开关设备和照明系统的制作方法

1.本公开的实施方式涉及开关设备，特别涉及使用可充电电池的开关设备。

背景技术：

2.负载通常与开关一起使用，其中开关可以接通或断开负载与电源的连接。通常使用控制单元来控制开关的操作。在开关断开的情况下，控制单元仍需要从电源汲取电力，以维持控制单元自身的工作。然而，由于控制单元汲取电力所产生的漏电流可能会在开关断开的情况下流过负载，这是不期望的。
3.在负载是灯的情况下，目前市面上的单火开关的大多数方案会有“鬼火”问题。这是因为在灯灭的时候，用于开关的控制单元的能量(或电流)也是来源于市电，并且这个电流会流过灯。特别是功率非常小的led灯，例如3w球泡灯，这个电流会使灯泡中使用的电解电容持续充电，当该电解电容上的电压达到一定的程度时，就会使led灯珠发光。在led灯珠发光之后，电解电容上的能量因为被消耗而快速下降，导致灯灭。当灯灭了，电解电容上的电压又会重新升高，这样led灯珠会间隙性的闪烁，从而造成不期望的“鬼火”问题。

技术实现要素：

4.有鉴于此，本公开实施方式的目的之一在于提供一种开关设备和包括该开关设备的照明系统，其能够解决或缓解现有技术中的至少一个问题。
5.在本公开的第一方面，提供了一种开关设备。该开关设备包括：开关，适于接通或断开负载与火线的连接；控制单元，被配置为控制开关的操作；可充电电池，被配置为当开关断开时给控制单元供电；以及取电单元，适于从火线汲取电力并且被配置为能够给可充电电池充电；其中控制单元被配置为：基于取电单元的输出电压来改变用于给可充电电池充电的充电电流。
6.在这样的实施例中，当开关断开时，控制单元由可充电电池供电，而不再需要从市电中获取能量。因此，在开关断开的情况下不会产生流过负载的漏电流。在负载为灯的情况下，也不会有“鬼火”问题。此外，可充电电池可以延长产品的使用寿命，改善用户体验。
7.当接入不同功率的负载时，由于负载电流是不同的，所以所允许的取电能力是不同的。如果可充电电池的充电电流太大而超出所允许的取电能力，取电单元的输出电压会下降，从而造成取电单元工作异常(例如，取电不成功)。当接入不同功率的负载时，本公开的实施例可以基于取电单元的输出电压来调整充电电流的大小，使得调整后的充电电流与所允许的取电能力相匹配，以保证开关设备正常工作。因此，可以提高开关设备的兼容性。
8.在一些实施例中，控制单元被配置为：向用于可充电电池的充电单元输出脉冲宽度调制(pwm)信号，以用于控制充电电流；以及基于取电单元的输出电压，来改变pwm信号的占空比。通过调整pwm信号的占空比，可以控制充电电流的平均值。这提供了一种控制充电电流的可行方式。
9.在一些实施例中，充电单元是线性恒流充电单元。线性充电方案的充电电流小于
非线性充电方案的充电电流。因此，线性充电方案的充电电流更易于与小功率负载的负载电流相匹配，并且功耗较低。
10.在一些实施例中，取电单元还被配置为：当开关接通时，给控制单元供电并且给可充电电池充电。在这样的实施例中，在利用取电电压给可充电电池充电的同时，还可以利用该取电电压给控制单元供电。因此，当开关接通时，控制单元可以不消耗电池的容量，从而延长产品的使用寿命。
11.在一些实施例中，开关设备还包括连接在取电单元与控制单元之间的电源转换单元，电源转换单元被配置为将取电单元的输出电压转换成用于控制单元的供电电压。
12.在一些实施例中，开关设备还包括连接在取电单元与控制单元之间的电压采样单元，电压采样单元被配置为感测取电单元的输出电压的值，并且将所感测的值提供给控制单元。电压采样单元可以将取电单元的输出电压降低或提升至适合于由控制单元采样的值。
13.在一些实施例中，电压采样单元包括电阻式分压器。电阻式分压器可以将取电单元的输出电压降低至适合于由控制单元采样的值。
14.在一些实施例中，开关包括继电器或可控硅。
15.在一些实施例中，开关包括自锁式继电器，负载包括led灯。自锁式继电器可以在接通之后自动保持持续通电。led灯具有节能、环保和寿命长等优点，正在逐步取代传统灯。
16.在一些实施例中，控制单元包括无线通信器件。通过这种方式，控制单元可以与另一设备(例如，手机或电脑等)进行无线通信，从而可以提供一种智能开关。
17.在一些实施例中，开关设备包括单火开关。在这样的实施例中，零线不经过开关，直接连接到负载。因此开关设备上只有一根输入线，即输入火线。现有的住宅及写字楼大部分只布了单火线，因此单火开关的应用非常广泛。
18.在本公开的第二方面，提供了一种照明系统。该照明系统包括：led灯；以及根据本公开的第一方面的开关设备。照明系统具有开关设备的所有优点，在此不再赘述。
附图说明
19.下面结合附图来说明根据本公开的实施例的开关设备和包括该开关设备的照明系统，其中：
