CN108885950B - 限流电路 - Google Patents

Abstract

在一个示例中，电气电路包括：第一功能块，具有电气负载，以产生外部结果；第二功能块，具有电压隔离器；以及第三功能块，具有电流控制器。第一、第二和第三功能块连接成使得电气负载的外部结果由经过电压隔离器起作用的电流控制器来确定。电压隔离器配置成限制跨电流控制器的最大电压。

Description

限流电路

相关申请

本申请在35 U.S.C. § 119（e）之下要求美国临时申请No. 62/279，831（标题为“Functional wall plates”，2016年1月18日提交）的优先权，通过引用完整地结合其申请。

背景技术

现代建筑物包括向灯、电源插座和其它装置输送电力的配线。电气配线端接在墙壁、天花板、地板的电箱中，或者连接到另一个结构元件。进行到电箱中的配线的连接。例如，电气配线可通过***连接器或者采用开关主体侧面上的螺栓接线端来连接到开关。在安装之后，壁板（wall plate）放置在开关主体之上以覆盖到该箱的开口，同时允许对手动操纵开关的使用。

附图说明

附图示出本文所述原理的各种示例，并且是本说明书的一部分。所示示例只作为示例，而不限制权利要求书的范围。

图1A-1D是按照本文所述原理的一个示例的两个不同开关的视图。

图2A和图2B是按照本文所述原理的一个示例、包括开关以及由开关所控制的负载的电气***的图表。

图3A-3C示出按照本文所述原理的一个示例的装饰（

）灯开关的说明性功能壁板。

图4A-4C示出按照本文所述原理的一个示例的肘节灯开关的说明性功能壁板。

图5示出按照本文所述原理的一个示例、安装在灯开关之上的功能壁板。

图6A和图6B是按照本文所述原理的一个示例的多极灯开关的正视图。

图6C和图6D是按照本文所述原理的一个示例的多极开关的说明性功能壁板的图表。

图6E示出按照本文所述原理的一个示例、安装在多极灯开关之上的功能壁板。

图6F-6K是按照本文所述原理的一个示例、使用多极开关的电气***的图表。

图7A-7C是按照本文所述原理的一个示例的说明性电流导向块的示例。

图7D和图7E示出按照本文所述原理的一个示例的电流导向块的操作。

图8A-8C是按照本文所述原理的一个示例的功能壁板的说明性有限电流电气电路的图表。

图9A-9F是按照本文所述原理的一个示例的功能壁板的说明性有限电流电气电路的图表。

图10A和图10B是按照本文所述原理的一个示例、包括作为电流控制器的部分的低电压处理器的说明性电路的图表。

遍及附图，相同附图标记标明相似但不一定相同的元件。

具体实施方式

现在将参照附图，附图中，相似结构将提供有相似附图标记。为了解释目的，以下描述中阐述大量具体细节，以便提供对本***和方法的透彻了解。但是将显而易见，在没有这些具体细节的情况下也可实施***和方法。理解的是，附图是本发明的一些实施例的图解和示意表示，而并不是对本发明的限制，也不一定按比例绘制。本说明书中提到“一示例”或者类似语言意思是结合该示例所述的特定特征、结构或特性包含在至少那一个示例中而不一定包含在其它示例中。另外，结合一个附图所示和/或所述的特征可与结合其它附图所示和/或所述的特征相组合。

开关是现代家庭中的标准固定器具。开关通常放置在入口通道或门附近，使得进入或离开区域的人能够易于接通或关断灯或电器。开关安装的位置使它们对结合夜灯、导向灯或照亮图像是理想的。例如，如果开关安装结合夜灯，则夜灯将照亮入口通道、入口通道周围的地板以及灯开关本身。夜灯将提供有用参考点，以允许业主自行定向并且正确地通过该区域。

虽然结合到开关安装中的夜灯的吸引力是清楚的，但是在设计易于安装并且在没有不利影响的情况下提供照明的期望等级的夜灯方面存在多种显著挑战。

北美（加拿大、美国、墨西哥等）的标准开关具有两种标准款式：肘节和装饰。图1A和图1B示出装饰开关（100），又称作摇臂开关。开关（100）包括摇臂桨（105）和主体（110）。要改变开关的状态及其控制的负载，用户压下桨（105）的顶部或底部。这改变开关（105）内的接触部的内部状态，以便将电气负载与电源连接或断开。开关的主体（110）包括两个螺栓接线端（115、120）和轭（130）。螺栓接线端（115、120）用作电气配线的附连点。例如，“热”线可附连到接线端之一，以及传导者线（traveler wire）可附连到另一接线端。热线向开关提供电力，以及传导者线将开关连接到电气负载。当开关（100）处于“接通”位置时，内部接触部将第一螺栓接线端（115）连接到第二螺栓接线端（120），以及电能是负载可用的。当开关处于“关断”位置时，内部接触部没有进行螺栓接线端之间的连接，并且不存在负载可用的电力。

轭（130）提供将开关（100）连接到壳体（例如电箱）的结构。在一些开关中，轭或托架（130）为金属，并且可连接到接地螺栓接线端（125）。接地线可连接到接地螺栓接线端（125），以确保如果在电气***中存在故障并且电力施加到轭（130），则这个电力将经过接地线耗散。

图1C和图1D示出肘节开关（150）的说明性示例。开关（150）包括肘节（165）、轭（160）、两个螺栓接线端（172、175）和接地接线端（155）。要操作肘节开关（150），用户向上或向下移动肘节（165），以改变肘节开关（150）中的内部接触部的状态。如上所述，这连接或者断开两个螺栓接线端之间的内部电气通路。这个示例中的轭（160）为金属，并且能够使用接地螺栓接线端（155）电连接到接地线。

将导线连接到螺栓接线端（172、175）的一种方法包括松开螺栓并且将电线缠绕螺栓的轴，然后拧紧螺栓以便将导线夹入螺栓头部与开关主体（170）之间。图1D还示出用于将导线连接到螺栓接线端的备选机制。这个备选连接使用***连接器（177、179）。电线的末端被剥皮并且推入***连接器（177、179）中，以进行与内部接触部的电连接，而无需利用螺栓接线端。甚至当使用***连接器时，螺栓接线端（172、175）也保持为电气电路的部分。

图2A是示出用于控制负载的说明性电气***（200）的框图。在这个示例中，***（200）包括开关（202）、配线（215、210、225）和外部负载（220）。在这种情况下，外部负载（220）示为顶灯，但是负载可能是能够由开关来控制的任何电气负载，包括灯具、电动机、风扇、空调等。开关（202）的接线端A（217）连接到热线（215）。热线（215）是房屋或建筑物中的功率分配的部分，并且将电力输送到***。开关（202）包括内部接触部（235），其控制经过开关的电流的流动。在这种情况下，内部接触部（235）闭合。这允许电流（240）经过开关流动到接线端B（218），所述接线端B（218）连接到传导者线（210）（其连接到负载（220））。电流经过负载（220）并且进入中性线（225）。中性线（225）充当电流的汇（sink）。

图2B是示出通过将功能壁板（205）放置在开关（202）之上而已经修改的用于控制负载（220）的说明性电气***（200）的框图。在这个示例中，内部接触部（235）断开，使得没有电流流经开关（202），并且灯（220）标称地“关断”。这创建跨接线端（217、218）的电压差动，其中接线端A具有高电压，因为它连接到热线（215），而接线端B具有更低电压，因为它从热线（215）断开并且经过负载（220）来连接到中性线（225）。

功能壁板（205）接触开关（202）的接线端（217、218），以抽取电力。因此，在图2A和图2B所示的配置中，功能壁板能够仅当存在跨接线端（217、218）的电压差时才抽取功率。当内部接触部（235）闭合时，两个接线端通过内部接触部电连接，并且处于基本上相同的电压。两个接线端之间可存在很小的电压差，其与内部接触部的接触电阻相关。通常，这个小电压差没有提供有用的电流量。因此，图2B所示配置中的功能壁板（205）内部的负载（230）仅当内部接触部（235）断开并且开关“关断”时才可使用充分电力量。

