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。这样，我们就会看到灯闪或微亮现象。 这一闪烁现象的间隔与流过的电流及节能灯(或LED灯)的内部电路结构密切相关，很难进行具体量化(如：多少瓦数以上的灯不会闪烁，哪些类型的灯不会闪烁)。经过对大量各品牌不同厂家的节能灯进行实际测试，发现引起节能灯闪烁的电流从20微安至100微安不等。有一些节能灯在电流小于10微安以下时都还会出现闪烁或者微亮的现象,另外灯闪烁与否与实际灯的标称功率瓦数也没有直接的绝对关系（如: 测试发现有些１W甚至更小的灯都不会闪烁或微亮，而有一些个别杂牌5W的灯却会出现闪烁
单火线电源模块PI-3V3-Ｂ4规格书 版本：4.0.4 概述： 该产品为本公司研发的第四代超低功耗、超宽范围 输入的DC—DC电源模块，具有转换效率高、体积小、高低 温度特性好、带负载能力强,短路保护等功能。该电源模 块以较低的生产成本为您提供十分优异的性能,广泛应用于 单火线智能家居开关及其他非隔离型家电产品。 产品特性： ?超低功耗：典型待机功耗小于5mW(带载100uA时),满足对功耗极其严格产品的需要； ?大输出电流：输出电流高达200mA,可满足低功耗大电流产品应用要求； ?宽输入电压：输入工作电压范围13-380VDC，适应各种电网环境的应用； ?低输出纹波：内部集成LDO电路，使得输出纹波更小； ?高效率：电源最大效率>65%,能效利用率远高于工频变压器与阻容降压； ?保护功能：过流与输出短路保护； ?超小体积:L18*W9.5*H15.5mm，可放入对体积要求比较严格的产品。 产品应用： ?可用于对电源功耗要求极其苛刻的单火线智能家居产品(如单火线取电智能开关等)； ?可用于非隔离供电产品的应用(如小家电之非隔离低压电源等)； ?可替代低效率的阻容降压供电电路(如白色家电，智能电表，自动化仪表电源等)； ?低功耗要求电器的待机电源(如绿色环保节能型电器之超低功耗待机电源等)。 型号说明： PI-3V3-B4 PI：产品类型 PI=内部集成LDO PE=内部不集成LDO 3V3：输出电压，可选3V;3.3V;5V;6V;9V;12V(可根据客户要求定制) P：产品? （依输出电流大小等参数分类）:P- 版,B- B版,Z- 强版; 4：设计版本:4-版本4.0
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。
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。这样，我们就会看到灯闪或微亮现象。 这一闪烁现象的间隔与流过的电流及节能灯(或LED灯)的内部电路结构密切相关，很难进行具体量化(如：多少瓦数以上的灯不会闪烁，哪些类型的灯不会闪烁)。经过对大量各品牌不同厂家的节能灯进行实际测试，发现引起节能灯闪烁的电流从20微安至100微安不等。有一些节能灯在电流小于10微安以下时都还会出现闪烁或者微亮的现象,另外灯闪烁与否与实际灯的标称功率瓦数也没有直接的绝对关系（如: 测试发现有些１W甚至更小的灯都不会闪烁或微亮，而有一些个别杂牌5W的灯却会出现闪烁
单火取电模块PI-05V-Ｂ4规格书 版本：4.0.2 概述： 单火取电模块为超低功耗、超宽范围输入的DC—DC电源模块， 具有转换效率高、体积小、高低温度特性好、带负载能力强,短路保护 等功能。该电源模块以较低的生产成本为您提供十分优异的性能,适用于 智能家居产品和非隔离型家电/工业产品等。 产品特性： ?超低功耗：典型待机功耗小于5mW(带载100uA时),满足对功耗极其严格产品的需要； ?大输出电流：输出最大电流200mA,可满足低功耗大电流产品应用要求； ?宽输入电压：输入工作电压范围13~380VDC，适应各种电网环境的应用； ?低输出纹波：内部集成LDO电路，使得输出纹波更小； ?高效率：电源最大效率>65%,能效利用率远高于工频变压器与阻容降压； ?保护功能：过流与输出短路保护； ?