20.图1示出根据本公开的一个实施例的开关设备和包括该开关设备的照明系统的示意图；
21.图2示出根据本公开的一个实施例的充电单元和电压采样单元的电路图。
具体实施方式
22.现在将结合附图对本公开的实施例进行具体的描述。应当注意的是，附图中对相似的部件或者功能组件可以使用同样的附图标记标示。所附附图仅仅旨在说明本公开的实施例，而非限制性的。本领域的技术人员可以在不脱离本公开精神和保护范围的基础上从下述描述得到替代技术方案。
23.如上所述，目前市面上的单火开关的大多数方案会有“鬼火”问题。为了消除“鬼火”问题或其他向负载漏电的问题，可以使用电池(例如干电池或不可充电电池)给开关设
备中的控制电路供电。通过这种方式，开关设备中的控制部分不需要从市电中获取能量，也就不会有电流在开关断开时流入外部的灯负载，所以不会有鬼火问题。然而，由于开关设备(特别是智能开关)的空间有限，电池的使用容量会受到限制，使得电池的容量很快会被用尽。而且，这这种方案中，无论开关接通还是关断，开关设备中的控制部分都由电池供电，这也造成了电池的快速耗尽。这会严重影响产品的使用寿命。
24.还可以使用可充电电池和干电池结合的方式，这种方式也可以解决单火取电的鬼火问题。因为加入了可充电电池，可以延长产品的使用寿命，改善用户的体验。由于需要在外接负载灯亮的时候取电以给可充电电池充电，可充电电池一般采用的是恒流恒压的充电方式。然而，如果接入的负载(例如led灯泡)的功率较低(例如3w或者更小功率)时，流过负载的负载电流是低的，这导致通过单火取电可以从负载电流分流的电流也是有限的。此时，如果所需要的充电电流太大，会导致取电电路工作异常，不能正常给可充电电池充电。另一方面，如果可充电电池采用过小的充电电流充电，又会导致充电时间过长。
25.本公开所提供的开关设备可以基于取电单元的输出电压来改变用于给可充电电池充电的充电电流。这样当接入不同功率的负载时，可以调整充电电流的大小，从而保证开关设备能够正常工作，而不会由于充电电流过大而导致取电不成功，控制单元不工作。这样就可以提高开关设备的兼容性。而且，充电电流也不会太小，从而缩短了充电时间。
26.下面结合附图详细说明本公开的实施例的开关设备和包括该开关设备的照明系统。在附图中，双向箭头表示交流信号，并且单向箭头表示直流信号。图1示出根据本公开的一个实施例的开关设备120和包括该开关设备120的照明系统100的示意图。如图1所示，照明系统100可以包括负载110和开关设备120。负载110可以经由开关设备120与火线l连接。
27.负载110可以是led灯。led灯具有节能、环保和寿命长等优点，正在逐步取代传统灯。虽然在一些实施例中将led灯作为负载110的示例，但是本公开还可以适用于与开关设备一起使用的其他类型的负载。而且，适用于本公开的灯不仅限于led灯，并且本公开还可以适用于其他类型的灯，例如传统钨丝灯、节能灯、白炽灯或荧光灯等。
28.如图1所示，开关设备120可以包括开关130、控制单元140、可充电电池160和取电单元150。开关130可以接通或断开负载110与火线l的连接。图1所示的开关130具有连接到第一火线l1的一个输出端。还可能的是，开关130具有多个输出端，以分别通过多条火线(第一火线l1、第二火线l2、第三火线l3等)连接到多个负载110。虽然未图示，但是开关130还可以包括与开关相关联的驱动电路。控制单元140可以控制开关130的操作。控制单元140可以向开关130发送控制信号，以使控制开关130接通或断开。
29.当开关130断开时，可充电电池160可以给控制单元140供电，以保证控制单元140正常工作。为此，开关设备120可以包括将可充电电池160的输出功率提供给控制单元140的供电单元164。由于在开关130断开的情况下控制单元140不再需要从市电中获取能量，不会产生流过负载110的漏电流。在负载110为灯的情况下，也不会有“鬼火”问题。此外，由于不仅仅依赖于干电池，可充电电池的加入可以延长产品的使用寿命，改善用户体验。
30.取电单元150可以从火线l汲取电力，并且使用所汲取的电力给可充电电池160充电。在本公开的实施例中，控制单元140可以基于取电单元150的输出电压来改变用于给可充电电池160充电的充电电流。控制单元140可以不断地识别由取电单元150输出的取电电压(还称为“取电单元150的输出电压”)，该输出电压可以用作用于可充电电池160的充电单
