Zigbee智能开关和单火线取电技术
ZigBee智能开关的单火线电源解决方案
[关键词摘要] ZigBee 智能开关 智能家居 单火线取电 单火线供电 无线遥控开关 触摸开关 单火线解决方案 单火线电源模块 PI-3V3-B4一、智能开关简介智能开关，通常指微功耗单火线遥控开关或触摸开关，是一种新型的电子式墙壁开关系列产品。
它采用单火线取电技术，接线方式简单与普通墙壁开关完全相同，可与普通墙壁开关兼容、互换（真正实现免布线）；具有多种电子功能(开关、调光、定时、群控、场景等)，多种操控方式(触摸式、声光控、无线遥控、人体感应等)，可以满足多种场合、人群的不同需要。
它负载兼容性强，可以开关控制包括节能灯在内的各种电工或照明电路负载；可以满足白炽灯泡、节能灯、荧光灯、卤素灯、LED灯、吊扇（或电扇、排气扇）等的开关、定时控制工作。
它采用微功耗工作方式，开关流畅、谐波极小，符合节能环保的理念。
智能开关控制对象是照明、家电、门窗、防盗等全套电器，控制任务可以任意设置和改变，可以实现全开、全关、定时程控、场景设置等复杂操作功能，为人们提供了方便、舒适、时尚、节能的生活方式。
智能开关一般由中央控制系统、信息传感器、终端执行器（开关驱动装置），并采用信息总线、网络、有线载波、无线电等方式通信相连接而进行工作。
现在主流的控制方式是远程无线控制, 比如RF射频技术(315MHZ, 433MHZ对码开关)、IR红外技术、WIFI技术、蓝牙技术和ZigBee技术等，ZWAVE智能开关(868MHZ)，以及ZIGBEE智能开关(2.4G)等, 由于ZigBee技术具有通讯距离长、穿墙能力较强、发射功耗较低的特点，比较适合智能家居应用场合，成为智能开关的主流控制方式。
智能开关的技术难点: 由于单火线开关取任意一点电都是要流过灯具的（如下图），所以当开关的耗电量大于约为220V/50uA左右的时候，当电量达到灯具内部电容充电需求的时候，形成瞬间电流，一个小功率W数灯，比如2W的LED，就势必出现闪烁。
单火线取电电路原理_V2.0版本
单火线取电电路原理（V2.0版本）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单火线电源模块 PI-3V3-B4单线进出的两线制电子开关（以下简称为单火线电子开关）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（如智能家居中的ZigBee智能开关，具有无线线遥控、触摸感应等功能）。
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。
单火线开关的供电应用了单火线取电技术，一般是分成两部份来实现对控制电路的供电：关态供电（关态取电）和开态供电（开态取电），下面分别加以说明:1.关态供电（灯不亮，待机供电）：在关灯的时候，即可控硅截止不导通的状态下主要是由微功耗电源模块PI-3V3-B4来实现取电的（参以下电路原理图），单火线电源模块PI-3V3-B4负责把220V的电网电压变成3.3V的稳定的低压直流输出。
从图1的路径中看到，市电电网电源从零线（N）通过灯负载（LAMP）经过整流二极管D5，然后串入了限流电阻R1加到电源模块PI-3V3-B4的高压输入脚(IN)，由电源模块的公共接地端（GND）经桥式整流器（D1-D4）中的一个二极管（D1）回到电网的火线端（L）形成一个电流回路。
使得电源模块有高压电源输入，低压输出端（OUT）就有了3.3V的稳定直流电压输出供给控制电路（如控制芯片、无线模块等）使用。
有些朋友会问：既然称为单火线开关是不是不需要零线都能工作，其实“单火线”是相对电子开关盒来说的（只需要接入火线到开关盒中，不需要接入零线到开关盒中）,对整个电路来说，实际上也是经过零火线来工作的，只不过借用了灯具作为连接零线的通路，这就产生了一个问题，由于节能灯或LED类灯具只要通过很小的电流，在关灯时都会产生闪烁发光现象，特别是LED灯闪光的时候非常亮，这个电流一般不能大于30μA，当然有些灯具大一些（例如100μA）也不会闪，但为了做成的开关能适应更多的灯具这个电流是越小越好。