超小体积:可放入对体积要求比较严格的产品(超小体积：L18*W9.5*H15.5mm.) 产品应用： ?可用于对电源功耗要求极其苛刻的单火线智能家居产品(如单火线取电智能开关等)； ?智能电网CT取电模块电源,无源继电保护自供电,风光互补控制器,BMS电池管理系统供电?可用于非隔离供电产品的应用(如小家电之非隔离低压电源等)； ?可替代低效率的阻容降压供电电路(如白色家电，智能电表，自动化仪表电源等)； ?低功耗要求电器的待机电源(如绿色环保节能型电器之超低功耗待机电源等)。 型号说明： PI_05V_B4 PI：产品类型 PI=内部集成LDO PE=内部不集成LDO 05V：输出电压，可选3V;3.3V;5V;6V;9V;12V(可根据客户要求定制) P：产品? （依输出电流大小等参数分类）:P- 版,B- B版,Z- 强版; 4：设计版本:4-版本4.0
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。采用此种方案的电子开关厂家，往往在产品使用说明书中要求用户在节能灯或LED灯的两端并接旁路电容或电阻，其方法是在节能灯或LED灯的两端并接一个0.1微法左右的电容或68K左右的电阻，由于外加电容或电阻的交流旁路作用，流过节能灯或LED灯的电流比较小，因而可以避免部分节能灯或LED灯闪烁，外加电阻或电容配件主要是优点就是开发技术难度较低；但是一方面因为外加电容体积及外加电阻自身发热的问题，外加电容或电阻只能提供比较有限的电流，无法保证某些中高档电子开关（如Zigbee智能开关等）的自身供电电流足够，因而兼营的灯具比较有限，另一方面从安装的角度来说不太方便，需要额外拉线驳接这个电容或电阻配件，这将增加了安装的难度而影响了消费体验，所以目前极少用在中高档智能开关产品中，只是在市场上的一些普通的低档单火线开关中比较常见。
单线制射频遥控开关设计电路图 引言 传统的机械式墙壁开关，是一开一关的简单控制方式，且大多是在86型暗盒上实现的。要想在86×86×50的暗盒里实现射频遥控开关，就必须考虑到几个因素：86型暗盒的空间；只有l根火线，无零线，不能再布线；不能影响被控电器原功能的使用；1个遥控器(即上位机中央集成控制系统)实现对多个开关终端控制(一对多)，并且与其他遥控器不能发生冲突。 基于上面必须考虑的几个因素，提出一种无线射频解决方案，采用内置增强型51兼容的单片机集成一体化射频芯片nRF9E5来实现一对多功能；在单一火线上实现开关控制和为控制系统提供电源，构成一个低成本、适合装入86型暗盒，无须任何改装，无须附加任何外围器件的单线制射频遥控开关系统。图l所示的主框图，突破了传统电工产品单线制(即无零线)供电方式的限制，所有射频遥控开关都是按照电工安全规范布线(即零线不入开关)，彻底解决了单线制接入技术。 1控制系统硬件设计 1．1nRF9E5功能介绍 nRF9E5是Nordic VLSI公司推出的系统级RF芯片，内置增强型8051兼容微控制器、433／868／915MHz的nRF905射频收发器和4路输入10位80kbps A／D转换器。芯片嵌入了电压调整模块，最大限度地抑制噪声，可工作在1．9V～3．6V的单电源上，待机功耗为2μA，QFN5×5封装。由于nRF9E5集成度高，功能强，功耗低，很适合用于小型化和低压场所的射频控制系统的设计。 1.1.1增强型51内核微控制器
nRF9E5的片内微控制器与标准805l兼容，指令时序与标准的805l稍有不同：nRF9E5的内置微控制器的指令周期为4～20个指令周期。中断控制器支持5个扩展中断源：ADC中断、SPI中断、RADI0l中断、RADIO2中断和唤醒定时器中断。微处理器除了256B的数据外，还扩展了512B的ROM和4KB的RAM，并扩展了2个数据指针，以便从XRAM区读取数据。上电复位或软件复位后，处理器自动执行ROM引导区中的代码。用户程序通常是在引导区的引导下，从EEPROM加载到4KB的RAM中。如果应用中不用内含ROM的nRF9E5，则程序代码必须从外部加载，比较常见的是通过SPI接口连接型号为25320的EEPROM。