智能家居开关单火线方案.pdf

[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。

关键词摘要：超微功耗 单火线开关智能家居智能开关 遥控开关 WIFI 灯控开关 触摸开关 两线制开关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。

根据工作原理可知，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。

单线制电子开关带节能灯(LED灯)会闪烁的原因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。

以下分析其中原因：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。

智能家居单火线电源解决方案
单火线电源是智能开关(如触摸开关，无线遥控开关，Zigbee开关等)中最
重要的组成部分，其核心技术就是单火线取电技术。

 单火线智能开关的控制示意图如下：
 单火线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，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。

因为2W的灯，它点亮的电流很小=2W/220V=9mA。

这就是俗称的鬼火，也就是灯具在关闭状态下的闪烁现象。

 对于需要远程控制的无线遥控智能开关，势必需要更多的电量，又要平衡鬼火问题，所以这个就是单火线取电的难点。

开关工作时需要的瞬间电流至少要
2mA(315MHz)或30mA(ZigBee). 所以对于电流需求偏大的ZigBee开关产品，单火线取电就更为困难。

 低功耗小功率电源主要应用于智能家居的执行单元(如智能开关，智能插座)
或小型的控制器中，在此领域内应用的电源通常是AC/DC(DC/DC)小功率产品，最小的应用需求可能在1W以内，功能稍复杂的产品可能用到2W-5W的电源
产品。

对产品的要求有如下几个方面：
 (1)小体积，方便安装于标准外壳内;
 (2)超低功耗，降低产品的待机功耗或智能开关的鬼火现象
 (3) 效率高，发热低;
 (4)故障率低，质量稳定可靠是产品的首要因素。

 该系列产品为SIP4脚插针结构的超小型DC/DC(AC/DC)电源，其尺寸为
L18*W9.5*H15.5mm，为业内该类型电源较小体积。

其特点由于采用了先进的。

东莞市迅迪电子有限公司单火线智能开关解决方案提供商单火线智能开关ODM/OEM厂家单火智能开关，免布线的智能家居解决方案单火线智能墙壁开关是新型智能开关，只有单根火线进/出，不需要零线，可直接替换原有的墙壁开关，便于安装，更换时更无需重新布线，不用改变原来的线路布局，且不受灯具种类影响，可接日光灯、节能灯、吸顶灯、白炽灯、射灯、LED灯，小功率马达电机等常用负载及灯具。

大大方便了家庭的使用，也方便工程设计人员，使之不需更改原有电路设计即可达到现代化的需求，大大减轻了工作负担。

单火线智能开关（ZigBee版）采用了ZigBee无线通讯技术，无需改动原有的灯具，无需重新布线，直接替换传统墙壁开关，低成本、快速实现传统灯控的改造，搭配各厂商的网关能轻松实现远程开关、定时开关、多种智能设备联动开关灯等功能。

可以灵活控制各种常见灯具，即便3w节能灯或LED灯也不会出现闪烁，更能接3000w的超大灯具，具备广泛的适用性。

ZigBee单火线智能开关，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；并且与网关配合，即可通过手机等移动终端，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）。

ZigBee单火线智能开关实现无线布控，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单火线智能开关应用广泛，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。

产业聚焦电子产品世界想要轻松改造智能开关，如何选择单火线电源很关键！广州金升阳科技有限公司上期（注：《电子产品世界》2021年10月期）我们介绍旧改中关于智能开关的改造方案时，推荐了单火线控制方案。

那么如何轻松改造出智能开关，选对单火线电源很关键。

本期我们将讲解单火线控制方案的原理，以及这种方案的技术难点及其解决方案。

图１　单火线智能开关由于LED 和单火线电源处于串联关系，要求在LED 不工作时（以下简称关态），单火线电源的工作电流小（LED 无微亮，即无“鬼火”），且能输出稳定电压，保证后端控制系统正常工作；在LED 工作时（以下简称开态），单火线电源不能影响LED 正常工作（即无“频闪”），且能输出稳定电压，保证后端控制系统正常工作。

