通态取电，使得取电性能大大提升，在控制小功率节能灯和日光灯方面表现出色，不会出现闪灯、开关断电等情况；其取电更稳定，能获取的闭态工作电流更大。
相比零火取电更加节能和高效，在安装上更是零火取电不能企及的。
单火开关
(原文件名:开关1.JPG)最简单的机械开关的电原理图，贴这张上来只为了说明，开关动作的过程中，是需要输入能量的。
(原文件名:开关2.JPG)用电子电路代替人手来操作，在开关动作的过程中，也是需要输入能量的，不过能量的来源是市电。
但是这种电子电路只能用在开关不能完全闭合的电路中，如调光器上，如果开关完全闭合，则控制电路没有能量的输入，最终会造成电路的失控。
(原文件名:开关3.JPG)单火控制开关的真正简化电路，这个与上一张图的差别是开关的回路里串了一个开态取电电路，所以此开关是可以完全闭合的。
控制电路在开关闭合时，是通过开态取电电路提供能量的。
为了实现回路的开关，我们最常用的开关器件有：继电器，可控硅和晶体管。
这里先讲继电器开关：(原文件名:开关4.JPG)最简单的继电器实现开关的方法，控制电路给出一个信号，继电器就吸合。
电路中有一个关态取电的二极管，提供关态时300V的高压。
另外电路中还有开态取电电路，也就串在继电器回路中的MOS管，外加一个二极管。
在继电器吸合后，通过MOS管的通断，从回路中取出12V电。
(原文件名:开关5.JPG)这个电路与上一个电路的差别是继电器的控制电路中增加了RC器件，它利用的继电器一个重要的特性，即继电器在吸合后，只需维持一个较小的电流，继电器还会维持吸合状态（维持电流约为正常工作电流的20%左右）。
增加此电路的意义是可以降低继电器工作时的电流，这对供电本来就很紧张的单火开关来说是非常重要的。
(原文件名:开关6.JPG)这个电路只是上一个电路的变种，基本工作方式差不多，但差不多也是有差别的，上一个电路中，控制电路可以短时间连续控制继电器的开关，不过前提是供电电路能供得上电，不过单火开关最大的问题就是供电，所以经常出现连续动作几次后，电路突然失控的情况，其原因就是因为继电器是用电大户，连续工作几次后，会将供电电路的电压拉下来，进而造成整个单火开关的失控。
而下一面的电路中，继电器不能短时间连续动作，在吸合瞬间对供电电路的影响较小，相反在继电器松开时，会对供电电路有所影响。
单火线取电电路原理
目前二线制无零线输入电子墙壁开关除供电电路之外的其它电路如控制电路、驱动元件等的供电大多采用在开关关闭时由关态供电电路在电力线路的电压回路中取电的方法即关态供电方法其电路称为关态供电电路以及在开关开启时由开态供电电路在电力线路的电流回路中取电的供电方法即开态供电方法其电路称为开态供电电路。
关态供电方法一般采用阻容降压整流滤波或变压器降压整流滤波当开关关闭时由于开关的控制电路需要维持正常待机工作会消耗较小的功率而在开关开启的瞬间开关消耗较大的功率用继电器作为开关的驱动元件更是如此。
即使控制电路及微控制器在开关关闭时的待机功耗很低为了保证开关的正常开启需要较大的关态供电电流大于等于开关的最大工作电流否则开关开启的瞬间电压迅速下降使得控制电路不能继续正常工作。
因此在开关关闭时仍有较大的待机电流流过开关当负载为节能灯或日光灯时灯具会发生闪烁现象。
为了不使灯具闪烁有的采用在负载两端并联阻容元件作为负载连接器的方法这就增加了安装难度使电子开关难以推广。
基于以上问题本文提供了一种用于二线制电子开关的供电电路在开关关闭时给控制电路提供很小的电流用以维持待机工作开关开启的瞬间先由控制单元控制关态供电单元提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件使开关开启然后转入开态供电状态。
当开关关闭时控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率使电源滤波电容两端的电压维持在额定值。
有效地解决了负载灯具闪烁的问题。
供电电路如图1所示包括开态供电单元、关态供电单元及稳压滤波单元其特征在于关态供电单元还包括瞬态电流控制电路开关开启的瞬间先由控制单元的控制端口发出控制信号给与其相连的瞬态电流控制电路瞬态电流控制电路通过稳压滤波单元提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件再由控制单元控制驱动元件使开关开启转入开态供电状态。
当开关关闭时控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率使电源滤波电容两端的电压维持在额定值然后瞬态电流控制电路维持很低的电流供控制单元进入休眠待机状态时使用。
单火线电源设计
取电方案（二）
方案二:超微功耗电源转换器取电法