旁路电流（241）经过功能壁板（205）中的负载（230）从接线端A（217）传递到接线端B（218）。因此，功能壁板（205）绕过开关（202），并且将电流独立引入传导者线（210），其然后经过外部负载（220）并且传递到中性线（225）。理想地，外部负载（220）没有采用非期望方式对这个旁路电流（241）起反应。旁路电流（241）可向外部负载（220）输送例如一瓦特的电能。如果外部负载是60瓦特白炽灯泡，则将可能不存在不利影响，因为旁路电流仅为由该灯泡通常消耗的总功率量的1/60。灯泡中的灯丝可少许发热，但是将不存在灯泡的闪烁或有效照明。类似地，如果负载是电机（例如风扇电动机或空调电动机），则一瓦特的电力将是微不足道的并且将不会引起任何非期望影响。

但是，存在朝更有效和更低瓦特数灯泡的重要趋势。例如，紧凑荧光灯泡和发光二极管灯泡通常使用比产生大约相同的可见光量的白炽灯泡少70%-80%的功率。消耗60瓦特的能量的白炽灯泡可采用紧凑荧光灯泡（其消耗大约15瓦特）或发光二极管灯泡（其消耗大约12瓦特）来替代。随着负载的瓦特数降低，负载变得对旁路电流（241）更为灵敏。响应旁路电流，更低瓦特数灯泡可周期地闪光、照亮或闪烁。这能够对于用户（其已经关灯并且预期灯保持为关断）造成非期望视觉干扰。

在提供各种功能（包括作为夜灯的照明）的功能壁板的情况下，难题是从功能壁板提供充分照明，同时防止由灯开关所控制的负载的非期望行为（例如在照明的情况下的闪烁、闪光或照亮）。例如，功能壁板可包括一个或多个发光二极管，以提供期望夜灯照明。在使用低瓦特数发光二极管灯泡的越来越常见状况中，设计挑战变得极为显著。电气设计人员陷入被要求设计如下电路的看起来不可能的状况：在相同电流经过功能壁板和灯泡两者的同时，允许功能壁板中的发光二极管照亮，而没有灯泡中的发光二极管照亮或闪烁。这种状况能够进一步复杂化，因为功能壁板和灯泡两者中的发光二极管可具有相似操作参数。

在相当数量的测试之后，发现市场上可获得的紧凑荧光和发光二极管灯泡非期望地对一毫安或更大的电流起反应。例如，在一毫安的电流下，随着内部电容器充电和放电，若干常见紧凑荧光灯泡将闪光，以及发光二极管灯泡将明亮地闪烁。但是，甚至最低瓦特数发光二极管（其可用于在功能壁板中使用）也具有指定工作电流1至30毫安的操作规范。例如，LiteOn™ LTW-006DCG-2是超小封装中的白色指示器发光二极管，其指定20毫安的工作电流消耗和30毫安的最大电流消耗。这对于功能壁板的单个LED比对于外部负载中的许多低瓦特数灯泡原本可接受的要多一个数量级的电流消耗。

因此，看来没有在不违反不闪烁或照亮顶灯所要求的严格电流限制的情况下允许生成期望照明量的解决方案。单个LED在其所设计工作范围中的电流和功率要求超过许多灯泡的电流限制。

避免电流限制的其它解决方案是可能但是不合乎需要。例如，一种解决方案可要求特定灯泡与功能壁板结合使用。这些特定灯泡可需要排除大多数LED和紧凑荧光灯泡。在给定朝更低瓦特数LED灯泡的节能运动的情况下，这种解决方案不是理想的。

其它解决方案要求中性线存在于灯开关插座箱中。经过功能壁板的电流则能够直接进入中性线而无需经过负载。但是，这种解决方案也是不合乎需要的。不存在对于灯开关插座箱包含中性线的基于物理或标准的要求。此外，使中性线延伸到每个灯开关插座花费附加时间，并且要求附加导线。因此，许多灯开关插座没有包含中性线。此外，即使中性线存在于插座箱中，但它不是易于可及的。在大多数情况下，中性线与到其它导线的导线螺帽相连接，并且填入插座箱的背面。要获得对中性线的使用，灯开关必须从插座箱松开并且向前拉。然后必须从箱中的其它导线中识别中性线，移开导线螺帽，并且进行连接。该过程则必须反转，以将组合件放回到一起。简单地获得对中性线的使用对于典型业主来说能够比安装全新灯开关更为复杂。

用于获得灯开关中的夜灯的另一种备选解决方案是安装具有内置夜灯或照亮肘节/摇臂的全新灯开关。这种解决方案常常比业主愿意花费的更多的努力和费用。此外，包含照明的灯开关经受与其它解决方案相同的约束，即，中性线必须存在或者灯开关可使用过多电流并且闪烁或照亮市场上可获得的灯泡的大部分。因此，当前不存在允许业主快速并简易地在灯开关安装夜灯的可接受解决方案。

图3A、图3B和图3C分别示出摇臂或装饰灯开关（参见例如图1A、图1B）的说明性功能壁板（300）的后视图、侧视图和正视图。图3A示出功能壁板（300）包括面板（305）、背板（310）以及从面板（305）向后延伸的两个管脚（prong）（315）。管脚（315）配置成接触装饰灯开关（100；图1A）的螺栓接线端（115、120；图1A）。通过虚线形状所表示的电路板（311）夹入面板（305）与背板（310）之间。电路板（311）通过导体（312）（其通过点线所表示）连接到管脚。当电力在管脚（315）可用时（即，当管脚之间存在电压差时），电路板（311）能够产生照明（314）。在这种情况下，照明（314）从功能壁板（300）的底边向下延伸。存在可配置功能壁板（300）的广泛各种其它方式。例如，照明可从不同位置来投射和/或以不同图案来提供。照明可以是连续条，或者可分段为二段、三段或更多段。照明可通过单独LED、LED灯丝或其它光源来产生。电路板的位置和大小只是一个示例。在其它实施例中，电路板可以是不同大小（例如简单矩形），和/或可分为多个区段或者可相对壁板位于其它位置。此外，管脚可具有不同形状、数量和位置。例如，在壁板上可存在在各种位置处并且具有各种形状的二个、三个、四个或五个管脚。下面描述若干说明性示例。

图3B示出功能壁板（300）的侧视图，其中管脚（315）从面板（305）向后延伸。图3C示出功能壁板（300）的正视图，其中管脚（315）经过面板（305）的矩形孔径是可见的。

一般来说，功能壁板的用户可期望对光输出或者功能壁板内的其它功能性的某种控制量。例如，用户可将功能壁板安装在入口通道中的光开关之上并且将另一个功能壁板安装在成人卧室中的光开关之上。用户可希望入口通道附近的高照明等级但是成人卧室中的更低照明等级。附加地或备选地，用户可希望对某个时间段关断照明功能。此外，用户可希望执行任何数量的其它操作，包括改变照明的颜色或者色温。可假定安装在电路板上的小开关可用来执行任何或全部这些功能。但是，因为电路板输入是线电压，所以将要求电路板上的小开关耐受线电压。例如，当电路（311）正提供照明（314）并且电流正流经电路时，跨小开关的电压差可以为最小。但是，当小开关中断电流时，跨小开关的电压差能够充分升高。在许多设计中，当开关处于“关断”状态时，跨小开关的电压差与跨管脚的电压差基本上相似。小开关通常不能够耐受建筑物配线的线电压以及与连接和断开负载相关的瞬态电压尖峰。这个幅值的电压可跨这些小开关的内部接触部形成电弧。构建成耐受数百伏特的开关能够过大和昂贵而不适应于功能壁板。具体来说，能够耐受线电压和瞬变的开关通过功能壁板所安装的灯开关来表示。

