智能开关的制作方法

1.本申请涉及开关技术领域，特别是涉及一种智能开关。


背景技术：

2.目前家装市场的灯具开关的布线方式是一根火线经过机械开关连接到灯具上，灯具的另一个接线连接到电源的零线上。随着智能家居浪潮的兴起，作为家居主要控制单元——开关的智能化势在必行。


技术实现要素：

3.本申请主要解决的技术问题是提供一种智能开关，能够避免鬼火现象。
4.为解决上述技术问题，本申请采用的一个技术方案是：提供一种智能开关，包括：开关元件，用于与待控制元件串联；主控单元，与所述开关元件连接，用于控制所述开关元件的导通与断开；开态取电电源单元，分别与所述开关元件、所述主控单元连接，用于在所述开关元件处于导通状态时从交流电源取电，而为所述开关元件以及所述主控单元供电；关态取电电源单元，分别与所述开关元件、所述主控单元连接，用于在所述开关元件处于断开状态时从所述交流电源取电，而为所述开关元件以及所述主控单元供电；限流单元，连接在所述关态取电电源单元与所述主控单元之间，用于限制所述关态取电电源单元为所述开关元件以及所述主控单元供电的电流值；储能单元，同时连接在所述限流单元与所述主控单元之间以及所述开态取电电源单元与所述主控单元之间，其中，所述储能单元在所述开关元件处于导通状态时，从所述开态取电电源单元取电存储，以在所述开关元件处于导通状态下，所述开态取电电源单元停止为所述开关元件以及所述主控单元供电时，为所述开关元件以及所述主控单元供电，以及，在所述开关元件处于断开状态时，从所述关态取电电源单元取电存储，以在所述开关元件处于断开状态下，所述主控单元的电流值大于所述限流单元输出的电流值时，和所述关态取电电源单元一起为所述开关元件以及所述主控单元供电。
5.本申请的有益效果是：本申请在关态取电电源单元与主控单元之间设置了限流单元，从而可以限制关态取电电源单元取电的电流值，避免在关灯状态下流经灯具的电流值大，进而能够避免灯闪现象，同时储能单元的设置可以满足主控单元有较大电流的需求。
附图说明
6.为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。其中：
7.图1是本申请智能开关一实施方式的结构示意图；
8.图2是图1智能开关处于安装状态时的结构示意图；
9.图3是图1中开关元件的结构示意图；
10.图4是图1中开态取电电源单元的结构示意图；
11.图5是图1中关态取电电源单元的结构示意图；
12.图6是图1中限流单元以及储能单元的结构示意图；
13.图7是图1中电压检测单元的结构示意图；
14.图8是图1中主控单元的结构示意图；
15.图9是图1中按键操作检测单元的结构示意图；
16.图10是图1中开关状态指示灯的结构示意图。
具体实施方式
17.下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性的劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。
18.参阅图1和图2，图1是智能开关一实施方式的结构示意图，图2是图1智能开关处于安装状态时的结构示意图。该智能开关1000包括开关元件1100、开态取电电源单元1200、关态取电电源单元1300、限流单元1400、储能单元1500、电压检测单元1600、主控单元1700、按键操作检测单元1800以及开关状态指示灯1900。
19.开关元件1100用于与待控制元件1001串联，其中，待控制元件1001可以是灯具、喇叭、电风扇等元件，在此不做限制，其中为了便于说明，以下均以待控制元件1001为灯具进行说明。同时开关元件1100包括一个定点和一个动触点，且在任何时刻，开关元件1100只有一个状态，即开关元件1100要么处于导通状态(定点和动触点连接导通)，要么处于断开状态(定点和动触点断开)，且在开关元件1100处于导通状态时，灯具发光，开关元件1100处于断开状态时，灯具不发光。在一应用场景中，如图3所示，开关元件1100包括一组可切换常开和常闭状态的磁保持继电器k1。
20.开态取电电源单元1200分别与开关元件1100、电压检测单元1600以及主控单元1700连接，用于在开关元件1100处于导通状态时从交流电源取电，而为开关元件1100、电压检测单元1600以及主控单元1700供电。
21.关态取电电源单元1300分别与开关元件1100、电压检测单元1600以及主控单元1700连接，用于在开关元件1100处于断开状态时从交流电源取电，而为开关元件1100、电压检测单元1600以及主控单元1700供电。
