討論3種常見無線智能開關(guān)產(chǎn)品類型的電子設(shè)計(jì)組成及工作原理

智能開關(guān)(外文名”Smart Switch”)在百科的名詞解釋為”利用控制板和電子元器件的組合及編程，以實(shí)現(xiàn)電路智能開關(guān)控制的單元”。

在智能家居場(chǎng)景中，智能開關(guān)用于實(shí)現(xiàn)電路智能開關(guān)控制。智能開關(guān)產(chǎn)品種類功能繁多，筆者對(duì)如下3種常見無線智能開關(guān)產(chǎn)品類型的電子設(shè)計(jì)組成及工作原理進(jìn)行討論。

單火線智能開關(guān)

單火線智能開關(guān)產(chǎn)品及接線應(yīng)用如下圖所示：在接線環(huán)境中只有單火線

單火線智能開關(guān)與燈具串聯(lián)接在零火線中，單火取電需要在燈具關(guān)態(tài)和開態(tài)兩種工況下從燈具回路中攝取一部分電流用來給智能開關(guān)的取電單元、電源轉(zhuǎn)換單元、控制單元和無線通信單元工作。

單火線智能開關(guān)由結(jié)構(gòu)、電子兩大單元組成。單火線智能開關(guān)的電子單元的基本電路構(gòu)成包含：閉態(tài)取電電路、開態(tài)取電電路、開關(guān)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、無線通信SOC電路。

零火線智能開關(guān)

零火線智能開關(guān)產(chǎn)品及接線應(yīng)用如下圖所示：在接線環(huán)境中引入零線

零火線智能開關(guān)由零火線給內(nèi)部電路提供供電電源，通過電子開關(guān)器件控制火線的通斷進(jìn)行燈光控制。

以零火線智能開關(guān)為例，其電子單元的基本電路構(gòu)成包含：AC-DC電源、開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、無線通信SOC電路。

AC-DC電源：將交流電轉(zhuǎn)換成合適產(chǎn)品工作的直流電。電源架構(gòu)通常有非隔離電源（Buck、Buck-Boost、Boost等）和隔離電源（反激等）兩種拓?fù)洹?/p>

開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路：用來控制火線的導(dǎo)通/關(guān)斷。開關(guān)器件通常由可控硅、MOS管、IGBT器件、繼電器等組成，其中可控硅、繼電器較為通用。

電源轉(zhuǎn)換電路：將AC-DC電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成適合無線通信SOC電路的工作電壓。通常采用LDO或者DC-DC電路，該部分電路可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用裁剪。

無線通信SOC電路：芯片內(nèi)部集成MCU和RF功能。MCU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作邏輯及功能，RF負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的收發(fā)。

智能調(diào)光開關(guān)

調(diào)光開關(guān)是為了滿足人們?cè)诓煌臅r(shí)候?qū)艄饬炼鹊牟煌枨蠖l(fā)展而成的。通過控制和改變可控硅/MOS管的相位角來控制交流電的導(dǎo)通程度，也就是改變輸入電壓的有效值，通過改變電壓來實(shí)現(xiàn)調(diào)光。

其調(diào)光控制方式有如下兩種：前沿切相調(diào)光、后沿切相調(diào)光。

前沿切相調(diào)光：從交流相位0開始，對(duì)輸入電壓斬波，到某相位時(shí)刻導(dǎo)通，才有輸入電壓。

后沿切相調(diào)光：從交流相位0開始，對(duì)輸入電壓斬波，到某相位時(shí)刻關(guān)斷，才無輸入電壓。

以零火線智能調(diào)光開關(guān)為例，其電子單元的基本電路構(gòu)成包含：AC-DC電源、調(diào)光開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路、交流零點(diǎn)檢測(cè)電路、電源轉(zhuǎn)換電路、無線通信SOC電路。

AC-DC電源：將交流電轉(zhuǎn)換成合適產(chǎn)品工作的直流電。電源架構(gòu)通常有非隔離電源（Buck、Buck-Boost、Boost等）和隔離電源（反激等）兩種拓?fù)洹?/p>

調(diào)光開關(guān)及其驅(qū)動(dòng)電路：用來控制調(diào)節(jié)交流電相角導(dǎo)通/關(guān)斷的比例。開關(guān)器件通常由可控硅、MOS管、IGBT器件等組成；可控硅因其導(dǎo)通特性只能用在前沿切相；MOS管/IGBT均可用在前沿切相和后沿切相。

交流零點(diǎn)檢測(cè)電路：用來檢測(cè)交流電的0相位，給無線通信SOC提供基準(zhǔn)信號(hào)來控制交流電導(dǎo)通/關(guān)斷的相角。(PS:<<淺談5類過零檢測(cè)電路>>可從硬件大熊公眾號(hào)獲取)

電源轉(zhuǎn)換電路：將AC-DC電源輸出的直流電轉(zhuǎn)換成適合無線通信SOC電路的工作電壓。通常采用LDO或者DC-DC電路，該部分電路可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用裁剪。

無線通信SOC電路：芯片內(nèi)部集成MCU和RF功能。MCU負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品工作邏輯及功能，RF負(fù)責(zé)實(shí)現(xiàn)無線信號(hào)的收發(fā)。

智能開關(guān)作為基礎(chǔ)電工產(chǎn)品，適用于家用、商用等領(lǐng)域，目前國內(nèi)無線通訊類型包括WiFi、ZigBee、藍(lán)牙，而國外的還有Z-wave、Matter。這幾種不同的通訊方案各有優(yōu)劣勢(shì)，例如，WiFi適用于大部分已有路由器的家庭領(lǐng)域，不用額外配置網(wǎng)關(guān)；藍(lán)牙需要網(wǎng)關(guān)，適用于上百個(gè)設(shè)備自組網(wǎng)，適用于大規(guī)模集中控制，且在2019年智能音箱的迅速崛起形式下，智能音箱基本自帶藍(lán)牙網(wǎng)關(guān)功能；ZigBee需要額外的ZigBee網(wǎng)關(guān)，也適用于上百個(gè)設(shè)備自組網(wǎng)，在低功耗、低延時(shí)、大容量具備更強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

作為一個(gè)基礎(chǔ)電工品類，開關(guān)在用戶家中的使用壽命預(yù)期可長達(dá)7-8年以上。對(duì)于智能家居企業(yè)來講，這么一個(gè)高頻度使用的產(chǎn)品還扮演著高用戶粘度、流量入口的戰(zhàn)略意義。因此智能家居公司基本上也可以稱為是智能開關(guān)公司，如綠米、歐瑞博、博聯(lián)、美的、摩根等。可以說，智能開關(guān)是業(yè)界“兵家必爭(zhēng)”的一個(gè)品類。

在具體的使用場(chǎng)景中，用戶可對(duì)開關(guān)進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、定時(shí)開關(guān)、倒計(jì)時(shí)開關(guān)、語音控制等操作。這么幾個(gè)功能看起來平淡無奇，但實(shí)際上真正深入行業(yè)時(shí)，想要將智能開關(guān)做穩(wěn)定、耐用卻并非一件容易的事情。后續(xù)我們?cè)谄渌轮袝?huì)更具體講解智能開關(guān)設(shè)計(jì)的細(xì)節(jié)要點(diǎn)，包括你可能會(huì)碰到的各種“坑”！


審核編輯：劉清