但是，这个实施例中所包含的是一种开关（320），其提供功能壁板（300）的夜灯功能的手动控制。这个开关很小，并且具有控制/停止经过电路的电流的能力，但是跨其接线端只能容许比高施加线电压要低得多的电压。该开关装配在面板（305）与背板（310）之间，而不引起对功能壁板的剖面的任何改变。开关（320）还包括盖板/手柄，其在面板表面上方少许延伸，使得能够操纵开关。开关（320）可具有多种配置的任何配置，包括但不限于“通/断”操作、多照明等级操作、调暗操作、灯颜色改变操作、无线连网或其它功能。下面描述这个开关和壁板的各种实施例。

图4A、图4B和图4C分别示出肘节或标准灯开关（参见例如图1C、图1D）的说明性功能壁板（400）的正视图、侧视图和后透视图。图4A示出功能壁板（400）的正面，包括面板（405）以及面板的左下角的开关（420）。图4B示出功能壁板（400）的侧视图，其中管脚（415）从面板向后延伸。图4C示出功能壁板（400）包括面板（405）、背板（410）以及从面板（405）向后延伸的两个管脚（415）。管脚（415）配置成接触肘节灯开关（150；图1D）的螺栓接线端（172、175；图1D）。管脚（415）包括绝缘罩（415）和接触表面（422）。绝缘罩（415）提供平滑安装，并且当壁板安装在开关（150；图1C）之上时防止与周围导体的非期望电接触。接触表面（422）配置成接触灯开关上的侧螺栓接线端（172、175；图1D）的螺栓头或其它导体。

图5是安装在装饰开关（100）之上的功能壁板（300）的端视图。功能壁板的面板（305）装配在灯开关（100）的摇臂（105）周围。管脚（315）围绕开关主体（110）的侧翼向后延伸，使得接触表面（322）电接触螺栓接线端（115）。接触表面（322）与螺栓接线端（115）之间的接触向功能壁板（300）中的电路提供电力。这只是用于从开关或配线来抽取功率的技术的一个示例。也可使用多种其它技术。例如，壁板可具有导线，其具有可附连到开关上的螺栓接线端或者直接附连到配线（其向开关提供电力）的剥皮部分或铲连接器。

先前示例针对单极开关，其具有用于热线和中性线的连接的两个螺栓接线端以及用于接地线的连接的一个附加螺栓接线端。在只有一个开关控制外部负载的情况下使用这些单极开关。在多个开关控制负载的状况中，使用多极开关。例如，在具有多个入口的房间（例如走廊、楼梯和较大房间）中使用三路和四路开关。一个灯开关位于每个入口，使得从任何入口进入的用户能够控制顶灯。电气***配置成使得改变任何开关的状态引起负载状态的改变。因此，如果电气负载包括灯，则灯能够从任何入口通道/开关来接通或关断。

图6A是说明性三路开关（604）的正视图。这个三路开关（604）包括主体（618）以及附连到主体的轭/安装托架（612）。接地螺栓接线端（614）连接到托架（612）。托架（612）还包括各种孔径和螺纹孔，以用于将开关安装到电箱以及用于将面板安装在开关之上。开关（604）还包括三个螺栓接线端（616、620和624）。这些螺栓接线端允许电线机械地紧固并且电连接到开关。肘节（622）允许用户机械地改变内部接触部的位置，以改变开关的电气配置。例如，在第一配置中，第一螺栓接线端（624）可电连接到第二螺栓接线端（620）。但是，当用户机械地将肘节向上移动到新位置时，内部接触部重新配置成将第一螺栓接线端（624）连接到第三螺栓接线端（616）。

这只是三路开关的一个实施例。多种其它三路开关配置也可与所述原理结合使用。例如，三路开关可具有摇臂而不是肘节，或者配线可连接到开关主体后面的***连接器而不是直接连接到螺栓接线端。本文所述的三路开关和其它开关还可包括各种传感器和致动器。例如，开关可包括运动检测器和/或致动器，以远程/自动控制连接到开关的负载/灯。

图6B是说明性四路开关（608）的正视图。四路开关可包括与三路开关相同的许多特征。例如，这个四路开关（608）包括主体（618）以及附连到主体的轭/安装托架（612）。接地螺栓接线端（614）连接到托架（612）。但是，除了三个螺栓接线端（616、620、624）之外，四路开关（604）还包括第四螺栓接线端（626）。虽然肘节（622）允许用户机械地改变开关的电气配置，但是内部接触部与三路开关中的不同。在这个示例中，在第一配置中，第一螺栓接线端（624）可电连接到第二螺栓接线端（620），以及第三螺栓接线端（616）可连接到第四螺栓接线端（626）。但是，当用户机械地将肘节向上移动到新位置时，内部接触部重新配置成将第一螺栓接线端（624）连接到第四螺栓接线端（626），以及第三螺栓接线端（616）连接到第二螺栓接线端（620）。

下面给出包括三路和四路开关的电气***的示例。与图1A-5所示和所述的单极开关不同，这些多极开关没有优选取向。对于单极开关，标准实践是将开关安装成使得向上移动肘节接通灯，而向下移动肘节关断灯。倒转安装单极灯开关将会引起用户的反直觉操作。因为单极灯开关具有一致安装配置，所以螺栓接线端的位置也相当一致（在面向开关正面时通常在开关的右边）。因此，打算供单极开关使用的功能壁板上的两个管脚（参见例如图3A、图3B、图3C、图4A、图4B、图4C、图5）能够定位成始终接触螺栓接线端。但是，对于三路和四路开关，简单地再定位电气***中的任何开关的肘节/摇臂将改变负载/灯的状态。因此，三路和四路灯开关能够倒转或者正面朝上安装，而没有干扰用户的操作。这使螺栓接线端的位置没那么可预测。

此外，当电气***的配置因用户重新配置各种灯开关而改变时，各种螺栓接线端之间的互连改变。能够在第一配置中向功能壁板提供电力的一对螺栓接线端在第二配置中也许不能提供电力。因此，为了使功能壁板可靠地接收电力，功能壁板应当配置成接触多个螺栓接线端，并且选择具有给定配置的电力的螺栓接线端。

图6C示出一种功能壁板（630），其包括四个管脚（A、B、C、D），并且配置成与三路和四路灯开关两者均兼容。当壁板（630）放置在三路开关之上时，管脚之一将不会与螺栓接线端连接。例如，壁板（630）可放置在三路开关（604，图6A）之上，以及管脚A可接触第一螺栓接线端（624），管脚B可接触第二螺栓接线端（620），以及接触部C可接触第三螺栓接线端（616）。管脚D将搁置在开关（604）的主体（618）上，并且将不会与螺栓接线端进行接触。如果三路开关（604）倒转安装，则管脚A将接触第二螺栓接线端（620），接触部B将接触第一螺栓接线端（624），以及管脚D将接触第三螺栓接线端（616），其中管脚C搁置在主体（616）上，并且将不会与螺栓接线端进行接触。因此，这种配置（其在功能壁板上包括比灯开关上存在的接线端要多的管脚）适应多个灯开关安装取向。

对于四路开关，功能壁板（630）的管脚（A、B、C和D）可在灯开关倒转或正面朝上安装时接触全部四个螺栓接线端。但是，不存管脚的每个与螺栓接线端进行接触的要求。功能壁板能够从灯开关来抽取功率，只要螺栓接线端之间存在电压差，其将支持电流流动。

图6D示出功能壁板（632）的备选配置。在这种配置中，已经对其它管脚（A、B、C和D）添加了第五管脚（E）。这个管脚将与接地螺栓接线端进行电接触。图6E示出安装在四路开关（608）之上的板（632）的后视图。为了说明的目的，电线没有被示出连接到螺栓接线端，而是假定在适当位置。在这个示例中，管脚A可接触第一螺栓接线端（624），管脚B可接触第二螺栓接线端（620），并且接触部C可接触第三螺栓接线端（616），以及管脚D可接触第四螺栓接线端（626）。管脚E接触导电托架（612），其电连接到接地螺栓接线端（614）。