图２　单火线电源的技术难点1 要点一：单火线电源采用超低待机功耗的降压电路目前，多用超低待机功耗的降压电路将市电转化为设定的输出电压，以供后端控制系统正常工作，同时不会导致LED 出现“鬼火”现象。

图３　关态工作原理如图3所示，降压电路经LED 接入零线和火线，由于LED 内部等效一个电容并联一个电阻负载，相当于一个电阻串联在母线上，降压电路正常工作给后端控制系统供电。

在关态时，需要重点关注LED 是否存在“鬼火”现象（LED 微亮）。

“鬼火”现象出现的原因为：由于LED 与降压电路串联在零火线之间，当降压电路需要的输入电流过大，则流进LED 的电流同样增大，就会导致LED 短暂工作，出现微亮现象。

针对该问题，市面上已有部分厂家能把单火线电源的待机功耗做到几个毫瓦。

金升阳的非隔离LSF01-K5BxxSS 系列结合外围电路可满足全球输入电压范围（85～264 V AC ），在这个输入工作电压范围内能维持超低待机功耗，稳定输出电压5 V 、12 V 等，其待机功耗约为5.2 mW 。

2 要点二：关注单火线电源应用电路的功耗问题如何平衡取电能力和不能频闪，常见解决方案为可控硅和继电器两种方案。

重要安全信息安装前请仔细阅读本手册！请按本手册说明安装设备，因不遵守本手册说明而引起的任何损失，公司概不负责。

禁止改装！禁止按本手册规定以外的方式改装本设备。

危险！禁止用湿手操作设备。

仅供室内使用！禁止用于室外。

仅供干燥环境使用！禁止用于浴室等潮湿环境。

非玩具！本设备不是玩具，请远离儿童和宠物。

装箱清单单键开关双键开关（本手册以双键版为例）或者用户指南螺丝配件标记条安规电容L1L1L LL2L2外观介绍按键(最佳按键区域)指示灯白色慢闪：未关联到智能网关白色快闪：进入配网模式橙色快闪：过温过载异常告警橙色快闪3秒：设备恢复出厂设置成功白色常亮：关灯时背光指示灯*按键长按3秒：设备进入配网模式短按一次：开灯/关灯长按10秒：设备恢复出厂设置并重启，此时请重新添加到“萤石云视频”***指示灯光线传感器安装安装涉及到强电操作，不建议个人安装，请务必联系专业电工师傅安装。

关闭电源总闸。

12将标签贴在电线上便于区分，将墙壁接线盒里的火线（接线保证火线已断电）接到输入端L孔、电灯负载线接到L1孔（双键接L1，L2），拧紧螺丝。

用一字螺丝刀从面板底部的撬槽撬开开关面板。

3将后面板固定到墙壁上，用螺丝拧紧，固定开关。

4将前面板重新卡在后面板上。

5开启总闸。

6检查是否可以正常开灯。

78并联安规电容（可选）因各品牌灯具性能不一，若搭配智能单火开关后出现关灯闪烁的情况，请在灯泡端并联安规电容（涉及多路灯泡，请在任一灯泡端并联）, 如下图所示。

灯泡下载“萤石云视频”手机扫描二维码下载“萤石云视频”客户端将手机连上Wi -Fi网络，扫描下方的二维码，下载并安装后根据提示完成用户注册。

添加到“萤石云视频”配合智能无线网关设备，登录“萤石云视频”客户端，选择添加设备，根据界面提示将设备添加到“萤石云视频”。

规格参数频率静态功耗额定负载接线方式额定电压<5W 50Hz 220VAC 阻性：单路最大800W；容性/感性：单路最大400W 单火线电气防护等级外形尺寸安装方式86×86×42 (单位： mm，含外框)IP2086底盒结构工作湿度工作温度-10℃~55℃≤90%RH（无冷凝）工作环境通讯方式RF 433.92MHz通讯维修保存条件清洁和维护前，应先断开电源并关机安全使用范围参考表以下灯具及数量为相应开关的安全使用范围参考表。

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。