单火取电和零火布线的区别
单火取电和零火布线的区别近期，博力恒昌科技宣布，Zigbee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Zigbee单火智能开关提供商。
随着Zigbee单火智能开关的成功推出，智能家居可以完全摆脱布线的困扰，真正实现“无线”的智能家居系统。
传统的智能家居的控制方式主要有两种，一种是通过“有线”来传输控制信号，这些线包括电力线、485总线、CAN总线等等。
采用有线控制方式的智能家居，必须在装修之时考虑到系统的需求，在主控机和各个终端设备之间布上控制线。
这种方式造成系统安装和维护相对困难。
同时，也造成已装修完毕、不想破坏现有装修的家庭无法安装使用智能家居系统。
另一种方式是通过“无线”的方式来传输控制信号，对于无线的方式，其控制信号是通过射频信号来传输的，无需在主控机和设备间布设信号控制线。
但是仅仅是控制信号通过无线传输还不能真正摆脱“线”的束缚，原因在于智能开关需要有电力供应才能工作。
可是，国内外普通家庭大多为单火线布线，也就是说，在墙壁开关上只有一根火线引入，智能开关不能直接从电网中获得电力供应。
解决无线智能开关供电问题有两种方式，一是把零线引入到开关盒中，这需要重新所有的开关进行布线，同样会破坏现有的家庭装修；另一种是采用单火线取电技术。
以下是单火线取电技术的示意图：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，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在环境的特殊性，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。
适用于Zigbee 433 315 低功耗蓝牙通信智能开关的单火取电模块规格书(应用NP101A芯片)
概述取电模块特点超低功耗、超宽范围输入的DC—DC 电源模块，具有很高的转换效率。
工作电压9V~380V，最大输出电流50ma。
该电源模块以较低的生产成本为您提供十分优异的性能,普遍适用于非隔离型家电产品和智能家居产品等。
模块尺寸PCB尺寸如上图所示，模块厚度17mm。
管脚描述引脚名称输入/输出描述1 GND 地交流输入2 AC+ 直流电压输入交流输入3 12V 12V输出继电器版本使用4 VSS 3V输出地当上电初始化后，和GND端口等电位5 VDD 3V输出直流输出，3V应用原理图应用原理图（（仅供参考仅供参考））客户可以根据实际需要调整、修改开关功率器件控制方式。
或者选用不同的开关功率器件。
极限参数名称 极限值 输入电压 380V(直流) 输出电流 50mA 存储温度 -40~+150注意：如果使用中超过上述极限值可能会导致电源模块永久性损坏。
电气参数特性参数 测试条件最小值 典型值 最大值 单位工作电压 9 380 V 输出电压3.1 V 平均待机功耗VIN=320V空载3 uA 纹波 Iout=1mA50 mV 负载调整率VIN=320VIout=100uA~20mA 20 mV 电压调整率VIN=9V~330VIout=1mA20 mV 电源转换效率 VIN=320V Iout=310ua40 %Iout=1ma54 Iout=31ma65待机测试电流表使用UT61E 。
因测试仪器或者测试环境不同，可能测试结果会有所差异。