一般来说，用于多极灯开关之上的安装的功能壁板可包括面板以及从面板向后延伸以电接触多极开关的接线端的至少三个管脚。功能壁板中的电路连接到管脚并且从其中吸取功率。但是，如上所讨论的，在全部这些管脚之间可能不存在电压差（其将支持电流流动）。因此，功能壁板中的电路将必须在每当重新配置电气***时选择或重选具有电压差的螺栓接线端。包括多极开关的电气***的各种配置在下文描述，并且示出当改变开关配置时，螺栓接线端之间的可用电力的分配也改变。

图6F、图6G和图6H是包括负载（602）和两个三路开关（604、606）的说明性电气***（600）的图表。例如，这个电气***可用于楼梯中，其中一个三路开关（例如604）位于阶梯底部，而一个三路开关（例如606）位于阶梯顶部。这允许用户从阶梯顶部或者底部接通或关断灯。这些附图中包含的是指示按照所示开关配置、相对中性线的接线端电压的状态的图表。为了帮助说明，线电压指示为120伏特。

图6F示出“关断”状态中的负载（602），因为负载通过三路开关（604、606）的配置与电力断开。第一三路开关（604）包括三个切换接线端（a、b和c）。第二三路开关（606）也包括三个切换接线端（d、e和f）。接地接线端（g1、g2）也可存在，但是没有参与开关的切换行为。第二三路开关（606）的接线端d连接到热线，其向电气***（600）提供电力。接线端e通过传导者T1来连接到接线端c。接线端f通过传导者T2来连接到接线端b。第一开关（604）的接线端a通过传导者T3来连接到负载（602）。

负载（602）处于“关断”状态，因为不存在连接到接线端d的输入热线与传导者T3之间的连接。具体来说，如由开关（606）内部的箭头所表示的第二三路开关（606）的内部切换机制将接线端d连接到接线端e。接线端e通过T1电连接到接线端c，并且将电力从热线输送到接线端c。但是，第一三路开关（604）没有与接线端c进行连接。第一三路开关（604）改为连接接线端a和b。因此，因为不存在热线与负载（602）之间的连接，所以负载没有经过开关来接收电力，并且将保持为“关断”，直到三路开关的任一个的状态改变。

为了使功能壁板从开关抽取电力，应当存在能够向功能壁板提供电流的至少一个螺栓接线端以及提供用于电流流动到中性线或接地的电路通路的至少一个螺栓接线端。

电路图右边的图表示出各种接线端的状态。对于第一三路开关（604），存在四个接线端（a、b、c和g1）。接线端a和b相对于中性线电压具有零伏特，因为它们经过负载来连接到中性线，其中没有电流流经负载。接线端c经过接线端e和d来连接到热线电压（例如120 V）。在这些示例中，热线电压指示为120伏特交流（“120 V”），但是它能够是电气***中用来向负载提供功率的任何电压。例如，其它电压能够是12伏特直流、100伏特交流、240伏特交流、277伏特交流等。假定接地接线端g1上的电压处于与中性线相同的电位，并且将相对中性线指示为0 V。因此，只有螺栓接线端的子集（具体来说是接线端c）能够在这种配置中提供电流。能够提供电流的螺栓接线端的这个子集随着开关的配置改变而改变。能够吸收电流的螺栓接线端的子集也随着开关的配置改变而改变。这在以下附图和描述中示出。

对于采用图6F所示配置连接到第一开关的接线端的功能壁板，一个管脚可连接到接线端c，以接受电流。这个电流可经过功能壁板电路，并且输出到接线端a、b或g1的任何接线端。经过接线端a和b的电流将经过负载（602），以及经过g1的电流将直接传递到接地而没有经过负载。

对于第二三路开关（604），存在四个接线端（d、e、f和g2）。接线端f相对中性线电压具有零伏特，因为它经过负载来连接到中性线，其中没有电流流经负载。接线端d和e连接到热线电压（120 V）。接地接线端g1上的电压为0 V。因此，对于采用图6F所示配置连接到第二开关的接线端的功能壁板，一个管脚可连接到接线端d或者接线端e，以接受电流。这个电流可经过功能壁板电路，并且输出到接线端f和g2的任何接线端。经过接线端f的电流将经过负载（602），以及经过g2的电流将直接传递到接地而没有经过负载。

图6G示出电气***（600）的第二配置，其中用户已经改变第一开关（604）的配置以接通灯（602）。配置的这个变化通过第一开关（604）内部的箭头取向的改变示出。箭头用于说明各种接线端之间的连接的目的，而不是指示电流或者电流的方向。灯或其它负载（602）经过第二开关的接线端d和e沿传导者T1并且经过第一开关中的接线端c和a从热线接收电力。这允许电流经过传导者T3并且进入负载（602），以及输出到中性线。

图6G中的电路图右边的图表示出各种接线端处的电压。第一开关（604）的接线端a和c上的电压处于线电压（120 V），而接线端b、f和传导者T2没有连接到电流源或电流汇。因此，接线端b、f和T2与其余功能电路断开并且“浮动”，或者换言之不能保持充分电流。接地g1能够充当电流汇（0 V）。因此，为了使功能壁板从第一开关（604）抽取电力，它能够接受来自接线端a或者接线端c的电流，并且对于灯“接通”的状况将电流沉入（sink）接地g1。

对于第二开关（606）该状况相似。接线端d和e处于120 V（相对中性线），并且连接到热线，而接线端f浮动，并且接地g2处于0 V。要向功能壁板提供功率，功率能够从接线端e和d的任一个或两者发源并且沉入接地接线端g2。

图6H示出第三配置，其中用户已经改变第二灯开关（606）的配置以关断灯。在这种状况中，功能壁板再次能够从具有120 V的接线端发源，并且将电力沉入经过负载（602）连接到中性线或者连接到接地接线端或两者的组合的接线端。但是，可用于充当电流源的接线端的子集以及可用于充当电流汇的接线端的子集与其它配置的任何配置是不同的。具体来说，对于第一开关，接线端b是电流源，而任何其它接线端可用作电流汇。对于第二开关，接线端d和f的任一个可以是电流源，而接线端e和g2可充当电流汇。因此很清楚，功能壁板将需要具有随着电气***（600）的配置改变而动态地将电流从作为电流源的接线端导向到作为电流汇的接线端的能力。

以上所给出的电气***的示例只是说明性的。可存在可使用的多个其它配置的任何配置。例如，电气***可结合更多或更少开关或负载。图6I示出一种电气***（610），其包括如上所示的第一三路开关（604）和第二三路开关（606），但是还包括四路开关（608）。在图6I所示的配置中，灯“关断”。改变开关的任一个的位置将改变灯/负载（602）的状态。接线端的每个的电气状态在电气图右边的图表中示出。在这个示例中，四路开关（608）包括四个有源接线端（g、h、i、j）和一个接地接线端g3。接线端g和h经过传导者T5以及第二开关中的接线端d和f来连接到热线。接线端i和j经过传导者T6、第一开关的接线端a和c、传导者T8以及负载（602）来连接到中性线。如右边的图表所示，功能壁板可从g和h的任一个或两者来抽取电流，并且经过i或者j或者g3来吸收经过负载的电流。

图6J示出电气***（610）的另一种配置，其中用户已经改变四路开关（608）的配置以接通灯（602）。电力按顺序经过下列元件：第二开关（606）的接线端d和f；传导者T5；四路开关（608）中的接线端h和i；传导者T6、经过第一开关（604）的接线端a和c并且沿传导者T8从热线传递到负载。如先前示例中所示，放置在这些开关之上的功能壁板能够从连接到热线的接线端来抽取功率并且将电力沉入接地。

图6K示出采用不同配置的相同***，其中用户通过重新配置第一开关（604）的内部接触部已经关断灯。具体来说，用户断开接线端a和c，并且将接线端a连接到接线端b。这中断了到负载（602）的电流通路。转到电气图右边的图表，功能壁板可从具有120 V的任何接线端来抽取电力并且沉入具有0 V的任何接线端。