元162的输入电压。当该输出电压达到不同值的时候，控制单元140可以改变用于可充电电池160的充电电流。当接入不同功率的负载110(例如灯泡)时，由于流过负载110的负载电流是不同的，所以所允许的取电能力是不同的。如果可充电电池160的充电电流太大而超出所允许的取电能力，取电单元150的输出电压会下降，从而造成取电单元150工作异常，不能正常给可充电电池160充电。本公开的实施例可以基于取电单元150的输出电压来调整充电电流的大小，使得调整后的充电电流与所允许的取电能力相匹配，即与所连接的负载的功率相匹配。通过这种方式，当接入不同功率的负载110时，可以保证开关设备120正常工作，而不会由于充电电流过大而导致取电不成功。因此，可以提高开关设备120对不同负载110的兼容性。简言之，可以基于取电单元150的输出电压将充电电流调整至合适的水平。调整后的充电电流既不会太大而造成取电单元150工作异常，又不会太小而造成充电时间过长。
31.如图1所示，开关设备120可以包括用于给可充电电池160充电的充电单元162。充电单元162可以利用取电单元150的输出电压来给可充电电池160充电。在一些实施例中，控制单元140可以向充电单元162输出脉冲宽度调制(pwm)信号，以用于控制充电电流。控制单元140可以包括用于生成pwm信号的pwm信号发生器。pwm信号的频率可以为10hz到1khz之间。控制单元140可以基于取电单元150的输出电压，来改变该pwm信号的占空比。当取电单元150的输出电压达到不同值的时候，控制单元140可以将pwm信号输出到充电单元162，并且改变pwm信号的占空比。通过调整pwm信号的占空比，可以控制充电电流的平均值。这提供了一种控制可充电电池160的充电电流的可行方式。在这样的实施例中，控制单元140可以不断识别取电单元150的输出电压，并且确定相对应的pwm信号的占空比，以控制充电电流并且提高开关设备120的兼容性。
32.在本文中，控制单元140还可以被称为控制部分、控制模块、控制器或控制电路。仅作为示例而非限制性地，控制单元140可以包括微控制单元(mcu)。
33.在一些实施例中，控制单元140可以包括无线通信器件。控制单元140可以实现无线数据的收发。在这种情况下，控制单元140可以被称为无线控制单元。例如，控制单元140可以包括zigbee或者低功耗蓝牙(ble)模组电路。控制单元140还可以包括射频电路，以用于收发无线数据。通过这种方式，控制单元140可以与另一设备(例如，手机或电脑等)进行无线通信，以便于用户对负载110的远程控制。这样的实施例便于提供一种智能开关。
34.如图1所示，负载110、开关130和取电单元150串联连接在零线n与火线l之间。虽然图1示出开关130位于负载110与取电单元150之间，但是还可能的是，取电单元150位于负载110与开关130之间。
35.当开关130处于断开状态时，灯(即，负载110)是灭的，取电单元150不工作，可充电电池160通过供电单元164给控制单元140供电。备选地，开关设备120可以包括不可充电电池(例如干电池)，以便在可充电电池160的容量用尽时提供开关设备120的部件所需的电力。
36.当开关130处于接通状态时，灯是亮的，此时取电单元150与负载110串联，流过负载110的负载电流也流过取电单元150。取电单元150可以从该负载电流中汲取电力，以给控制单元140供电并且给可充电电池160充电。即，取电单元150在灯亮的时候工作。取电单元150可以具有与火线l连接的输入端，并且具有第一输出端和第二输出端。该第一输出端连接到开关130，以递送交流信号。该第二输出端可以连接到控制单元140和可充电电池160两
者，以递送直流信号。在这样的实施例中，在利用取电电压给可充电电池160充电的同时，还可以利用该取电电压给控制单元140供电。因此，当开关130接通时，控制单元140可以不消耗电池的容量，从而延长产品的使用寿命。
37.控制单元140可以检测取电单元150的输出电压。当取电单元150的输出电压高于阈值而足以给控制单元140供电时，控制单元140可以向供电单元164发送禁用信号，以停止由可充电电池160给控制单元140供电。当取电单元150的输出电压低于阈值而不足以给控制单元140供电时，控制单元140可以向供电单元164发送启用信号，以使用可充电电池160给控制单元140供电。
38.控制单元140可以将取电单元150的输出电压va与阈值进行比较，并且基于比较结果来增加或者减少充电电流。当开关130断开时，控制单元140可以将pwm信号的占空比设置为0。即，可充电电池160不被充电。在开关130接通之后，当控制单元140检测到取电单元150的输出电压va大于第一阈值vth1(例如6v)时，控制单元140可以从输出占空比为0的pwm信号改变为输出具有一定占空比(例如30％)的pwm信号。控制单元140不断检测取电单元150的输出电压va。一段时间之后，当取电单元150的输出电压va大于第二阈值vth2(例如5v)时，控制单元140可以增加pwm信号的占空比，例如增加为40％。如果va小于vth2，则将占空比减少为20％。如此，控制单元140通过不断检测取电单元150的输出电压va，来增加或者减少pwm信号的占空比，从而使可充电电池160的充电电流与负载电流相匹配。注意，这里所提到的数值仅是说明性的，而非限制性的。