22.限流单元1400连接在关态取电电源单元1300与主控单元1700之间，用于限制关态取电电源单元1300为开关元件1100、电压检测单元以及主控单元1700供电的电流值。
23.储能单元1500同时连接在限流单元1400与主控单元1700之间以及开态取电电源单元1200与主控单元1700之间，其中，储能单元1500在开关元件1100处于导通状态时，从开态取电电源单元1200取电存储，以在开关元件1100处于导通状态下，开态取电电源单元1200停止为开关元件1100以及主控单元1700供电时，为开关元件1100以及主控单元1700供电，以及，在开关元件1100处于断开状态时，从关态取电电源单元1300取电存储，以在开关元件1100处于断开状态下，主控单元1700的电流值大于限流单元1400输出的电流值时，和
关态取电电源单元1300一起为开关元件1100以及主控单元1700供电。
24.主控单元1700与开关元件1100连接，用于控制开关元件1100的导通与断开。在本实施方式中，主控单元1700包括无线通信单元，该无线通信单元可以仅是wifi，zigbee，蓝牙、433等无线通信的soc单元，也可以进一步包括mcu，此时该无线通信单元可以与远程终端进行开关元件1100的状态同步和开关元件1100的命令执行，即用户在远程终端上可以实时看到开关元件1100的状态，以及在远程终端上可以控制开关元件1100的导通与断开。
25.具体地，在开关元件1100处于断开状态下，灯具不发光，若主控单元1700在某些状态下(例如配网状态下)需要较大电流(该电流持续时间短，但是峰值大)，则要求关态取电电源单元1300从交流电源取电的电流值较大，而由于灯具与开关元件1100串联，则流经灯具的电流值也会很大，进而会出现灯闪的现象，该现象俗称为鬼火。而本实施方式中在关态取电电源单元1300与主控单元1700之间设置了限流单元1400，从而可以限制关态取电电源单元1300取电的电流值，避免在关灯状态下流经灯具的电流值大，进而能够避免灯闪现象，同时储能单元1500的设置可以满足主控单元1700有较大电流的需求。
26.结合图1和图4，开态取电电源单元1200包括电压检测芯片u1、mos管q1(第二mos管)、电阻r3(第六电阻)、电阻r6(第七电阻)、二极管d2、二极管d3、电容c3、电容c1、电阻r2以及电阻r5。
27.mos管q1的源极与交流电源的火线连接，漏极与开关元件1100的定触点、开关元件1100的供电端、储能单元1500同时连接，栅极与电压检测芯片u1的电压检测引脚fb2连接，电阻r3的一端与开关元件1100的定触点连接，电阻r6一端与电阻r3的另一端连接，另一端接地，其中，电阻r3与电阻r6连接的节点与电压检测引脚fb2连接，二极管d2连接在交流电源的定点与储能单元之间，其到防止电流倒灌的作用，二极管d3和电容c3串联形成的支路一端与二极管d2的负极连接，一端接地，且二极管d3和电容c3连接的节点与电压检测芯片u1的供电引脚vin连接，电压输出引脚gate与mos管q1的栅极之间连接有电阻r2，电压输出引脚gate与地之间连接有电阻r5。
28.具体地，在开关元件1100处于导通状态，即定点和动触点连接导通的情况下，当火线电压处于负半波时，定点电压高于火线电压，交流电压流经二极管d2后给储能单元1500充电以及给智能开关1000的内部元件(包括开关元件1100、限流单元1400、电压检测单元1600、主控单元1700、开关状态指示灯1900)供电，其中在给储能单元1500充电的过程中，点v1处的电压开始抬升，且在点v1处的电压抬升的过程中，当电压检测引脚fb2检测到经过电阻r3和电阻r6的电阻分压值达到设定电压值时，电压输出引脚gate输出高电平，而后mos管q1导通，储能单元1500充电完成。
29.同样在开关元件1100处于导通状态，即定点和动触点连接导通的情况下，当火线电压处于正半波时，交流电压直接通过mos管q1的体二极管经过定点给灯具供电，此时整个智能开关1000不从外部取电，而是由储能单元1500给整个智能开关1000的内部元件供电。
30.即在开关元件1100处于导通状态下，储能单元1500每半个周期充一次电。
31.结合图1和图5，关态取电电源单元1300包括的各个电子元件以及各个电子元件的连接关系如图5所示，在此不做具体赘述。在开关元件1100处于导通状态时，电源芯片u5的供电端vcc的电压未能达到工作电压，因此电源芯片u5不能正常工作，而当开关元件1100处于断开状态，即定点和动触点断开的情况下，电源芯片u5的供电端vcc的电压达到工作电