市场上出现一些一体化的小体积微功 耗单火 线电 源模块 （如可控硅专用型PI-3V3-B4 ， 继电器专用 型PI-05V-D4等） ， 由于其专业化程度比较高 、性 能稳定 、无需调试 ， 能够满足各类负载功率（如 : 小 功率LED灯 、大功率电器等） 及负载类型（包 括阻性 、容性 、感性负载 ， 如白炽灯 、荧光灯 、节 能灯 、LED灯 、节能灯等） 的应用要求 ， 特别是可
零火线概念及应用
零火线智能开关: 零火线是指进入墙壁开关中的输入线有 两根 ， 一根火线 ， 另一根零线， 直接连接到开关 ， 因此墙壁开关上有两根输入线 ， 即输入火线和输入零线 ， 开关中的电
因此可以合并 ， 但有时为了接线方便也可分开 ， 表面上看两进两出是四线 ， 但实质是三
线 ， 因此俗称三线制。
路控制一根火线的通断后 ， 输出一火线去连接负载 ， 输入零线与输出零线为同一根线，
适用性广: 火零线的开关相对于单火线来说价格更 优惠 ， 性能更稳定性 ， 但因需要零线， 所以一般的已经装修好的房子很难更 换 ， 需要重新布线才能实； 适用于新装修的房子比 较合适 。 不管是单火线还是火零线的开关 ， 各有千秋 ， 用户可根据实际情况 、实际用途 进行选择。
单火线开关设计
文档整理时间： 20170508
负载不允 许短路
单火线开关示例
单火线取电的产生
由于国内外普通传统机械墙壁开关盒 大多为 单火线 布线（ 为节省 成本没 有预设 “多余的 ”零线） , 而在智能家居升级实现智能化改造时往 往要求 新型智 能开 关能直接代换旧有的机械墙壁开关 无需重 新布线 , 为了解决这个难题 , 所以新 型电子智能开关都必须要求采用单火 线供电 方式 , 其核心就是单火线取电技
单火线供电智能开关取电回路的设计与研究
第19卷第2期2021年3月Vol.19No.2Mar.2921电源学报Journal of Power SupplyDOI：10.13234/j.issn.2095-2805.2021.2.128中图分类号:TN703文献标志码:A单火线供电智能开关取电回路的设计与研究惠亮亮1,王开铭2,陈华泰2,王江彬3(1.陕西铁路工程职业技术学院，渭南714000；2.国网白银供电公司，白银730900；3.西安交通大学电气工程学院，西安710049)摘要：设计了一种单火线供电智能开关的取电回路。
首先分析了单火线供电智能开关的基本工作原理，并对待机取电回路加以分析，在此基础上提出了两种单火线供电智能开关的设计方案；然后通过两种设计方案的对比，选取基于电源模块辅助取电回路设计方案，给出了具体的原理图，并搭建实验测试平台；最后在实验平台上测得该单火线智能开关在待机状态、工作状态以及通断过程中各个结点的实验波形。
理论分析及实验结果表明，该设计方案下的单火线供电智能开关具有一定的正确性和有效性。
关键词：单火线；供电；智能开关；取电回路Design and Research of Intelligent Switch Power-taking Circuitfor Single-fire-wire Power SupplyHUI Liangliang1,WANG Kaiming2,CHEN Huatai2,WANG Jiangbin3(1.Shaanxi Railway Institute,Weinan714000,China;2.State Grid Baiyin Power Supply Company,Baiyin730900,China;3.School of Electrical Engineering,Xi'an Jiaotong University,Xi'an710049,China)Abstract:A power-taking circuit for a single-fire-wire power supply intelligent switch is designed.First,the basic working principle for this switch is analyzed,and the standby power-taking circuit is analyzed.On this basis,two design schemes for the single-fire-wire power supply intelligent switch are proposed.Then,through the comparison between the two design schemes,the design scheme for the auxiliary power-taking circuit based on a power module is selected,and the specific schematic diagram is drawn.In addition,an experimental test