一種單火取電智能控制開關(guān)的研究

目前，智能控制開關(guān)的應(yīng)用越來越普遍，尤其是在智能家居的控制領(lǐng)域。然而，許多智能開關(guān)是通過零線接收和控制，這面臨著很大的問題。智力控制裝置不能使用原始線路，需要重新設(shè)計，這限制了智能家庭的普及和發(fā)展。在這樣的背景下,如圖1所示的單火線取電智能控制開關(guān)的開發(fā)成為熱點,但是也面臨著一系列技術(shù)難題。1開關(guān)通過mos管取電如圖2所示,多位單極單火線取電智能控制開關(guān)分開態(tài)取電和關(guān)態(tài)取電兩部分,當(dāng)開關(guān)處于全關(guān)狀態(tài)時,開關(guān)通過電源模塊取電;當(dāng)開關(guān)有一路或多路處于打開狀態(tài)時,開關(guān)通過MOS管取電。無論是開態(tài)取電或關(guān)態(tài)取電,它們?nèi)〉玫碾姽┙oLDO穩(wěn)壓供電芯片和磁保持繼電器,LDO穩(wěn)壓供電芯片的輸出電供給低功耗智能主控芯片和LED指示燈,低功耗智能主控芯片控制磁保持繼電器的通斷和LED指示燈的亮滅。2技術(shù)的困難和解決方案2.1降低靜態(tài)能耗由于壓敏電阻漏電流很大,導(dǎo)致關(guān)態(tài)取電時開關(guān)靜態(tài)功耗過大,如圖3所示,通過串聯(lián)一個玻璃放電管或氣體放電管,不僅能起到抗浪涌的作用,而且也能有效降低靜態(tài)功耗。關(guān)態(tài)取電電路輸出端盡量不要有限流電阻和一些靜態(tài)功耗大的元器件,否則會增加開關(guān)的靜態(tài)功耗?？梢酝ㄟ^選擇高亮LED指示燈,并串聯(lián)合適的限流電阻,既能提高指示燈的亮度,同時降低靜態(tài)功耗。芯片應(yīng)選擇低功耗芯片或righttouch芯片,增加并優(yōu)化休眠程序,可以通過分段休眠方式,既能降低靜態(tài)功耗,又能提高開關(guān)的靈敏度。2.2熱控制板芯片設(shè)計如圖4所示,一種觸摸式玻璃面板,面板體的背面設(shè)有一層導(dǎo)電層,導(dǎo)電層的覆蓋區(qū)域大于按鍵符號的覆蓋區(qū)域,導(dǎo)電層壓緊PCB板上的彈簧,彈簧和低功耗觸摸芯片的IO口相連。用戶只要大概觸碰到按鍵符號附近的導(dǎo)電層區(qū)域,就可以控制開關(guān)的通斷,而不要求用戶一定要對準(zhǔn)按鍵符號范圍內(nèi)的區(qū)域進(jìn)行操作。這種設(shè)計比亞克力按鍵的設(shè)計靈敏度更高,按鍵面積也能做得更大。芯片程序可以設(shè)計成分段休眠方式,能在相同功耗下,提高開關(guān)的靈敏度。同時,可以通過合理的設(shè)置上下門限值,增加開關(guān)的靈敏度。2.3帶一路led開關(guān)低溫時開關(guān)存在誤觸發(fā)現(xiàn)象,測試發(fā)現(xiàn)是由于觸摸芯片低溫門限變化所致,通過改變外置貼片電容容值,使開關(guān)不會誤觸發(fā)。低溫時小功率負(fù)載那路繼電器動作,另一路LED燈會閃爍,通過加大穩(wěn)壓管,可以有效解決此問題。低溫低壓時一路按鍵不停開關(guān),會使芯片復(fù)位,通過換芯片和加大電解電容,可以有效解決此問題。高溫時存在電源模塊損壞問題,通過對電源模塊加保護(hù),可以有效解決此問題。2.4發(fā)熱設(shè)計如圖5所示,通過在貼片MOS管(Q2)焊盤的漏極上打過孔,并在底層大面積鋪銅,來達(dá)到良好的散熱效果。2.5ec設(shè)計2.5.1抗浪涌設(shè)計如圖6所示,通過壓敏電阻和玻璃放電管(氣體放電管)組成的抗浪涌設(shè)計,降低了浪涌殘壓,使殘壓降低到電源模塊的額定輸入電壓范圍內(nèi),從而保護(hù)了電源模塊。2.5.2抗靜電壓設(shè)計如圖7所示,通過玻璃面板設(shè)計,能有效的抵抗靜電放電。2.5.3抗高速脈沖組合設(shè)計可以選擇抗快速脈沖群能力強(qiáng)的芯片,并且硬件通過單點接地設(shè)計,從而有效解決此問題。2.5.4抗過載設(shè)計如果開關(guān)無法通過傳導(dǎo)干擾測試,可以通過程序加抗干擾的算法,從而有效解決此問題。2.6內(nèi)部空間布局如圖8所示,電子組件采用上下板設(shè)計,此設(shè)計可有效利用86盒內(nèi)部空間。同時,兩板間距不小于6.6mm,根據(jù)國標(biāo)規(guī)定,該距離不小于6.6mm,可有效保證線路板上板和線路板下板之間不會出現(xiàn)空氣放電,保證了產(chǎn)品的可靠性。2.7種多鍵的解決方案目前市面上的三位開關(guān),由于PCB板尺寸所限,按鍵面積小(靈敏度低),按鍵靠得緊(易誤觸發(fā)),用戶體驗差。本文提出了一種多按鍵的解決方案,能同時解決上述問題。如圖9所示的一種三位開關(guān),為了突破PCB板的尺寸限制,將按鍵和背光板均設(shè)計在玻璃面板上,從而加大了按鍵面積和按鍵間距,同時又避免了背光板和安裝螺絲孔的干涉,便于用戶安裝。通過此創(chuàng)造性設(shè)計,使開關(guān)的用戶體驗更佳。3原位雙控單火線取電智能控制開關(guān)的更換如圖10所示,多位雙控單火線取電智能控制開關(guān)分主路開態(tài)取電和多路關(guān)態(tài)取電兩部分,當(dāng)開關(guān)處于全關(guān)狀態(tài)時,開關(guān)通過電源模塊取電;當(dāng)開關(guān)主路處于打開狀態(tài)時,開關(guān)通過MOS管取電。無論是開態(tài)取電或關(guān)態(tài)取電,它們?nèi)〉玫碾姽┙oLDO穩(wěn)壓供電芯片和磁保持繼電器,LDO穩(wěn)壓供電芯片的輸出電供給低功耗智能主控芯片和LED指示燈,低功耗智能主控芯片控制磁保持繼電器的通斷和LED指示燈的亮滅。本方案:1)可在不破壞現(xiàn)有裝修布線的情況下,直接替換傳統(tǒng)多位雙控機(jī)械開關(guān)。2)不僅能設(shè)計一位,而且能設(shè)計多位雙控單火線取電智能控制開關(guān)。3)兩個開關(guān)不采用有線或無線通訊方式,無需定期更換電池,無作用距離限制,低抗干擾要求。4)多位雙控單火線取電智能控制開關(guān)能和傳統(tǒng)機(jī)械雙控開關(guān)配合使用。5)無主、從開關(guān)之分,兩個開關(guān)都能單獨用于單控。6)安裝時兩個開關(guān)不需要對碼。7)用繼電器控制通斷,能帶大功率負(fù)載。4設(shè)計時,設(shè)計基本原則單火線取