如上所述，所示的电气***只是示例。所述的原理能够适用于广泛范围的电气***。例如，原理可适用于更复杂的电气***，并且包括更多开关。对于具有多于三个入口点的房间，附加四路开关可用于两个三路开关之间。这种配置保存通过改变电气***中的开关的任何开关的内部配置来改变负载的状态的能力。

图7A-7E是说明性电流导向块（700、704和706）的示例。如上所示，可存在与开关所关联的任何数量的接线端。在这个示例中，管脚或其它装置到螺栓接线端或者开关的其它导电部分的连接称作“源节点”。在第一配置中，可存在多个（“n”个）源节点，其仅具有能够向功能壁板提供电流的那些节点的子集以及仅具有能够吸收/接受来自电路的电流的节点的子集。这些子集可随着电气***的配置改变而改变。因此，需要自动选择源节点的正确子集的电路。此外，每一个源节点必须与每一个其它节点电隔离，使得电流不能在节点之间直接流动。在一个实施例中，被功能壁板准许在源节点之间流动的唯一电流是经过功能壁板的内部电路的受控电流。

图7A是选择源节点（710）（其能够保持经过功能壁板电路的电流并且将每个源节点与每一个其它节点电隔离）的电流导向块（700）的一般化图。存在一组源节点（710），其表示为一系列字母（A、B、C、D...n）。可存在n个节点，其中n可以是任何正整数。例如，可存在通过功能壁板与开关的接线端之间的接触所创建的2、3、4、5或更多个节点。电流导向块（700）将这些源节点（710）连接到二极管网络（702）。二极管网络（702）用来通过阻止来自任何节点的电流直接传递到任何其它节点中将源节点的每个与每一个其它节点隔离。在这个示例中，电流导向块具有输入节点（“aa”）和输出节点（“bb”）。电流导向块（700）将电流从所选源节点导向到输入节点aa。输入节点aa连接到功能壁板电路（参见例如705，图7B）的其余部分。输出节点bb接受已经经过了功能壁板电路的其它部分的电流。电流导向块（700）然后将电流路由到源节点（710），其连接到电流汇（例如源节点，其能够将电流传递到接地、传递到与中性线连接的负载或者直接传递到中性线）。

电流导向块（700）可采取多种不同配置。图7B中，电流导向块（704）仅包括两个源节点（710）。二极管网络（702）在这个示例中仅包括一个二极管。节点aa和bb连接到功能壁板电路（705）的其余部分。在这个简单实现中的电流导向包括阻止具有错误极性的电压进入电路（705），并且经过电路（705）迫使电流传递进入输入节点aa，以及从输出节点bb返回。具体来说，当连接到直流电流源时，二极管D1确保直流电流源与正确极性连接。如果使用错误极性，则D1将阻止电流流入电路（705）以对它进行保护。如果连接到交流电流源，则二极管D1仅允许一个电压极性的电流传递进入电路（705）。

源节点A和B相互隔离，因为为了使电流在节点A与节点B之间传递，电流必须首先经过电路（705）。图7B以及本文所示的其它说明性示例中的电路可接受来自交流电流源或直流电流源的电力。

图7C示出仅具有两个源节点（A和B）的电流导向块（706）。电流导向块（706）经过输入节点aa和输出节点bb来连接到功能壁板电路（705）。二极管网络（702）通过将正电流从节点A或者节点B导向到输入节点aa来向功能壁板电路（705）提供功率。全波整流器在其输出将整个输入波形转换成恒定极性（正或负）之一。

图7D和图7E示出包括n＝4个源节点（710）的电流导向块（708）的操作。在这个示例中，四个节点中只有两个是“有源”节点，其能够保持电流。任意选择有源节点，以示出电流导向块（708）如何既将各种节点相互隔离又将电流导向到输入节点aa。在这个示例中，节点A具有120 V AC，并且能够充当电流源。在本描述中通篇使用电流的常规标记。节点B和C是浮动的，并且不能够充当电流的源或汇。节点D具有0 V的电压，并且连接到接地或者中性线。这允许节点D充当电流汇。

当正向偏置电压（其比连接到源节点的二极管的内置电位要大）施加到源节点时，二极管允许电流流经二极管。对于浮动节点，这个电流是极小的，但是允许电流导向块限制浮动线上的电压。如果存在连接到二极管网络的电流源节点和电流汇节点，则二极管允许电流进入输入节点aa并且离开输出节点bb。

图7D示出连接到源节点A的120 V AC电源的正电压循环。二极管D1允许电流（通过虚线箭头所指示）经过它并且传递到输入节点aa。虽然二极管D1经过其它二极管来连接到其它源节点的每个，但是这些二极管阻止电流直接传递到其它源节点。具体来说，二极管D1的输出连接到二极管D3、D5和D7的输出。但是，这些二极管防止电流向后流动到源节点B、C和D。这将源节点B、C和D与源节点A隔离，并且类似地将把每个源节点与每一个其它源节点隔离。

电流流经输入节点aa，流经功能壁板电路（705），并且离开输出节点bb。功能壁板电路（705）限制能够流动的电流量。如上所讨论的，对电流的这个限制缓解连接到开关的外部负载的潜在不利行为。当电流从输出节点bb传递时，它具有正确极性以经过二极管D2、D4、D6和D8的任何。但是，二极管D2具有相对侧的高正电压，并且因此电流不能生成跨二极管D2的充分电压以经过源节点A。源节点B和C是浮动的，以及在其电压电位升高并且防止进一步流动之前不能接受充分电流量。连接到源节点D的电流汇允许电流经过二极管D8和源节点D，并且进入电流汇，其可包括电中性线、电接地或者连接到中性线或接地的外部电气负载。

图7E示出连接到源节点A的120 V AC电源的负电压循环。在AC循环的负部分，源节点A的电压下降到负电压电位，以及经过二极管D7并且经过功能壁板电路（705）从节点D吸取电流。电流从输入节点aa传递、经过电路并且进入输出节点bb，以及向上传递向二极管D2。在这个点上，电流能够经过其相应二极管来访问节点的任何节点，但是只有源节点A能够保持跨二极管D2的正向电压降，以允许充分电流流动。

因此，电流导向块（700、704、706和708）包括二极管网络（702）以及连接到二极管网络的n个源节点（710）。电流导向块还包括输入节点aa，其中从任何源节点所发源的电流被导向到输入节点aa中。从那里，电流流入/流经功能壁板电路的其它块。电流导向块还包括输出节点bb，其中从功能壁板中的其它块传递出的电流传递进入输出节点bb，并且被导向朝向与电流汇所连接的源节点。

如上所讨论的，经过功能壁板电路的电流可传递进入输出节点bb，并且被导向到源节点，其连接到外部负载和中性线。为了避免负载的非期望行为，经过负载的电流量应当低于对于负载进行响应的阈值。但是，在一些状况中，对于负载进行响应可以是合乎需要的。例如，如果功能壁板包含运动检测器，则对于顶灯在运动被检测时以某个等级照亮可以是合乎需要的。这将对周围环境提供照明，并且允许用户执行其期望动作，或者查找灯开关并且将它接通以供附加照明。这可通过向负载（在这种情况下为灯）发送受控电流量（这引起来自负载的期望响应（即，暗淡或全照明））来实现。

如上所讨论的，在一些状况下可期望经过功能壁板的电流沉入到电接地。这将允许功能壁板甚至在外部负载“接通”时也被供电。例如，如果功能壁板电路经过源节点来连接到接地，则将存在电连接到热线的任何接线端与电接地之间的电压差。这能够是有利的状况的示例在图6G和图6J中示出，其中灯“接通”，并且没有有源节点能够吸收电流。具体来说，如果进行到接地的连接，则甚至当灯“接通”时，电力也将是功能壁板电路可用的。但是，接地通常用作安全机制。如果在使开关上的导电部件通电的电气***中存在故障，则电接地将这个电力从用户引开。

