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關鍵詞摘要：兩線制 單火線 單火線研制心得 單火線開發經驗 智能家居 無線遙控 觸摸感應 ZigBee智能開關 單火線取電技術 超微功耗 單火線電源模塊 XD301 XD303 XD303A XD501
前言
隨著智能家居的快速發展，單火線智能墻壁開關(只有單根火線進/出，不需要零線)成為了傳統機械墻壁開關的升級換代(直接替代)產品，實現了燈具和電器開關的智能化控制(如聲控開關，觸摸開關，紅外線遙控開關，人體感應開關，手機控制WIFI智能開關等)。并且，國內外普通家庭大多為單火線布線，在升級實現智能化改造時往往要求新智能開關能直接代換舊有的機械墻壁開關，更換時無需重新布線。所以開發新型電子智能照明開關都必須要求采用單線制(2 Wire 兩線制)的單火開關。
根據電子常識可知，凡是電子智能照明開關本身都需要消耗一定的電流，在待機時，由于單火線開關待機取電是通過流過燈具的電流給智能開關的控制電路供電的，如果待機輸入電流太小就會導致待機電路不能正常工作，如果待機輸入電流太大就會導致燈具關閉后還會有閃爍或微亮(出現“關不死”的現象)等問題。特別是高阻抗的電子節能燈和LED燈(例如: 高效節能燈和AC直接驅動的AC LED燈具)，對待機電流更為敏感。
電子開關為什么接白熾燈不會閃爍，而接節能燈和LED燈就會閃爍呢？這與節能燈(或LED燈)以及電子開關的自身構造都有關系：由于電子開關是用電子電路組成的控制開關，就一定要消耗一定的電流，這一電流必定要通過串接在電源回路中的節能燈(或LED燈)。由于電子節能燈(或LED燈)內部電路結構的特殊性，即使流過節能燈(或LED燈)的電流很小，也會使節能燈產生不同程度的閃爍現象。
下面分析其中原因：節能燈(或LED燈)內部電路一般采用了橋式整流電容濾波電路，如下圖：
當電子開關本身消耗的微小的電流通過火線經燈具內部的橋式整流電路的濾波電容C時，這一很小的電流向燈具內部電容C充電，當燈具內部電容C上的直流電壓充到一定的程度時（約50V左右,不同的燈電路會有些差別），節能燈內部的電子電路就會恢復工作而使節能燈(或LED燈)點亮，這時電容C兩端的電壓因為放電而隨則會下降，然后再開始下一回合的充電及放電過程。這樣，我們就會看到燈閃或微亮現象。
這一閃爍現象的間隔與流過的電流及節能燈(或LED燈)的內部電路結構密切相關，很難進行具體量化(如：多少瓦數以上的燈不會閃爍，哪些類型的燈不會閃爍)。經過對大量各品牌不同廠家的節能燈進行實際測試，發現引起節能燈閃爍的電流從20微安至100微安不等。有一些節能燈在電流小于10微安以下時都還會出現閃爍或者微亮的現象,另外燈閃爍與否與實際燈的標稱功率瓦數也沒有直接的絕對關系（如: 測試發現有些１W甚至更小的燈都不會閃爍或微亮，而有一些個別雜牌5W的燈卻會出現閃爍或微亮）。
所以，微功耗單火待機和工作電源電路的研發難度非常大，到目前為止這仍是國內外限制單火線（也稱: 2 wire,單極,兩線）智能開關發展的主要技術瓶頸。我們唯一可以做的就是: 將待機電流做到更小(15uA或者以下)，以適應更多的各類燈具，從而保證絕大多數燈具不會出現閃爍（由于世界上的燈具品種繁多質量參差不齊所以少數個別極其特殊的燈具閃爍也是不可預知及無法避免的，在此特別建議生產廠家千萬不要對客戶或消費者絕對性承諾您的單火線智能開關帶任何燈都不會閃爍，或者帶x瓦以上的單不會閃爍，以免萬一碰到而遭受不必要的麻煩)。
單火線智能開關的DC供電電源(或者電源模塊)設計需要重點考慮兩個問題：一方面盡可能的降低待機功耗: 減小待機電流，避免出現燈關后閃爍或者微亮；另一方面是單火線的取電問題: 提供足夠的輸出電流給電子開關控制電路(如專用控制IC、MCU、紅外接收頭、RF遙控模塊、ZigBee芯片、繼電器或者可控硅等)。由于電子開關工作時取電是通過開關斷開時的兩端壓差來取電的，當開關閉合時就沒有了壓差無法取電，這樣就會導致控制電路開時失電失控問題。對于這一問題，有很多的解決辦法出現，但有些還是比較復雜，電路成本也較高。目前市場上一些單火線電子開關的取電方式主要有：
其實現方式是先將主回路電流整流，再經電子變壓器進成DC-DC轉換取出直流電作為控制電流。變壓器電源變換取電方案的優點是：成品較低。
