智能開關(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，以實現電路智能開關控制的單元”。

在智能家居場景中，智能開關用于實現電路智能開關控制。智能開關產品種類功能繁多，筆者對如下3種常見無線智能開關產品類型的電子設計組成及工作原理進行討論。

單火線智能開關

單火線智能開關產品及接線應用如下圖所示：在接線環境中只有單火線

單火線智能開關與燈具串聯接在零火線中，單火取電需要在燈具關態和開態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的取電單元、電源轉換單元、控制單元和無線通信單元工作。

單火線智能開關由結構、電子兩大單元組成。單火線智能開關的電子單元的基本電路構成包含：閉態取電電路、開態取電電路、開關電路、電源轉換電路、無線通信SOC電路。

零火線智能開關

零火線智能開關產品及接線應用如下圖所示：在接線環境中引入零線

零火線智能開關由零火線給內部電路提供供電電源，通過電子開關器件控制火線的通斷進行燈光控制。

以零火線智能開關為例，其電子單元的基本電路構成包含：AC-DC電源、開關及其驅動電路、電源轉換電路、無線通信SOC電路。

AC-DC電源：將交流電轉換成合適產品工作的直流電。電源架構通常有非隔離電源（Buck、Buck-Boost、Boost等）和隔離電源（反激等）兩種拓撲。

開關及其驅動電路：用來控制火線的導通/關斷。開關器件通常由可控硅、MOS管、IGBT器件、繼電器等組成，其中可控硅、繼電器較為通用。

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

無線通信SOC電路：芯片內部集成MCU和RF功能。MCU負責實現產品工作邏輯及功能，RF負責實現無線信號的收發。

智能調光開關

調光開關是為了滿足人們在不同的時候對燈光亮度的不同需求而發展而成的。通過控制和改變可控硅/MOS管的相位角來控制交流電的導通程度，也就是改變輸入電壓的有效值，通過改變電壓來實現調光。

其調光控制方式有如下兩種：前沿切相調光、后沿切相調光。

前沿切相調光：從交流相位0開始，對輸入電壓斬波，到某相位時刻導通，才有輸入電壓。

后沿切相調光：從交流相位0開始，對輸入電壓斬波，到某相位時刻關斷，才無輸入電壓。

以零火線智能調光開關為例，其電子單元的基本電路構成包含：AC-DC電源、調光開關及其驅動電路、交流零點檢測電路、電源轉換電路、無線通信SOC電路。

AC-DC電源：將交流電轉換成合適產品工作的直流電。電源架構通常有非隔離電源（Buck、Buck-Boost、Boost等）和隔離電源（反激等）兩種拓撲。

調光開關及其驅動電路：用來控制調節交流電相角導通/關斷的比例。開關器件通常由可控硅、MOS管、IGBT器件等組成；可控硅因其導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。

交流零點檢測電路：用來檢測交流電的0相位，給無線通信SOC提供基準信號來控制交流電導通/關斷的相角。(PS:<<淺談5類過零檢測電路>>可從硬件大熊公眾號獲取)

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

無線通信SOC電路：芯片內部集成MCU和RF功能。MCU負責實現產品工作邏輯及功能，RF負責實現無線信號的收發。

智能開關作為基礎電工產品，適用于家用、商用等領域，目前國內無線通訊類型包括WiFi、ZigBee、藍牙，而國外的還有Z-wave、Matter。這幾種不同的通訊方案各有優劣勢，例如，WiFi適用于大部分已有路由器的家庭領域，不用額外配置網關；藍牙需要網關，適用于上百個設備自組網，適用于大規模集中控制，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牙網關功能；ZigBee需要額外的ZigBee網關，也適用于上百個設備自組網，在低功耗、低延時、大容量具備更強的優勢。

作為一個基礎電工品類，開關在用戶家中的使用壽命預期可長達7-8年以上。對于智能家居企業來講，這么一個高頻度使用的產品還扮演著高用戶粘度、流量入口的戰略意義。因此智能家居公司基本上也可以稱為是智能開關公司，如綠米、歐瑞博、博聯、美的、摩根等。可以說，智能開關是業界“兵家必爭”的一個品類。

在具體的使用場景中，用戶可對開關進行遠程控制、定時開關、倒計時開關、語音控制等操作。這么幾個功能看起來平淡無奇，但實際上真正深入行業時，想要將智能開關做穩定、耐用卻并非一件容易的事情。后續我們在其他篇章中會更具體講解智能開關設計的細節要點，包括你可能會碰到的各種“坑”！


審核編輯：劉清