platform was built.Finally,the experimental waveforms of the single-fire-wire intelligent switch in standby state,working state and the on-off process were measured at each node on the experimental platform.The theoretical analysis and experimental results show the correctness and effectiveness of the single-fire-wire power supply intelligent switch under the design scheme.Keywords:single-fire-wire;power supply;intelligent switch;power-taking circuit智能开关因其独特的优势成为传统机械式墙收稿日期：2018-12-15；录用日期：2019-04-04基金项目：渭南市2019年度重点研发计划资助项目(2019ZDY F-JCYJ-127)；陕西铁路工程职业技术学院自然科学基金资助项目(Ky2018-78)；陕西铁路工程职业技术学院供电科技创新团队资助项目(KJTD201901)；陕西铁路工程职业技术学院2019年中青年科技创新人才资助项目(KJRC201905) Project Supported by Weinan City Key R&D Plan Project in 2019(2019ZDYF-JCYJ-127);Research Foundation of Shaanxi Railway Institute(Ky2018-78);Shaanxi Railway Institute Power Supply Technology Innovation Team(KJTD201901);Shaanxi Railway Institute Middle and Young Technological Innovation Talents in2019(KJRC201905)壁开关的更新换代产品，它为智能家居的实现提供了一个良好的思路，也为远程智能控制提供了可行性，使家居灯光控制和电器开关控制变得更加智能化和人性化同时，国内外普通家庭大多为单火线布线，由于金属导线越来越昂贵，多走一根线的成本远高于开关本身实施单火线增加的成本，所以近年来生产智能开关的厂家及相关科研人员都在单线制这一技术领域投入了大量的人力和物力进行研究。
单火线电子照明开关单火取电的研制心得(附电路原理图)
关键词摘要：两线制单火线智能家居无线遥控触摸感应ZigBee智能开关单火线取电技术超微功耗单火线电源模块PI-3V3-B4 PI-05V-D4前言随着智能家居的快速发展，单火线智能墙壁开关(只有单根火线进/出，不需要零线)成为了传统机械墙壁开关的升级换代(直接替代)产品，实现了灯具和电器开关的智能化控制(如声控开关，触摸开关，红外线遥控开关，人体感应开关，手机控制WIFI 智能开关等)。
并且，国内外普通家庭大多为单火线布线，在升级实现智能化改造时往往要求新智能开关能直接代换旧有的机械墙壁开关，更换时无需重新布线。
所以开发新型电子智能照明开关都必须要求采用单线制(2 Wire 两线制)的单火开关。
根据电子常识可知，凡是电子智能照明开关本身都需要消耗一定的电流，在待机时，由于单火线开关待机取电是通过流过灯具的电流给智能开关的控制电路供电的，如果待机输入电流太小就会导致待机电路不能正常工作，如果待机输入电流太大就会导致灯具关闭后还会有闪烁或微亮(出现“关不死”的现象)等问题。
特别是高阻抗的电子节能灯和LED灯(例如: 高效节能灯和AC直接驱动的AC LED灯具)，对待机电流更为敏感。
单火线开关闪烁的原因是什么?电子开关为什么接白炽灯不会闪烁，而接节能灯和LED灯就会闪烁呢？这与节能灯(或LED灯)以及电子开关的自身构造都有关系：由于电子开关是用电子电路组成的控制开关，就一定要消耗一定的电流，这一电流必定要通过串接在电源回路中的节能灯(或LED灯)。
由于电子节能灯(或LED灯)内部电路结构的特殊性，即使流过节能灯(或LED 灯)的电流很小，也会使节能灯产生不同程度的闪烁现象。
下面分析其中原因：节能灯(或LED灯)内部电路一般采用了桥式整流电容滤波电路，如下图：当电子开关本身消耗的微小的电流通过火线经灯具内部的桥式整流电路的滤波电容C时，这一很小的电流向灯具内部电容C充电，当灯具内部电容C上的直流电压充到一定的程度时（约50V左右,不同的灯电路会有些差别），节能灯内部的电子电路就会恢复工作而使节能灯(或LED灯)点亮，这时电容C两端的电压因为放电而随则会下降，然后再开始下一回合的充电及放电过程。
