基于智能开关的两种电源方案

　　在科幻电影中，电视、音响、空调以及客厅的灯、阳台灯、背景灯等等都可以实现智能控制。现实生活中，随着物联网技术的发展，这一切将成为可能。物联网技术给我们的生活带来最便捷的是智能家居系统，而与我们的生活接触最频繁的则是各类智能开关。

　　与传统机械式墙壁开关相比，现代智能开关功能更多，使用更安全，而且样式美观。这就要求系统的设计面板中的供电电源具有小体积，保护功能全面，能够满足宽电压输入范围，可靠性高等特性。而对于智能开关控制电路的电源设计，在传统的设计方案中，工程师见到最多的方案一般有两种：RC阻容式降压和工频变压器降压。但RC阻容式降压设计的电源供电范围太窄，工频变压器降压方式设计的电源体积又太大，这两种方案已经很难适应发展的需求。

　　隔离电源供电方案和单火线电源供电方案针对智能开关的特点而设计，能够更好的满足和解决其需求。

　　隔离电源方案：

　　隔离电源的方案能够通过电源本身参数的设计，实现稳压输出，且附带过流、短路等保护功能，从而实现外围电路简单，高效率、保护功能齐全的特点。且电源采用高频控制的方式，内部变压器可以设计得很小，使得整个开关电源小型化，同时能够满足超宽电压输入，对智能开关来说是一个很好的电源解决方案。以下是采用金升阳隔离电源LS03-15B05SR2的一个应用案例：

　　输入端：由于市电220VAC供电，正常情况下都会有±10%波动范围，偏远地区甚至会达到±30%波动的范围，因此需要供电电源要有较宽的输入电压范围，LS03-10B05R2产品的工作电压范围是85～264VAC，能够很好的满足需求。另一方面，电网都不会单纯的只给一个设备供电，还会有其他电子设备，如果接入的是功率很大的设备并联使用，那么大功率设备启动或工作的过程中就很可能导致线路中其他设备受到干扰，类似于EMC中的快速瞬变脉冲群、浪涌等情况，所以建议在输入端增加防护电路，保证系统不受外界干扰影响。

　　输出端：由于LS03-10B05R2产品本身就具备了过流保护和短路保护功能，因此无需在输出端设计保护电路就可以直接给负载电路供电。若采用的IC不一样，如需要的是低压供电的IC，则可以通过LDO进行降压后再进行供电。处理器通过触摸按键或无线接收模块等输入信号，然后通过光耦等信号隔离器件把控制信息传输给继电器，进而控制灯或家电的状态。

　　单火线电源方案：

　　随着智能家居的发展，单火线智能墙壁开关成为了传统机械墙壁开关的升级换代（直接替代）产品。在旧楼宇的智能化改造中，单火线智能开关可直接用原有的普通墙壁开关的布线，可以大大节省成本，因而得到广泛应用。

　　单火线智能开关只有火线进和火线出，零线是后端负载（灯或其他家电）的零线，不需要进到智能开关盒中，大致接线方式如下：

单火线电源方案中存在两个难点：

　　一、电源是直接从火线上取电，即任何情况下都需要经过负载，例如灯具，那么当灯具处于需求关断的情况下时，就需要单火线电源需要非常小的功耗，如果功耗过大，也就等于流过灯具的电流大，会导致灯出现闪烁，也就是关不“死”。正常情况下要求待机电流小于100uA，但是同时又要满足控制板的待机工作状态。

　　二、当控制开关闭合时，也就是灯处于亮的状态，此时，单火线电源是处于短路状态，但是控制板需要持续得到供电，保证能够实时接收到外部发送出来的指令进行下一步的操作。

　　上面提到的两点其实就是关态供电和开态供电的两种情况，相对于其中每种情况的技术难点，关态供电的难点解决主要由产品本身的设计上满足，而开态供电的难点就需要通过单火线电源之外的外围电路来满足。在外围电路上，市面比较成熟的方案如下：

　　为了在开灯的状态下维持电路的供电，可使用了双向可控硅和两个稳压管组成了开态取电电路，取电电路的原理可以简化成右图。我们把它等效成一个可变电压源，这个 电压源的内阻是根据流过的灯电流的大小而变的。流过的灯电流小等效的电压源内阻就大，流过的灯电流大这个电压源的内阻就小。也就是说灯的功率小，流过的电流小，经过整流桥取出的电流也小，一般为灯电流的60%左右，而这个电压源两端的电压是由稳压管的稳压值决定，在这里是8.5V左右，经整流后输出的直流约7.7V。当继电器触点断开后，这个电压源由于没有电流通过，电压源的电压也为零，整流桥就没有电压输出。

　　金升阳公司为满足智能家居多元化的发展，为智能家居产品提供更好的电源解决方案，也在研发单火线电源技术以解决上述两大难点。预计，金升阳单火线电源产品下半年可以上市。

　　智能开关在智能家居系统中处于非常重要的环节，针对其产品特点选择好的电源解决方案是非常重要的。隔离电源方案和单火线电源方案除了能满足小体积和宽电压输入的要求之外，在节能和安装上也有着很大的优势，市场前景非常可观。

（作者：广州金升阳科技有限公司  蔡晓静）