1.关灯待机时测试结果 （20uf 电容上直流电压为320V ）负载(Ω) 空载 10K 8K 4K 3K 2K 1K 500 300 200 100 输入电流(ua) 3.07.58.614.518.5264996156235460输出电压(V)3.13.13.13.13.13.13.13.13.13.13.092.输入电压低压段测试结果输入电流单位：uA负载电阻输入直流电压75V 65V 55V 45V 35V 25V 15V 1K 253 288 338 418 520 786 1341 3K 97 109 127 153 196 290 484 10K 42 46 53 62 78 111 191 最大输出电流电流单位：mA变压器初级线圈电感VIN直流输入电压最大输出电流10mh >22V 50>15V 40>13V 305mh >22V 24>15V 20>13V 20。
1-9 ZigBee单火开关模块使用说明书
ZigBee单火开关模块使用说明书（送样版）注意事项●请在室内环境使用●为确保您的人身安全，请找专业电工安装●请确认负载类型是否符合本设备要求参考《负载类型表》●金属的开关底盒会影响无线通信距离建议不要使用●无线通信距离会受到室内环境影响如：镜子、金属、电器等产品简介R11W2Z两路智能能灯光模块是一款采用ZigBee无线技术的灯光控制器，它采用了单火线取电技术、且体积小巧，可以安装在普通的开关底盒内。
支持两种类型面板：类型1:输出为常闭或常开(普通翘板式面板)类型2:按下闭合，松手断开(回弹式面板)负载类型表（量产版参数待定）负载类型最小负载功率最大负载功率白帜灯/卤素灯20W300WLED灯12W200W萤光灯14W300W节能灯7W200W如果负载功率小于最小负载功率或灯光负载工作异常，请增加功率稳定器配件，功率稳定器使用方法与负载并联使用，接线如下图：技术规格工作电压AC230V50HZ负载类型请参考负载类型表产品尺寸48*46*18mm工作温度负20~40℃工作湿度5-95%无线频率 2.4GHz无线距离模块通信距离100m指示灯状态备注：模块指示灯上电联网后常亮，有控制信号触发闪烁一次APP删除设备后模块进入快闪模式，任意按键（模块复位按键或者按键面板）可以进入联网慢闪模式设备连接与安装警告:为了您的人身安全，请找专业电工安装步骤三A:设备接线(一路灯光)步骤三B:设备接线(两路灯光)步骤四:接通照明电源(请确保线路无短路及接错)步骤五:配置并添加设备●配置设备模块功能a.配置模块开关回路：模块的回路功能切换需要在设备入网之前配置设置完成。
一路模式：快速按配置按钮按键两次,第三次长按3s以上，切换成功LED快闪三次。
二路模式：快速按配置按钮按键三次,第四次长按3s以上，切换成功LED快闪三次。
b.配置开关面板类型：翘板式面板：出厂默认回弹式：长按配置按钮按键3s以上，切换成功LED快闪三次。
从Aqara小米Zigbee智能开关谈单火线技术
从Aqara小米Zigbee智能开关谈单火线技术小米Aqara单火线ZigBee智能开关是在ZigBee协议基础上开发的由单火线供电的开关，它是ZigBee技术与单火取电技术的完美结合。
单火取电技术解决了智能家居电子开关的“免布线”安装问题。
由于国内的墙壁开关布线都只是一根火线，而现在一般智能家居的开关是零火线开关，需要两根线给它供电，安装智能家居开关就需要重新布设零线，装修好的房子就不方便安装智能家居开关。
而采取单火取电技术，就可以解决这个难题。
【什么是单火线】一些朋友不理解什么是单火线，也很奇怪一根火线怎么取得电压和电流。
下面分别加以讲述。
大家知道，国内220V电网市电有两根线：一根火线（符号L，标准颜色为红色或者其他棕色）和一根零线（符号N，标准颜色为黑色、蓝色或者冷色），此外为了保护人身安全有些电器(如洗衣机、电冰箱等）加设了一条保护地线（符号E，标准颜色为黄绿相间）。
当用电器同时接入火线和零线时，就会形成电流，用电器才能正常工作。
图中是一个简单的开关、灯泡的电路。
当开关断开时，灯泡实际只连接了一条线，没有电流，灯不会亮；当开关闭合时，电流流过灯泡，电灯发光。
传统的机械墙壁开关盒，就是利用弹簧和机械结构控制火线的通断，一进一出两根线实际都是火线，这种接法就是“单火线”。
对于电子智能开关(遥控或触摸)，内部有一套精密的控制电路，取代了手动操作的机械结构，来控制线路的通断。