而SPI接口引脚是MISO、SCK、MOSI和EECSN，其中MSIO、SCK和MOSI与Pl口的低3位复用，通过寄存器SPI_CTRL 来控制功能间的切换。 nRF9E5内置有lO位ADC，A／D转换参考电压可通过软件设置在AREF和1．22V之间(内部参考电压)。A／D转换器的4个输入可通过软件进行选择，默认工作于10位方式，可通过软件使其工作于6位、8位或12位方式。nRF9E5还增加了CKLF时钟、RTC唤醒定时器、GPIO 唤醒和WTD，以及一些特殊功能寄存器。更多的功能扩展可查询参考文献。 1.1.2nRF9E5收发模块 nRF9E5收发器通过内部SPI口与其他模块进行通信，具有同单片射频收发器nRF905相同的功能：载波监测输出CD，可避免空间无线通信碰撞；地址匹配输出AR，易于实现点对多点无线通信设计；数据接收就绪DR，便于节能设计，满足低功耗设计要求。内置完整的通信协议和CRC效验，只需通过SPI即可完成所有的无线收发传输。输出功率、频道和其他射频参数可通过对特殊功能寄存器RADIO(OxAO)编程进行控制。发射模式下，射频电流消耗为11mA，接收模式下为12．5mA。 nRF9E5使用SPI接口进行内置微处理器与无线模块间的数据传输。nRF9E5的收发器有3种工作方式：ShockBurst接收(RX)方式、ShockBurst发送(TX)方式和空闲方式。nRF9E5收发器的工作方式由特殊功能寄存器TRX_CE和TX_EN决定，详见表l。 1．2火线开关和火线取电电路设计 传统的机械式墙壁开关，大多是装在86型暗盒上的，一般可以通过10A的额定电流，是一个功率器件控制开关。要设计能代替传统的机械式墙壁开关的控制系统，首先要从功率上
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。该供电电路与现有技术相比具有以下优点只要控制单元保证有足够低的静态功耗就可以通过瞬态电流控制电路既能把开关的静态电流控制在最低限度以维持开关系统进入休眠待机状态又能在开关开启瞬间提供充足的工作电流给控制单元和驱动元件使开关准确开启解决了负载灯具闪烁的问题。而且不用安装负载阻容元件可直接替换普通开关适合各种灯具使用使二线制电子开关的推广应用成为可能。工作原理及实现方式图1中AC/DC转换电路可采用常用的阻容降压、整流方式进行电压转换可用全波整流也可用半波整流。AC/DC转换电路的输出端接瞬态电流控制电路的输入端IN。瞬态电流控制电路的输出端关态供电单元的输出端OUT和开态供电单元的输出端均与稳压滤波单元的VCC连接。经稳压滤波单元输出的稳定直流电压VCC加在与其连接的电流控制输入端口。控制单元的电流控制输出端口与瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl连接。图1二线制电子开关供电电路原理图瞬态电流控制电路包括R1R4、场效应管Q1和Q2、电容C1、二极管D1二极管D1的正极作为瞬态电流控制电路的输入端IN负极与Q1的漏极和R1的一端连接Q1的源极与R3的一端连接R3的另一端与R4的一端连接形成瞬态电流控制电路的输出端口OUT。Q1的栅极与R2连接R2的另一端与R1的另一端及Q2的漏极连接Q2的栅极与R4的另一端及C1的一端连接并作为瞬态电流控制电路的电流控制输入端口CtrlQ2的源极与C1的另一端连接形成公共地并与开关各单元的直流公共地连接。当开关处于关闭状态时L、N两端加220V交流电压的瞬间Q2截止Q1通过电阻R1、R2获得较高的栅极电压处于充分导通状态有大电流流过Q1的源极经分压限流电阻R3送到稳压滤波单元稳压滤波单元中的电容同时起到了存储电能的作用经稳压滤波使系统获得工作电压VCC。在瞬态电流控制电路的OUT端口电压升高的同时Q2的栅极经R4获得电压而导通Q1的栅极电压随之降低当OUT端口电压升高到VCC后Q1的栅极获得较低的电压而处于低导通状态只要控制单元的静态功耗足够低Q1处于低导通状态时系统仍能够将工作电压稳定在额定值。开关