图8A是功能壁板的说明性电气电路（800）的图表。在这个示例中，电路（800）可通过与输入节点aa和输出节点bb相连接来与电流导向块进行接口。在这个示例中，电路（800）包括第一功能块（801），其包括电气负载（805）。第一功能块（801）连接到输入节点aa。第二功能块（802）包括电压隔离器（810），其接受经过电气负载（805）的电流。第三功能块（803）包括电流控制器（815），其连接到输出节点bb。连接块的箭头在概念上示出电流在电路元件之间开始于输入节点aa并且依次经过电路传递到输出节点bb的一般化流动。

如上所讨论的，各种灯泡对经过功能壁板，绕过开关，并且进入负载的电流敏感。例如，一些灯泡可对于1毫安的电流呈现不合乎需要的行为，而那些灯泡的子集可对0.5毫安的电流敏感，以及灯泡的甚至更小子集可对0.25毫安的电流敏感。如上所讨论的，这些电流量比超小指示器LED的工作电流要低若干数量级。为了增加电路与广泛范围的灯泡的兼容性，电路（800）的一个目标是极有效地利用并且最小化经过电路（800）的电流量。由这个电路所采用以成为高效的并且最小化电流的技术是“再使用”电流，或者换言之，进入电路的电流在离开电路之前依次流经各种电路块。

在许多电路中，各种组件并联布置在电源与电汇之间。由一个电路块从电源所接受的电流退出到电汇，而没有进入其它电路块。这提供各种电路块的稳定性和隔离。一个块的电消耗没有直接影响可用于另一个块的电流量或电力量。例如，微处理器可控制多个外部模块。但是，微处理器具有其自己的稳定电力供应，其独立于与流经受控外部模块的电流。因此，如果模块在操作期间吸取更多或更少电流，则微处理器不必须接受这个变化电流量。

但是，在本文所示的电路实施例中，相反情况成立。每一个组件块接受来自之前块的电流连同对由之前块所进行的电压电平的任何修改。这通过在全部电路块中“再使用”电流来减少电流量。

首先，电气负载（805）接受来自输入节点aa的电流，并且利用这个电流来执行外部结果（806）。外部结果（806）可包括任何用户期望功能。例如，外部结果（806）可包括多种功能，例如提供照明、感测环境参数、加热或冷却、机械致动或者其它功能。

随后，电压隔离器（810）接受来自电气负载（805）的电流，并且将下游的组件与高电压隔离，同时仍然使相同电流传递到电流控制器（815）。电压隔离器（810）将电路分为两个区段，即，左边的高电压部分（809）和右边的低电压部分（811）。高电压部分（809）包括电气负载（805），以及低电压部分（811）包括电流控制器（815）。电压隔离器（810）可具有多个特性，其使得它特别适合于这个应用。例如，电压隔离器（810）可有效地接受广泛范围的输入电压，并且输出受限电压，同时允许电流经过电压隔离器（810）从高电压部分（809）传递到低电压部分（811）。

因此，在一个实施例中，电路（800）包括：第一功能块（801），具有电气负载（805），以产生外部结果（806）；第二功能块（802），具有电压隔离器（810）；以及第三功能块（803），其包括电流控制器（815）。第一、第二和第三功能块（801、802、803）能够连接成使得电气负载（805）的外部结果（806）配置成由经过电压隔离器（810）起作用的电流控制器（815）来确定。例如，电流控制器（815）可限制经过它的电流量，并且因此限制经过整个电路的电流量。这限制经过电气负载（805）的可用电流量。这可影响外部结果（806）的幅值或动作。在一个实施例中，电气负载（805）包括光源，以及流经光源的电流量确定通过光源的光输出量（外部结果）。因此，电流控制器（815）能够影响光输出，即使它通过电压隔离器（810）与电气负载（805）隔离并且正以比电气负载（805）要低的电压工作。如上所讨论的，电压隔离器（810）配置成限制跨电流控制器（815）的最大电压。

上面给出的示例只是一个说明性实施例。也可使用多种其它电路配置。例如，功能块可包括附加块、装置或功能。在一个示例中，第三功能块（803）可包括多个附加模块和功能，例如无线发射器、传感器、处理器或其它装置。此外，电压隔离器（810）可包括自动感测和切换行为，以调节不同电流电平下的电压。在一些实施例中，电压隔离器（810）可以是单个组件。在其它实施例中，可存在***感测部分中以提供稳定参考电压的附加元件。

没有提供将电流的相当一部分从一侧传递到另一侧的电压降低***的示例是变压器。变压器是电气装置，其经过电磁感应在两个独立电路之间传递电能。变压器的一次绕组中的变化电流创建变压器芯中的变化磁通量，并且创建二次绕组中的时变电动势。变压器的优点之一是一次与二次绕组之间的电隔离。没有电流在一次与二次绕组之间流动。本电路中的变压器的缺点包括变压器的大成本、管理一次和二次绕组中的电流的复杂度以及能量损耗。

图8B示出电路（800）的另一个实施例，其包括第一功能块（801），其具有电气负载（805），以产生外部结果（806）。第二功能块（802）包括电压隔离器（810）以及第三功能块（803）（其包括电流控制器（810））。第一、第二和第三功能块（801、802、803）连接成使得电气负载（805）的外部结果（806）配置成由经过电压隔离器（810）起作用的电流控制器（815）来确定。但是，在这个实施例中，第四功能块（804）也包含在电路（800）中。第四功能块（804）可包括电流导向块（700），其与灯开关（100）互连。如以上针对图7A所讨论的，电流导向块（700）可包括n个源节点（710，图7A），其处于与灯开关的螺栓接线端的连接，并且连接到二极管网络（702，图7A）。二极管网络（702，图7A）经过输入节点aa将电流从任何源节点导向到第一功能块（801）。电流依次经过功能单元流动到输出节点bb，其在图表的右侧示出。来自第三或最后功能块的电流经过输出节点bb，并且被导向到与电流汇所连接的源节点。输出节点bb还示为在电流导向块（700）下方，指示图表右侧的输出节点连接到电流导向块下方的输出节点bb。电流导向块（700）可包括任何数量的附加元件，包括熔丝、浪涌电阻器或其它元件。

如上所讨论的，电压隔离器（810）可配置成使得电流控制器（815）独立于跨电压隔离器（810）的电压而改变电气负载（805）的外部结果（806）。图8B还示出隔离器控制反馈（807），其向电压隔离器（810）提供与跨电流控制器（815）的电压有关的反馈。在这个示例中，隔离器控制反馈（807）在电流控制器（815）的相对侧连接在输出节点bb附近，并且馈入电压隔离器（810）。

图8C示出电路（800）的一个实施例，其中电流控制器（815）直接控制隔离器控制反馈（807）。这通过从电流控制器（815）侧延伸到电压隔离器（810）的虚线示出。这允许对经过电路（800）的电流以及电路的低电压部分（811）上的电压电平的更动态控制。

在一些实现中，第一、第二和第三功能块（801、802、803）配置成使得跨第一、第二和第三功能块的电压降代数地加入跨输入节点aa和输出节点bb施加的总电压。图8C示出输入节点aa与输出节点bb之间的多个电压节点。V1表示输入节点aa与电气负载（805）之间的电压。V2表示电气负载（805）的下游侧上并且在电压隔离器（810）之前的电压。V3表示电压隔离器（810）与电路控制器（815）之间的电压。最后电压节点V4表示电流控制器（815）远侧上、在输出节点bb处的电压。

经过电路的电压降的代数表达如下：

跨第一功能块的电压降：V1-V2

跨第二功能块的电压降：V2-V3

跨第三功能块的电压降：V3-V4

跨输入节点aa和输出节点bb的总电压：V1-V4

对于图8C所示的实现，能够表明，跨功能块的电压降的代数和加入跨输入节点aa和输出节点bb的总电压。具体为：（V1-V2） + （V2-V3） + （V3-V4） = （V1-V4）。