39.在一些实施例中，取电单元150通过电源转换单元180来给控制单元140供电。电源转换单元180可以将取电单元150的输出电压转换成用于控制单元140的合适供电电压。例如，电源转换单元180可以提供控制单元140所需的稳定的3.3v电压，而不管取电电压如何。在一定程度上，电源转换单元180可以具有稳压作用。
40.在一些实施例中，控制单元140通过电压采样单元170来检测取电单元150的输出电压。电压采样单元170可以感测取电单元150的输出电压的值，并且将所感测的值提供给控制单元140。电压采样单元170可以将取电单元150的输出电压降低或提升至适合于由控制单元140采样的值。
41.在一些实施例中，开关130可以包括继电器或可控硅。更具体地，开关130可以包括自锁式继电器。自锁式继电器可以在接通之后自动保持持续通电。
42.仅作为示例而非限制性地，开关设备120可以是一种智能开关或墙壁开关。开关设备120可以包括单火开关，其中负载110直接连接到零线n，而不是通过开关130连接到零线n。因此开关设备120上只有一根输入线，即输入火线。现有的住宅及写字楼大部分只布了单火线，因此单火开关的应用非常广泛。
43.图2示出根据本公开的一个实施例的充电单元162和电压采样单元170的电路图。如图2所示，电压采样单元170可以包括电阻式分压器。仅作为示例而非限制性地，该电阻式分压器包括电阻器r1和电阻器r2。电阻器r1和电阻器r2串联连接在取电单元150的输出电压与接地之间。该电阻式分压器在电阻器r1与电阻器r2之间的节点处的输出信号被提供给控制单元140进行adc(模拟至数字转换)采样，以确定取电单元150的输出电压的值。电阻式分压器可以将取电单元150的输出电压降低至适合于由控制单元140采样的值。其他类型的分压器也是可行的。
44.如图2所示，充电单元162可以包括充电芯片210、驱动电路220和外部电阻器rg。取电单元150的输出电压接入充电芯片210的引脚vin。图2所示的充电单元162是线性恒流充电单元。线性充电方案的充电电流(例如几ma)小于非线性充电方案的充电电流(例如几百ma)。因此，线性充电方案的充电电流更易于与小功率负载的负载电流相匹配。即，线性充电方案更适用于小功率负载，并且功耗较低。通过充电芯片210的prog引脚接入的外部电阻器rg和驱动电路220可以控制充电电流的大小。bat引脚是电压输出引脚，连接至可充电电池160。bat引脚的输出可以具有过压保护。chrg引脚为充电状态指示，并且stdby引脚为充电满状态指示。chrg引脚和stdby引脚可以连接到控制单元140以用于进一步控制。
45.在图2所示的线性恒流充电方案中，icharge＝vref/rg，其中icharge是充电电流，vref为充电芯片210内部的恒定的电平参考信号，rg为外部电阻器。
46.与外部电阻器rg连接的驱动电路220可以包括开关，该开关可以是例如场效应晶体管、三极管或者其它类似的可控开关管。来自控制单元140的pwm信号可以调整开关管的导通和断开。当pwm信号为高电平时，充电电流为icharge。当pwm信号为低电平时，充电电流icharge为0。因此，如果pwm信号的占空比为n，则充电电流icharge是icharge＝vref*n/rg。
47.在这样的实施例中，控制单元140通过对电阻式分压器的输出进行采样，以获得取电单元150的输出电压的值。基于该值，控制单元140可以调整pwm信号的占空比，进而可以控制可充电电池160的充电电流平均值。
48.通过以上描述，本公开提出了一种开关设备的电池充电的新控制方式，可以提高产品的兼容性。本公开的开关设备尤其适用于单火开关，并且可以解决“鬼火”问题。
49.本文中所描述的“单元”或“模块”可以通过电路、集成电路、芯片或其他硬件来实现。而且，一个单元或模块可以由一个或多个硬件项来实现，并且多个单元或模块可以由同一硬件项来实现。
50.本领域的技术人员应当理解：提供上述说明是为了举例说明的目的而非限制。本领域的技术人员应当明白本公开可以以脱离这些具体细节的其它实现方式来实现。而且为了不模糊本公开，在当前的说明中省略了已知的功能和结构的并非必要的细节。
51.虽然在这里已图解和描述了特定的实施例，但本领域技术人员会认识到，可以用旨在达到同样目的的任何安排来替换所显示的特定实施例，且本公开在其它环境下具有其它的应用。本技术旨在覆盖本公开的任何改变或变例。所附权利要求决不应被理解为本公开的范围被限制于这里描述的特定实施例。

