文章来自电子星球APP——《单火线智能开关技术介绍及分析》

作者：leo.zhao

单火线智能开关的概念

众所周知，国内220V电网市电有两根线：一根火线和一根零线，此外为了保护人身安全有些电器加设了一根保护地线。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。.

传统的机械墙壁开关盒：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”。

单火线智能开关：在“单火线”的接法上为传统开关增加了一些智能化功能，比如自我保护、远程遥控家电、电力计量等功能。

单火线智能开关的优点

1、单火线供电控制，直接替换原有墙壁普通机械开关，无需改动任何线路，可手控也可遥控，相互无影响。

2、采用多路单火线供电技术，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产品不能使用的情况发生。

3、超低的待机功耗，设有过流过压保护，并在抗干扰方面有非常好的表现。

单火线智能开关神奇的地方就在于仅有一根火线输入，怎么做到给开关内部模块供电呢?

接下来为讲解一下单火线的智能开关的取电原理：

简而言之，单火线取电分两个状态：灯关闭(Relay off)，灯打开(Relay on)

1、Relay off --> Light off(继电器断开，负载灯熄灭)

通俗的理解，可以把 负载灯 等效为一个 电阻，此时电路和常规的开关电源电路无差别，只是串联一个电阻在N线上，电源系统可工作正常。

继电器驱动可以正常控制继电器闭合。

2、Relay off --> Relay on(继电器由断开，变为闭合)

从下图看出，当按下开关，Relay 由 off 变为 on 后，AC/DC模块由于继电器的闭合而被短路，AC/DC模块不再供电给后端，此时无法再控制继电器。

那么在Relay on时就需要设计额外的电路(这里我们称之为‘取电模块 ’)

3、Relay on --> Light on  (继电器闭合，负载灯点亮)

3.1  当交流电在正半波，取电模块输入和GND没有形成电势差，取电模块无法工作，Q2不导通，此时电流通过D18形成回路给负载灯供电。

3.2  当交流电在负半波时，电流通过D7对C8进行充电，当达到VR1的阈值后对C10进行充电，达到U2比较器的反转电压后，LM321的4脚输出高电平，驱动MOS，Q2导通，电流通过Q2给负载灯供电.( Q7为增加的迟滞电路，当C8电容无法再维持1脚高于3脚电势时，再下一个负半波重复上述过程，通过D7给C8再次充电，开灯时几乎所有电流都从MOS流过，只有短暂的时间是通多D18给负载灯供电，温升的问题就很容易解决了。)

以上就是单火线供电的工作原理，单火线技术的好处我们上面已经讲过了，那么单火线技术存在什么缺陷呢？

单火线智能开关的技术缺陷——“鬼火”

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。

简单的等效电路：

产生鬼火的根本原因：当AC/DC电源模块工作时，单火线智能开关内部的等效电容C1与负载LED灯内部等效电容C2串联，承担AC输入电压；根据电容的分压原理，灯的电容C2越小则其等效阻抗越大，C2两端的电压越高，这样的情况下，灯内的电路就更容易启动，出现微亮或者闪烁。

从单火线智能开关的设计角度看，如何尽可能的避免用户的灯具出现“鬼火”？

由上述的对“鬼火”产生的原因分析可以看出，我们在设计单火线智能开关的时候就需要尽可能的减少AC/DC电源模块以及控制模块的消耗功率。

基于PI超低待机功耗芯片(LNK3202D )(5mW)电源demo进行负载测试.(Load用来模拟无线模块的损耗)

测试数据如下：

从上述数据可以看出，针对这款3W的LED灯测试，当load电流大于4mA时，LED就会出现微亮的现象。

现有的技术条件下，单火线智能开关的无线模块选择BLE或者ZigBee是不存在问题的，需额外注意，WiFi模组的话，可能会存在不小的问题；

附件为PI的单火线demo设计文件资料，可供参考学习。

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