图9A-9C描述能够由电压隔离器M1所提供的电压限制的示例。图9A示出示范电路（900），其包括：电流导向块（700），具有2个源节点（A和B）；以及二极管网络（702），其包括二极管（D1、D2、D3和D4）。电流导向块（700）与其它功能块（801、802、803）之间的接口是输入节点aa和输出节点bb。输入节点aa连接到第一功能块（801），其包括电气负载（805）。该电路还包括第二功能块（802），其具有充当电压隔离器的耗尽模式场效应晶体管M1。耗尽模式场效应晶体管M1可包括连接到电气负载（805）的漏极D、连接到电流控制器（815）的源极S以及栅极G。栅极G和源极S可配置成接收来自电流控制器的隔离器控制反馈（807）。在这个示例中，源极S处于对电流控制器（815）的输入电压，以及栅极G处于电流控制器（815）的相对侧上的电压。因此，耗尽模式场效应晶体管的栅极/源极电压是跨电流控制器（815）的电压。

图9B和图9C中的图表示出跨电路中的各种位置的说明性电压波形。电压波形仅用来说明各种原理，而不按比例绘制。电压波形随着电流依次经过电路（900）而变化。图9B将源节点（710）处的输入AC电压与跨输入节点aa和输出节点bb而施加的整流DC电压进行比较。在该图表中，水平轴是时间，以及垂直轴电压。输入AC电压示为虚线正弦波形，其具有正和负部分。二极管网络的导向和整流动作产生跨输入节点aa和输出节点bb的全整流DC电压。整流DC电压输入到电气负载（805），并且传递进入电压隔离器M1。耗尽模式场效应晶体管（M1）限制跨电流控制器（815）的最大电压。

图9C比较电路内的各种电压。全部电压参考输出节点bb。跨源节点aa和bb而施加的整流DC电压示为实线，并且是最高电压。电气负载（805）与电压隔离器M1之间的点的电压示为点划线。电压隔离器M1与电流控制器（815）之间的点的电压示为点线。

通过所定义的这些电压波形，跨各种电路元件的电压能够在其操作的上下文中被检查。跨电气负载（805）的电压反映负载的能量消耗。例如，如果输入节点aa处的电压为120伏特并且负载包括具有24伏特的跨LED的电压降的8个LED，则将预期在对电压隔离器的输入处的电压将为大约100伏特。在这个示例中，电路中的电压降的大部分跨电压隔离器出现，并且示为点划线波形与点线波形之间的电压差。输入到电压隔离器中的电压（点划线波形）随时间而显著改变，但是电压隔离器的输出比较恒定，如通过点线波形中的水平高原所示。这表示输出到电流控制器的受限电压。例如，如果电流控制器以3伏特工作，则由水平高原所表示的受限电压处于3伏特。仅当点划线波形（对电压隔离器的输入）下降到更接近零时，出现跨电流控制器的受限电压中的任何信号丢失（dropout）。因此，跨电气负载和电压隔离器的电压显著改变，但是耗尽模式场效应晶体管M1限制跨电流控制器的电压，由此将它与高电压波动隔离，同时仍然允许控制电流依次经过电路。

图9D示出电路（902）的一个说明性示例，其包括电气负载（805）、电压隔离器（810）和电压控制器（815）。电气负载（805）包括一系列6个LED（LED 1、LED 2、...LED 6）和可选的串联电阻器R4。LED是串联的，以通过使相同电流经过每个LED来进一步减少所要求的电流量。例如，单独LED可要求2 V-4 V之间的电压差。因为LED驻留在电路的高电压侧，所以存在可用的充裕电压。例如，如果AC输入为120伏特均方根（RMS），则整流电压的峰值将为大约170伏特。通过各自要求3伏特的6个LED，跨LED的总电压将为大约18伏特。因此，通过串联放置LED，相同电流能够经过全部LED，其具有跨每个LED的3伏特的电压降。这使最小化产生期望照明量所要求的电流。LED开始以超低电流（其显著低于额定工作电流）来照亮。例如，LED可额定用于20毫安，但是可在0.25毫安产生低照明等级。因此，通过使用多个LED，在来自每个LED的低电流的低照明能够相加到一起，以实现期望照明等级。电阻器R4与LED串联，并且能够用来调整LED的亮度。

电压隔离器（810）包括电阻器R3、晶体管Q2和二极管D2。电阻器R3保持节点aa与Q2的节点B之间的指定电压差。它还准许小电流量传递进入Q2的基极。电阻器R3具有相对高的电阻，使得只有电流的一小部分经过它，而电流的大部分经过LED。在一些状况中，多个串联电阻器可替代R3。例如，多个小封装大小电阻器可串联使用以代替单个较大电阻器。

在这个实施例中，电压隔离器包括双极结晶体管Q2及其支持电路。在这种情况下，负载连接到晶体管Q2的集电极侧C。Q2的基极B处的电压通过两个二极管D2来建立。二极管在建立电压中是特别有价值的，因为跨二极管的电压降相对独立于经过二极管的电流。例如，通过硅二极管，跨单个二极管的电压降为大约0.6伏特。因此，跨两个二极管的电压降比输出节点bb处的输出电压电平大约要大1.2伏特。这迫使Q2的基极B比输出节点bb处的电压要高1.2伏特。这成为电压隔离器（810）中的参考电压。双极结晶体管Q2基于基极发射极电流进行操作，并且向控制电阻器R1提供受控电压。

经过电压隔离器（810）的电流由电流控制器（815）来接受。电流控制器（815）限制经过电路（902）的电流量，并且因而影响全部其它电路块（包括电压隔离器（810）和电气负载（805））的操作。

在这个示例中，电流控制器（815）包括光敏电阻器（CDS1）、晶体管Q1以及电阻器R2和R1。光敏电阻器（CDS1）和R2以Q1的基极节点处的电压创建分压器。基极节点Q1处的电压取决于入射到光敏电阻器的环境光量。电阻器R2提供环境光切换的灵敏度调整。晶体管Q1响应基极B和发射极E电流，其与环境光量成比例。当环境照明低时，光敏电阻器具有高电阻，并且Q1的基极B处的电压也低，因为存在跨光敏电阻器的大电压降。因此，当环境光低时，基极B具有低电压，并且基极/发射极电流没有触发Q1将集电极（C）电连接到发射极（E）。这将Q2的基极B处的电压保持为足够高，以使Q2保持为“接通”并且连接集电极（C）和发射极（E）。这允许电流经过LED，并且在环境光处于低水平（即，房间昏暗）的同时提供照明。

电阻器R1在LED接通时控制电流和亮度。因为当它连接集电极和发射极时仅存在1.2伏特并且跨晶体管Q2存在大约0.2伏特压降，所以跨R1仅存在1.0伏特。电阻器的能量耗散与跨电阻器的电压和流经电阻器的电流的乘积成比例。因此，电阻器R1的功率耗散因跨越其的低电压量以及流经串联LED的低电流量而为最小。因此，在这个示例中，电流控制块（815）包括光传感器（CDS1）及其支持电路以及限流电阻器R1。

图9E是图9D的电路的备选实施例，其中限流电阻器R1通过三个位置滑动开关S1以及可选择电阻器R7和R8来替代。这允许用户对LED的亮度的手动选择。用户可使用开关S1来选择OFF、LO和HI设定。如果用户将滑块移动到很右边，则即使房间昏暗功能壁板也将不会照亮，因为不存在经过开关S1到输出节点bb的电流通路。另外，与R8相比，R7可具有相比较更高的电阻。因此，当电阻器R7由开关S1来选择时，经过R7的电流将比R8更低，并且LED的光输出将会是低的。当选择电阻器R8时，LED的光输出将会更高。

因此，电流控制器（815）包括开关S1以及第一电流控制元件（例如R7）和第二电流控制元件（例如R8），其中开关S1配置成选择第一控制元件或者第二控制元件。如上所讨论的，开关S1可以是小的低电压开关，其依靠电压隔离器将跨电流控制器的电压限制到开关的额定电压。这在经过开关的电流为零时特别重要。例如，经过开关S1的电流在开关断开（处于“关断”位置）时可以为零。在这种配置中，电流控制器（从Q2的发射极E到输出节点bb）中的全部电压在开关S1处于“关断”位置时跨越开关S1。