其缺點是：電路穩定性較差，生產調試非常困難且不良品較高，另外負載兼營性也是非常有限：因為變壓器轉換方式效率很低（有些人標示為85%，實際測試一般為35%左右）功耗較高，帶節能燈或LED燈可能會出現關不斷的現象而出現閃爍現象，所以不能控制小功率的負載。采用此種方案的電子開關廠家，往往在產品使用說明書中要求用戶在節能燈或LED燈的兩端并接旁路電容或電阻，其方法是在節能燈或LED燈的兩端并接一個0.1微法左右的電容或68K左右的電阻，由于外加電容或電阻的交流旁路作用，流過節能燈或LED燈的電流比較小，因而可以避免部分節能燈或LED燈閃爍，外加電阻或電容配件主要是優點就是開發技術難度較低；但是一方面因為外加電容體積及外加電阻自身發熱的問題，外加電容或電阻只能提供比較有限的電流，無法保證某些中高檔電子開關（如Zigbee智能開關等）的自身供電電流足夠，因而兼營的燈具比較有限，另一方面從安裝的角度來說不太方便，需要額外拉線駁接這個電容或電阻配件，這將增加了安裝的難度而影響了消費體驗，所以目前極少用在中高檔智能開關產品中，只是在市場上的一些普通的低檔單火線開關中比較常見。
上述變壓器電源變換取電法，已經初步解決了電子開關的自身供電的問題（解決了電子開關斷態時供電的問題），但對于電子開關控制的負載的功率范圍、穩定性及其電源轉換效率方面，還是存在明顯的不足。
為了降低電子開關自身功耗、減少待機電流，一方面除了對控制電路（如控制芯片、RF無線模塊等）要選用低功耗的電子元器件來減小電源的負荷之外；另一方面單火取電電源電路要采用效率高功耗小的超微功耗電源變換器；這樣才能將電子開關自身整機功耗限制在0.01W以內，我們可以從理論上計算一下：節能燈的Max不閃爍電流I=30uA，開關和燈是串聯的，那么待機功耗 P=Ui=220V×30uA=0.0066W=6.6mw; 現在視為理想情況輸出效率為100%，若輸出電壓按Uo=5V計算，那么電子開關自身電源的輸出電流Io=P/Uo=0.0066W/5V=1.32mA ,而實際上由于電源開關管的穿透電流在10uA以上，這種超微功耗電源效率做到100%是不可能的，達到60%以上都極為困難，實際電子開關的電源供給負載的電流達到1mA就不錯了。這種方案的優點是電路耗電極低，可以兼營更多的燈具不會出現閃爍情況，但是超微功耗電源轉換器電路復雜，成本較高。目前市場上出現了一些一體化的小體積微功耗單火線電源模塊 (如可控硅專用型PI-3V3-B4，繼電器專用型PI-05V-D4等)，由于其專業化程度比較高、性能穩定、無需調試，能夠滿足各類負載功率(如：小功率LED燈、大功率電器等)及負載類型(包括阻性、容性、感性負載，如白熾燈、熒光燈、節能燈、LED燈、節能燈等)的應用要求，特別是可以接各種日光燈（包括傳統電感鎮流器、新型電子鎮流器類型），不失為智能家居廠家開發智能開關的一種捷徑，從而快速突破單火線取電的技術瓶頸而將開發重點轉移到產品智能化設計上面來。
此類超小型一體化電源模塊，其輸入電壓范圍非常寬(13V-380V) 、輸出功率較大(Max200mA)、輸出電壓可選(常用3.3V， 5V等)，燈具負載范圍寬(參考：3W-3000W)、功耗低發熱較小。可以為控制電路（如專用控制IC、MCU、紅外接收頭、RF遙控模塊、ZigBee模塊、藍牙模塊、繼電器或者可控硅等）提供穩定的工作電源。該產品的優點是采用超微功耗電路設計，利用此電源模塊的超寬電壓輸入特點（確保無論開燈或者關燈時都能實現穩定供電），保證了電子開關的安全穩定，電源模塊電路的轉換效率較高，在電子開關斷態時，轉換效率達到65%以上并且主回路上的電流較小，可以帶絕大多數（因為世界上的燈具品種繁多質量參差不齊，不可能兼營所有！）節能燈和LED燈而不出現爍或者微亮現象。此系列超小型一體化電源模塊可以根據實際控制電路需要（如，是采用專用IC 還是采用MCU；是采用紅外接收還是RF 遙控，是采用繼電器還是可控硅，....等等，不同的控制電路所需要的工作電壓和工作電流不一樣）來選用，(如可控硅專用型PI-3V3-B4、PI-05V-B4，繼電器專用型PI-05V-D4 等)。
后附上單火線開關應用電路原理圖(以下為單火線供電電源部分僅供學習參考,正式生產用完整三路開關電路原理圖可聯系單火線模塊生產廠家提供)。
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智能開關無零線供電主要有兩種方式：
【單火線模塊選型】
1）XD301單火線開關模塊|適用于ZigBee/BLE Mesh單火開關
2）XD301F單火線開關模塊|適用于智能中控屏｜全面屏｜觸屏語音智能開關等
3）XD30A單火線開關模塊|適用于WiFi/NB-IOT單火開關
4）XD303單火線開關模塊|適用于開關型NB-IOT室溫采集器
5）XD501單火線串聯取電模塊|適用于開關型NB-IOT室溫采集器（開燈取電）
6） XD101 XD102零火轉單火套件 零火智能開關單火線供電套件組件(外接式）【new]