技术特征：

1.一种开关设备，其特征在于，包括：开关(130)，适于接通或断开负载(110)与火线(l)的连接；控制单元(140)，被配置为控制所述开关(130)的操作；可充电电池(160)，被配置为当所述开关(130)断开时给所述控制单元(140)供电；以及取电单元(150)，适于从所述火线(l)汲取电力并且被配置为能够给所述可充电电池(160)充电；其中所述控制单元(140)被配置为：基于所述取电单元(150)的输出电压来改变用于给所述可充电电池(160)充电的充电电流。2.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述控制单元(140)被配置为：向用于所述可充电电池(160)的充电单元(162)输出脉冲宽度调制pwm信号，以用于控制所述充电电流；以及基于所述取电单元(150)的所述输出电压，来改变所述pwm信号的占空比。3.根据权利要求2所述的开关设备，其特征在于，所述充电单元(162)是线性恒流充电单元。4.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述取电单元(150)还被配置为：当所述开关(130)接通时，给所述控制单元(140)供电并且给所述可充电电池(160)充电。5.根据权利要求4所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备(120)还包括连接在所述取电单元(150)与所述控制单元(140)之间的电源转换单元(180)，所述电源转换单元(180)被配置为将所述取电单元(150)的所述输出电压转换成用于所述控制单元(140)的供电电压。6.根据权利要求1所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备(120)还包括连接在所述取电单元(150)与所述控制单元(140) 之间的电压采样单元(170)，所述电压采样单元(170)被配置为感测所述取电单元(150)的所述输出电压的值，并且将所感测的所述值提供给所述控制单元(140)。7.根据权利要求6所述的开关设备，其特征在于，所述电压采样单元(170)包括电阻式分压器。8.根据权利要求1-7中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述开关(130)包括继电器或可控硅。9.根据权利要求1-7中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述开关(130)包括自锁式继电器，所述负载(110)包括led灯。10.根据权利要求1-7中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述控制单元(140)包括无线通信器件。11.根据权利要求1-7中任一项所述的开关设备，其特征在于，所述开关设备包括单火开关。12.一种照明系统，其特征在于，包括：led灯；以及根据权利要求1-11中任一项所述的开关设备。

技术总结

本公开的实施例提供了开关设备和照明系统。该开关设备包括：开关，适于接通或断开负载与火线的连接；控制单元，被配置为控制开关的操作；可充电电池，被配置为当开关断开时给控制单元供电；以及取电单元，适于从火线汲取电力并且被配置为能够给可充电电池充电；其中控制单元被配置为：基于取电单元的输出电压来改变用于给可充电电池充电的充电电流。这样当接入不同功率的负载时，可以调整充电电流的大小以与所连接的负载的功率相匹配，从而提高开关设备的兼容性。设备的兼容性。设备的兼容性。