压，此时关态取电电源单元1300从交流电源处取电而给整个智能开关1000的内部元件供电以及给储能单元1500充电：具体地，火线和动触点的高压交流信号经过整流桥u3、电容c7、电源芯片u5、变压器t1、二极管d7和电容c4转换成低压直流电压vdc，然后低压直流电压vdc再经过二极管d8(用于避免电流倒灌，其他实施方式中可以不设置)转换为低压直流电压vin给智能开关1000的内部元件供电以及给储能单元1500充电。
32.结合图1和图6，限流单元1400包括限流芯片u2以及限流值设置电路1410。
33.限流芯片u2包括电压输入引脚vin、电压输出引脚bat以及限流值设置引脚prog，电压输入引脚vin和关态取电电源单元1300的输出端连接，电压输出引脚bat和主控单元1700的输入端连接。
34.限流值设置电路1410连接在主控单元1700与限流值设置引脚prog之间，其中，限流值设置电路1410具有第一状态和第二状态，在主控单元1700的控制下，限流值设置电路1410在第一状态和第二状态之间切换，进而使电压输出引脚bat输出的电流值在第一电流值和第二电流值之间切换。
35.在一应用场景中，第一电流值大于第二电流值，在主控单元1700需要的电流较大时(例如处于配网状态)，主控单元1700控制限流值设置电路1410处于第一状态，在主控单元1700需要的电流较小时，主控单元1700控制限流值设置电路处于第二状态。为了便于说明，以下均以第一电流值大于第二电流值进行说明。
36.继续参阅图6，限流值设置电路1410包括mos管q2(第一mos管)、电阻r9(第二电阻)、电阻r10、电阻r11(第一电阻)以及电容c8。
37.电阻r10(其他实施方式也可以不设置)并联在电阻r11的两端，电阻r11一端与限流值设置引脚prog连接，另一端接地，电阻r9一端与限流值设置引脚prog和电阻r11连接的节点连接；mos管q2漏极与电阻r9的另一端连接，源极接地，控制端与主控单元1700连接，以使mos管q2在主控单元1700的控制下开启与关闭，进而使限流值设置电路1410在第一状态和第二状态之间切换。
38.具体地，当主控单元1700需要较大电流时，主控单元1700输出高电平信号至mos管q2的控制端而使mos管q2导通，从而r9、r10和r11三个电阻并联，此时限流值设置电路1410处于第一状态，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第一电流值，当主控单元1700不再需要较大电流值时，主控单元1700输出低电平信号至mos管q2的控制端而使mos管q2断开，从而只有r10和r11两个电阻并联，此时限流值设置电路1410处于第二状态，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第二电流值。
39.继续参阅图6，限流值设置电路1410还包括电阻r8(第三电阻)。
40.电阻r8一端与关态取电电源单元1300的输出端和电压输入引脚vin连接的节点连接，另一端与mos管q2的控制端连接。具体地，在智能开关1000上电的过程中(在上电过程中，主控单元1700未达到工作电压，其不工作)，电阻r8的设置使得mos管q2的控制端的信号为高电平信号，此时r9、r10和r11三个电阻并联，此时限流值设置电路1410处于第一状态，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第一电流值，可以缩短上电过程，在上电结束后，mos管q2控制端的信号由主控单元1700控制，具体可参见上述相关描述，在此不做赘述。
41.电容c8的正极与限流芯片u2的电压输出引脚bat连接，负极接地，用于保证限流芯片u2输出电压的稳定性。
42.继续参阅图6，储能单元1500包括电容c9(第一电容)、电容c10(第二电容)以及二极管d10(第一二极管)。
43.电容c9的正极分别与限流芯片u2的电压输出引脚bat、开态取电电源单元1200的输出端以及主控单元1700的供电端连接，负极接地,电容c10，正极与开关元件1100的供电端连接，负极接地，二极管d10的正极与电容c9的正极连接，负极与电容c10的正极连接。
44.具体地，在储能单元1500给整个智能开关1000的内部元件供电时，电容c9放电给整个智能开关1000的内部元件供电，而电容c10放电只给开关元件1100供电。
45.结合图1和图7，电压检测单元1600分别与储能单元1500、主控单元1700连接，用于检测储能单元1500的电压，并将检测结果通知主控单元1700。