但无论开关是通是断，这套控制电路本身都需要电源，以保证持续不断的工作。
不闪烁的智能开关单火线工作示意图如下所示：不闪烁的智能开关单火线取电电路原理图如下所示：实际测试过小米Aqara小米单火线Zigbee智能开关，总的来说产品做的还是非常不错，尤其是电子用料舍得花血本，软件优化也做的非常好（非常省电，可见软件工程师是非常厉害的尤其对Zigbee协议及底层硬件函数非常清楚能够自由修改），唯一不足之处就是硬件这块单火线部分有所缺陷（采用了开关电源芯片：UCC28910），查这款芯片的规格书看到“实现小于30mW 的同类产品中最佳待机功率”，30mW是一个硬伤，无论软件如何优化省电，但是用UCC28910做的电源本身却是功耗很大，这也不奇怪论坛里面反应许多小功率LED灯闪炼了。
单火线取电技术
单火线取电技术【关键词摘要】单火线ZigBee 智能家居智能开关无线遥控开关触摸开关单火线取电单火线供电变压器电源变换超微功耗电源转换器PI-3V3-B4 PI-05V-D4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烁（俗称“鬼火”）等问题。
单火线智能开关的DC供电电源(或者电源模块)设计需要重点考虑两个问题：一方面尽可能的降低待机功耗: 减小待机电流，避免出现灯关后闪烁或者微亮；另一方面是单火线的取电问题: 提供足够的输出电流给电子开关控制电路(如专用控制IC、MCU、红外接收头、RF遥控模块、ZigBee芯片、继电器或者可控硅等)。
由于电子开关工作时取电是通过开关断开时的两端压差来取电的，当开关闭合时就没有了压差无法取电，这样就会导致控制电路开时失电失控问题。
对于这一问题，有很多的解决办法出现，但有些还是比较复杂，电路成本也较高。
目前市场上一些单火线电子开关的取电方式主要有：方案一：变压器电源变换取电法其实现方式是先将主回路电流整流，再经电子变压器进成DC-DC转换取出直流电作为控制电流。
变压器电源变换取电方案的优点是：成品较低。
其缺点是：电路稳定性较差，生产调试非常困难且不良品较高，另外负载兼营性也是非常有限：因为变压器转换方式效率很低（有些人标示为85%，实际测试一般为35%左右）功耗较高，带节能灯或LED灯可能会出现关不断的现象而出现闪烁现象，所以不能控制小功率的负载。
Zigbee单火线智能开关介绍(涂鸦Zigbee3.0网关控制版本)
适用主流灯具告别单火闪烁不用防闪配件内外无需电池安装无需改线兼营传统双控性能安全稳定本产品采用涂鸦Zigbee模块及定制固件，需要搭配涂鸦ZigBee网关使用。
采用涂鸦Zigbee模块的单火版智能开关，支持手机APP远程控制、本地按键控制、智能语音控制，兼营传统双控，为我司在多年单火线核心技术持续研发及丰富经验积累的基础上，推出的高品质单火智能开关，攻克了市面上现有常见单火开关多种技术难点，解决了单火线微亮闪烁和不稳定易烧坏的难题(越来越多的智能家居生产企业、尤其那些品质至上的行业龙头品牌企业，在经过无数测试及长期比较后选择了这种成熟稳定的单火线技术方案，只因为相信我们：专门做单火，做的更专业。
在此感谢众多老客户长期以来的支持与厚爱，我们唯有更加努力提供更好的优质产品给广大客户。
)产品特色：告别单火闪烁：采用先进的单火线技术,无需电池,拒绝“伪”单火线,不必外接“防闪烁”配件。
迅迪电子-专门做单火，做得更专业。
适合主流灯具：如白炽灯、LED灯、节能灯、荧光灯、日光灯、灯丝灯、灯带灯、吸顶灯、吊灯、壁灯、射灯等。
安装无需改线：直接安装替换传统开关,无需重新布线。
兼营传统双控：智能开关和传统机械双控开关联动实现总体双控(限双控版本）。
质量稳定可靠：采用大功率继电器结合先进抗粘合驱动技术，负载更大，支持每路3W到2200W的各种主流灯具；采用开关电压过零保护技术。
可消除如LED灯开启瞬间的大电流冲击，保证开关的可靠性和寿命。