单火线取电电路原理
目前二线制无零线输入电子墙壁开关除供电电路之外的其它电路如控制电路、驱动元件等的供电大多采用在开关关闭时由关态供电电路在电力线路的电压回路中取电的方法即关态供电方法其电路称为关态供电电路以及在开关开启时由开态供电电路在电力线路的电流回路中取电的供电方法即开态供电方法其电路称为开态供电电路。
关态供电方法一般采用阻容降压整流滤波或变压器降压整流滤波当开关关闭时由于开关的控制电路需要维持正常待机工作会消耗较小的功率而在开关开启的瞬间开关消耗较大的功率用继电器作为开关的驱动元件更是如此。
即使控制电路及微控制器在开关关闭时的待机功耗很低为了保证开关的正常开启需要较大的关态供电电流大于等于开关的最大工作电流否则开关开启的瞬间电压迅速下降使得控制电路不能继续正常工作。
因此在开关关闭时仍有较大的待机电流流过开关当负载为节能灯或日光灯时灯具会发生闪烁现象。
为了不使灯具闪烁有的采用在负载两端并联阻容元件作为负载连接器的方法这就增加了安装难度使电子开关难以推广。
基于以上问题本文提供了一种用于二线制电子开关的供电电路在开关关闭时给控制电路提供很小的电流用以维持待机工作开关开启的瞬间先由控制单元控制关态供电单元提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件使开关开启然后转入开态供电状态。
当开关关闭时控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率使电源滤波电容两端的电压维持在额定值。
有效地解决了负载灯具闪烁的问题。
供电电路如图1所示包括开态供电单元、关态供电单元及稳压滤波单元其特征在于关态供电单元还包括瞬态电流控制电路开关开启的瞬间先由控制单元的控制端口发出控制信号给与其相连的瞬态电流控制电路瞬态电流控制电路通过稳压滤波单元提供较大的工作电流给控制单元和驱动元件再由控制单元控制驱动元件使开关开启转入开态供电状态。
当开关关闭时控制单元控制关态供电单元提前进入大电流工作状态迅速补充开关关闭瞬间控制单元和驱动元件消耗的功率使电源滤波电容两端的电压维持在额定值然后瞬态电流控制电路维持很低的电流供控制单元进入休眠待机状态时使用。
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单线进出的电子开关（单火供电）
单线进出的电子开关（以下简称为单线电子开关）有着广阔的应用前景：一方面它可以直接代换家居中非常普及的墙壁开关，安装和代换都很方便；另一方面还可以方便地实现遥控或智能控制。
然而，正因为只有单线进出，在开关闭合时，开关两端电压几乎为零，电子开关的自身供电难以解决；况且又由于开关所控制的负载不确定性，使得这个问题难上加难。
笔者设计并制作了一款单线电子开关的电源电路，巧妙的解决了这一难题。
现介绍给大家。
一、性能简介：
该电路的优点是：⑴电路采用电流互感器原理来升压，巧妙解决了自身供电难题；⑵采用二极管限幅，又解决了因为负载电流的变化而影响电路自身电源不稳定的问题，可以驳接感性负载和容性负载；⑶它还具有自身压降小、功耗小等优点。
二、工作原理：
如图：电源电路如虚线框所示，电路左边AB端为单线进出端，和负载串联后接在220V市电上；右边CD端是电子开关的电源低压供电端。
单向可控硅SCR作为负控制载的通断的开关，可控硅导通相当于开关闭合；微型变压器B1是解决电子开关导通时自身电源的供给；二极管D1D2并接在变压器的初级，将初级电压限制在0.7V左右，可以防止微型变压器初级线圈烧坏，也可以防止因负载电流过大而造成输出电压过高。
当开关处于截止状态时，可控硅截止，此时，市电通过全桥Q1整流、然后通过电阻R1分压后给电子开关提供低压直流电，保障了待机电源的供给。
当开关导通状态时，可控硅已被触发导通，相当于开关闭合，负载得电而正常工作。
负载回路中有电流流过，必然有电流流过变压器的初级线圈。
由微型变压器升压，然后通过全桥Q2整流后，同样能给电子开关提供低压直流电。
可见，不论电子开关导通还是截止，都能够解决电子开关电路的自身供电问题。
三、器材选用与调试：
1.图中可控硅、二极管、桥堆应根据负载电流大小而选定，击穿电压要在400V以上。
2.微型变压器B1选用EE12以下的微型铁心。
制作时，可以通过调整线圈匝数和匝数比，使次级输出电压达到电路的要求。
如：输出电压要求为5V，那么初级和次级的匝数比一般选在1：10左右便可。
3.如果将虚线内的电路封装成模块，那么就只5个接线端。
其中AB是进线端，CD是低压直流输出端，G为开关控制端。
这样，只要用它来给相应的电路供电，就可以做成单线进出的：“热释电人体红外线开关”、“亚超声遥控开关”，“人体感应电子开关”，“红外线遥控电子开关”等多种电子开关，应用前景可想而知。