46.具体地，电压检测单元1600将储能单元1500的电压实时告知主控单元1700，当主控单元1700检测到储能单元1500的电压值低于预设电压值时，主控单元1700可以适当减少一些功能的开启，降低功耗，保证智能开关1000的运行。
47.其中，电压检测单元1600包括滞回比较器u7、电阻r20(第四电阻)、电阻r19(第五电阻)、电阻r18、电阻r16、电容c18、电容c19以及电容c15。
48.滞回比较器u7包括电压输入引脚vs+、信号输出引脚vout以及电压检测引脚vin+，电压输入引脚vs+与储能单元1500连接，用于接收储能单元1500的供电，信号输出引脚vout与主控单元1700连接，用于将检测结果通知主控单元1700。
49.电阻r20一端与储能单元1500连接；电阻r19一端与电阻r20的另一端连接，另一端接地，其中，电阻r20与电阻r19连接的节点与电压检测引脚vin+连接，当滞回比较器u7检测到电压检测引脚vin+的电压大于参考电压时，控制信号输出引脚vout输出第一信号，否则控制信号输出引脚vout输出第二信号。在一应用场景中，第一信号为高电平信号，第二信号为低电平信号。
50.具体地，当滞回比较器u7检测到电压检测引脚vin+的电压大于参考电压时，表明储能单元1500的电压在预设电压范围内，当滞回比较器u7检测到电压检测引脚vin+的电压不大于参考电压时，表明储能单元1500的电压小于预设电压范围。
51.同时滞回比较器u7还包括参考电压引脚vref以及恒定电压引脚vin
‑
，参考电压引脚vref输出的电压经过电阻r16和电容c18给恒定电压引脚vin
‑
输出恒定的参考电压。
52.结合图1和图8，主控单元1700包括主控芯片m1以及整流芯片u6。
53.主控芯片m1包括电源引脚vcc、限流控制引脚pb21以及电压检测引脚pb20，其中，限流控制引脚pb21与限流值设置电路1410连接，用于输出信号至限流值设置电路1410，使限流值设置电路1410在第一状态和第二状态之间切换，电压检测引脚pb20与电压检测单元1600连接，用于接收检测结果。
54.整流芯片u6包括电压输入引脚vin以及电压输出引脚vout，电压输入引脚vin与储能单元1500连接，电压输出引脚vout与主控芯片m1的电源引脚vcc连接，整流芯片u6用于将储能单元1500的第一电压转换为第三电压，而为主控芯片m1供电。
55.继续参阅图8，主控单元1700进一步包括同相并联的二极管d12(第二二极管)和二极管d13(第三二极管)。
56.二极管d12的正极与主控芯片m1的第一控制引脚a12连接，二极管d13的正极与电压检测单元1600的输出端连接，二极管d12的正极与二极管d13的正极连接在一起而与整流
芯片u6的使能端ce连接，其中，当电压检测单元1600检测到储能单元1500的电压达到预设电压范围时，电压检测单元1600输出高电平信号而使整流芯片u6上电，进而使主控芯片m1运行，而当主控芯片m1运行时，主控芯片m1的第一控制引脚a12输出高电平信号而使整流芯片u6维持上电状态。
57.同时主控单元1700还包括起驱动作用的mos管q3、mos管q4以及mos管q5。mos管q3连接主控芯片m1与磁保持继电器k1的引脚k1_re，mos管q4连接主控芯片m1与磁保持继电器k1的引脚k1_act，mos管q3、mos管q4均用于放大主控芯片m1输出至磁保持继电器k1的信号，而使磁保持继电器k1正常工作。mos管q5连接在主控芯片m1的限流控制引脚pb21与限流值设置电路1410之间，用于放大主控芯片m1输出至限流值设置电路1410的信号。
58.结合图1和图9，按键操作检测单元1800与主控单元1700连接，用于检测本地的按键动作状态，其包括轻触按键s1以及外围滤波电容c2，其中，轻触按键s1在被用户操作后，其动作信号转换成高低电平信号发送到主控单元1700，具体地，对于用户而言，其通过操作轻触按键s1操控开关元件1100。
59.结合图1和图10，开关状态指示灯1900与主控单元1700连接，用于显示当前开关元件1100的状态，其包括串联的电阻r4以及发光二极管d4，在一应用场景中，当开关元件1100处于导通状态时，主控单元1700通过io口(具体为led1口)驱动发光二极管d4发光，在其他应用场景中，也可以是开关元件1100处于断开状态时，主控单元1700通过io口驱动发光二极管d4发光。
60.需要说明的是，附图中的vdc、vin、v1、v2和v3只是节点处的标记，并不表示vdc、vin、v1、v2和v3处要连接电源，即只是表示所有标记v1的节点连接在一起，所有标记v2的节点连接在一起，所有标记v3的节点连接在一起，所有标记vdc的节点连接在一起，所有标记vdc的节点连接在一起。