采用普通继电器控制，性价比高于磁保持继电器（使用磁保持继电器的优点是功耗低，但其缺点也明显：价格贵成本高，三路以上更为明显）。
功能亮点：1、手机控制：涂鸦APP远程控制，APP内可分享给家庭成员控制。
2、语音控制：支持Alexa、Google Assistant、小爱、小度、天猫精灵等语音控制。
3、按键控制：兼营传统操控习惯。
4、场景控制：支持场景联动,可设置定时开关,情景模式开关。
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ZigBee智能开关和单火线取电技术
【关键词摘要】ZigBee智能开关免布线单火线取电技术单火线电源模块PI-3V3-B4 PI-05V-D4 电子开关触摸开关
ZigBee智能开关，是基于ZigBee协议而设计的智能开关，主要用于家庭常用灯具、电器的开关。
与普通智能开关相比，它具有自组网功能，无需对码学习，简单易用；并且与主机配合，即可通过手机、电脑、平板电脑、ipad等移动终端，实时查看并远程操控家中灯光、电器的开关（即使远在离家千里以外的地方，也能随意切换开关）。
实现无线布控，用户可以远程操控开关的启闭，具有成本低、操作简单、稳定性高、抗干扰能力强、电力损耗小，散热速度快，使用寿命长、维修方便、安全性好等优点，在室内布置后，房间里所有的灯都可以在每个开关上控制，并且房间里所有电灯的状态会在每一个开关上显示出来（实现对远程灯光状态双向信息的查询和反馈功能）。
ZigBee智能开关应用广泛，适用于家庭、办公、医院和酒店等场合，是当前智能开关的主流。
ZigBee智能开关通常分为1 开、2 开、3 开，支持触摸控制，支持遥控控制，支持智能远程控制，并带状态反馈功能。
单火线ZigBee智能开关是在ZigBee协议基础上开发的由单火线供电的开关，它是ZigBee技术与单火取电技术的完美结合。
单火取电技术解决了智能家居电子开关的“免布线”安装问题。
由于国内的墙壁开关布线都只是一根火线，而现在一般智能家居的开关是零火线开关，需要两根线给它供电，安装智能家居开关就需要重新布设零线，装修好的房子就不方便安装智能家居开关。
而采取单火取电技术，就可以解决这个难题。
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烁等问题，这个难题一直是国内外限制单火线（单极）智能开关发展的最主要技术瓶颈，成熟稳定的单火线供电技术是有效突破这个技术瓶颈的必要手段。
真正的ZigBee单火线智能开关采用了成熟稳定的单火线供电技术，无需在负载的零火线两端并接任何避免某些灯具闪烁的所谓“安规电容”或“抗干扰电阻”! （安装这类组件存在诸多缺陷：负载兼营性不强，发热及耗电，并且有极大的安全隐患!）
采用成熟稳定的单火线供电技术和ZigBee 技术，解决了现有技术中功耗高、成本高、组网能力差、传输距离短、安全性低、兼容照明灯具少等技术问题。
ZigBee智能开关内部装有单火线取电模块（如可控硅专用型PI-3V3-B4，继电器专用型PI-05V-D4等)来实现单火线输入，布线方法与传统开关相同，安装方便，无需凿墙，不用改动任何线路，直接替换原有墙壁普通机械开关。
在智能开关内部置入ZigBee模块（如CC2530等），可以无限自由组网，能够将所有家电融合到系统中，从而实现通过手机APP、电脑、ipad等移动设备控制家中所有灯光、电器，并且能够实时显示灯具及电器被控制的真实状况。
采用成熟稳定的的单火线取电技术的智能开关具有如下特点：
1.单火线控制，直接替换原有墙壁普通机械开关，无需重新布线，直接替换传统86开关，无需另接零线，无需改动灯具任何线路，可手控也可遥控，相互无影响，安装简
单，快捷安全；
2.超低的待机功耗，待机时灯具无闪烁现象；
3.大幅度兼容常用照明灯具(如LED灯、节能灯、日光灯、白炽灯，荧光灯、钨丝灯等)，不必外部驳接接电容电阻等配件；
4.采用多路供电技术，待机功耗更小，并且供电不分主次，有效避免了有一路灯具损坏而导致整个开关产品不能使用的情况发生；。