61.需要说明的是，整个智能开关1000中的mos管均可替换为晶体管。
62.下面结合图1至图10对本申请智能开关的具体工作过程进行详细说明：
63.当智能开关1000接入交流电源时，智能开关1000一开始处于上电阶段，在上电阶段中，主控单元1700中的主控芯片m1还未正常工作。
64.同时在上电阶段中，v1处的电压逐渐上升，当v1处的电压上升到预设电压值(例如4v)时，滞回比较器u7的信号输出引脚vout输出高电平信号至二极管d13的正极，即整流芯片u6的使能端ce的信号为高电平信号，而后整流芯片u6将v1处的电压转换为稳定的电压至主控芯片m1，从而使主控芯片m1上电，而当主控芯片m1上电后，主控芯片m1的第一控制引脚a12输出高电平信号至二极管d12的正极，从而滞回比较器u7的使能端ce维持在高电平信号，整流芯片u6将一直维持上电状态，此时上电过程结束，智能开关1000中的各个元件正常工作。
65.需要说明的是，在上述上电过程中，电阻r8的设置使得mos管q2的控制端的信号为高电平信号，此时r9、r10和r11三个电阻并联，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第一电流值，可以缩短上电过程，同时在上电结束后，mos管q2控制端的信号由主控单元1700控制。
66.在上电结束后，智能开关1000处于正常工作状态，在该过程中，电容c9和电容c10在充电、放电的状态下切换，使得v1处的电压将维持在预设范围内。
67.在智能开关1000处于正常工作状态下，当电压检测单元1600检测到v1处的电压低于预设电压值(即电压检测引脚vin+的电压小于或者等于恒定电压引脚vin
‑
处的参考电压时)时，滞回比较器u7的信号输出引脚vout输出低电平信号，主控芯片m1接收到该低电平信号后，为了降低能耗，会关闭一些不必要的功能。而当电压检测单元1600检测到v1处的电压在正常范围内(即电压检测引脚vin+的电压大于恒定电压引脚vin
‑
处的参考电压)时，滞回比较器u7的信号输出引脚vout输出高电平信号，主控芯片m1在接收到该高电平信号后，恢复关闭的功能。
68.同时在智能开关1000处于正常工作状态下，当主控芯片m1需要的电流值变大时(例如智能开关1000处于配网状态)，主控芯片m1输出高电平信号至mos管q2的控制端而使mos管q2导通，此时电阻r9、r10和r11三者并联，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第一电流值，而当主控芯片m1不再需要较大电流值时，主控芯片m1输出低电平信号至mos管q2的控制端而使mos管q2截止，此时只有r10和r11两者并联，限流芯片u2电压输出引脚bat输出的电流值为第二电流值。
69.同时在开关元件1100处于导通状态下，当火线电压处于负半波时，定点电压高于火线电压，交流电压流经二极管d2后给储能单元1500充电以及给智能开关1000的内部元件(包括开关元件1100、限流单元1400、电压检测单元1600、主控单元1700、开关状态指示灯1900)供电，其中在给储能单元1500充电的过程中，点v1处的电压开始抬升，且在点v1处的电压抬升的过程中，当电压检测引脚fb2检测到经过电阻r3和电阻r6的电阻分压值达到设定电压值时，电压输出引脚gate输出高电平，而后mos管q1导通，储能单元1500充电完成。同样在开关元件1100处于导通状态，即定点和动触点连接导通的情况下，当火线电压处于正半波时，交流电压直接通过mos管q1的体二极管经过定点给灯具供电，此时整个智能开关1000不从外部取电，而是由储能单元1500给整个智能开关1000的内部元件供电。
70.而在开关元件1100处于断开状态下，火线和动触点的高压交流信号经过整流桥u3、电容c7、电源芯片u5、变压器t1、二极管d7和电容c4转换成低压直流电压vdc，然后低压直流电压vdc再经过二极管d8(用于避免电流倒灌，其他实施方式中可以不设置)转换为低压直流电压vin给智能开关1000的内部元件供电以及给储能单元1500充电。
71.同时在开关元件1100处于断开状态下，当主控单元1700需要的电流值较大而关态取电电源单元1300无法满足该电流值时，储能单元1500会将会处于放电状态。
72.以上所述仅为本申请的实施方式，并非因此限制本申请的专利范围，凡是利用本申请说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本申请的专利保护范围内。