图9F示出电路（906）的备选实施例，其包括：输入节点aa；电气负载（805），具有8个串联LED（LED 1、LED 2、LED 3...LED 8）；电压隔离器（810），其包括耗尽模式场效应晶体管M1；电流控制器（815）；以及输出节点bb。电气负载（805）包括串联的8个LED以及电阻器R3。由于电路的唯一设计，任何数量的LED能够用于电路中，而无需对电路的功率供应或控制部分的任何修改。例如，电路可支持1个LED、2个LED、4个LED、8个LED、16个LED或者它们之间的任何数量。对于可使用的LED的数量的唯一限制是LED进行照亮所要求的电压量。例如，如果LED在3 V的电压跨越它们放置时照亮，则30个LED将需要90 V的总电压差。在图9F所示的示例中，存在串联的8个LED（LED1、LED2、...LED8）。如果决定更少LED应当用于特定设计中，则电路中的LED位置能够省略或者采用0欧姆电阻器来替代。对电路没有其它所要求改变。这是因为耗尽模式FET控制流经LED的电流量。因为LED是串联的，所以相同电流流经每个LED。对于更亮的照明，使更大电流经过LED。这能够产生跨每个LED的更高电压，并且使每个LED增加其光输出。

电阻器R3具有相对高的电阻，并且与串联LED并联。R3的目的是防止因杂散电压或泄漏电流引起的LED的非期望照明或发光，并且允许受控电流的某个部分不影响外部结果。在一个实施例中，R3可具有大约1兆欧姆的电阻，并且仅允许最小电流量经过它。如果假定8个LED各自具有3伏特的电压降，则跨负载的电压为大约24伏特。因此，24伏特也跨越R3施加。经过R3的电流然后能够通过将电压除以电阻来计算：24伏特/1,000,000欧姆=0.000024安培或24微安。由R3所耗散的功率（单位为瓦特）能够通过相乘电阻与电流的平方来得到：1,000,00*（0.000024）^2 = 0.58毫瓦。因为经过R3的电流很小，所以这个备选电流通路对电路的总体效率没有实质影响。

在图9F所示的示例中，耗尽模式FET M1是N型装置，其中漏极连接到电路的负载侧，栅极连接到接地，以及源极连接到电流控制器（815）和开关SW1。耗尽模式FET将电路分为两个区段：高电压侧，其包含串联LED；以及低电压侧，其包含电流控制器（815），其具有低电压开关SW1和其它控制电路。耗尽模式FET控制从高电压侧（其连接到漏极）流动到低电压侧的电流。

图9F还示出控制电路中的齐纳（Zener）二极管Z1。齐纳二极管用于M1上超过漏极到源极电压时的罕见情况的浪涌抑制。光电晶体管Q1结合晶体管M2起作用，以便在光电晶体管检测高于光阈值的环境光时防止电流流经电路。电阻器R5是用于设置光阈值的一种机制。

图10A是电路（1000）的图表，其示出包括连接到二极管矩阵（708）的多个输入（710）的电流导向块（700）。如上所讨论的，电流导向块（700）将受控电流（808）导向到输入节点aa。电流导向块（700）可具有任何数量的配置，包括图7A、图7B、图7C和图7D所示的那些配置。可存在任何数量的输入（710）。例如，可存在到二极管矩阵（708）中的2个、3个、4个或5个输入。

受控电流（808）经过电气负载（805），以便向电气负载供电，并且产生外部结果（806）。受控电流（808）然后进入电压隔离器（810）。电压隔离器（810）将受控电流（808）传递到电流控制器（815），同时稳定与受控电流关联的电压。这个电压跨电流控制器（815）以及从电压隔离器下游可存在的任何附加功能块或元件。电压隔离器（810）可使用多种组件和配置的任何组件和配置来稳定跨电流控制器的电压，同时允许受控电流（808）传递到电流控制器。例如，电压隔离器（810）可包括一个或多个晶体管，例如双极结晶体管（参见例如图9D、图9E）或者场效应晶体管（参见例如图9A、图9F）。在这个示例中，电压隔离器（810）接受来自电流控制器的隔离器控制反馈（807）。

这个示例中的电流控制器（815）包括处理器（817），并且可包括各种其它元件，例如输入/输出装置（818）和传感器（819）。例如，输入/输出装置可包括无线通信模块、按钮、电容触摸板或其它装置。传感器（819）可包括广泛范围的元件，包括温度、湿度、光、运动、气体和其它传感器。

处理器可执行任何数量的功能，包括激活各种元件、从元件来读取和处理数据以及采取其它动作。处理器（817）还可影响隔离器控制反馈（807）。隔离器控制反馈（807）可基本上绑定到跨电流控制器的电压，但是处理器可改变该电压以产生期望结果。例如，电流控制器（815）中的特定元件在启动期间可要求附加电压。为了辅助那个元件进行启动，处理器（817）可影响隔离器控制反馈（807），使得电压隔离器（810）增加电流控制器（815）可用的电压和/或电流。电压控制反馈（807）可采取多种形式的任何形式，包括电压电平、电流电平、各种电气波形或数据传递。

电流控制器（815）接受受控电流（808），并且使用受控电流向其操作供电。在一些状况中，由电流控制器（815）所消耗的电流量可显著影响经过***的受控电流（808）的幅值。例如，如果处理器（817）消耗更多电流，则受控电流（808）可增加，并且这可影响由电气负载所产生的外部结果（806）。因此，通过调制由电流控制器（815）中的处理器（817）和其它元件所消耗的电流，受控电流（808）改变，并且可改变***的外部行为（例如外部结果806）。

图10B以附加细节示出说明性电路（1002）。该电路包括：电流导向块（700），其包括电气输入（710）和二极管矩阵（708）；电气负载（805）；电压隔离器（810）；以及电流控制器（815）。如上所讨论的，电流导向块（700）接受来自外部源（例如灯开关接线端）的功率，以及将电流导向到输入节点aa，并且经过输出节点bb接受电流。

在这个示例中，电气负载（805）包括8个LED（LED1、LED2...LED8）。如上所讨论的，可存在任何数量的LED，其中对LED的数量的上限通过节点aa与bb之间的可用电压来规定。电阻器R1与串联LED并联。电阻器R1提供与串联LED并联的备选电流通路，并且允许受控电流的某个部分不影响外部结果（806）。电阻器R1可确定大小以允许处理器（817）按照低电流基线配置起作用，但是LED将不会照亮，直到处理器将其电流消耗增加到超过基线。因此，电阻可与发光二极管并联放置，以防止低于预定阈值的受控电流影响外部结果。在这种情况下，外部结果包括由LED所产生的光，但是外部结果可以是由电气负载提供给用户的任何期望结果。

电容器C1也与串联LED并联。这个电容器可用来防止瞬态事件期间的LED的闪光，并且存储和提供对于瞬态过程（其要求稍微更多的电流）的电荷。例如，处理器（817）可对短时间周期要求附加电流突发—或者换言之是“电荷”突发。由于跨R1的电压是电流的严格关系（每单位时间的电荷），所以甚至由处理器（817）的短电流突发也可超过预定阈值，并且不利地影响外部结果。电容器C1根据定义只能够通过在时间上对放置于其板上的电荷量求积分来改变跨越它本身的电压。C1的大小影响板上的电荷与跨电容器的电压降之间的关系。通过与R1并联地放置C1，总体电压降不能在没有首先将电荷放置在C1上的情况下增加。因此，电容（例如C1）可与发光二极管（例如LED 1...LED 8）并联放置，以防止低于预定阈值的电荷影响外部结果。

这个示例中的电压隔离器（810）是耗尽模式FET（M1），其中漏极D连接到电气负载（805），以及源极S连接到电流控制器（815）。在这种情况下，电流控制器（815）包含多个附加模块，包括隔离器控制反馈（807）、平滑、过电压和启动模块。平滑模块可包含电容器，以经过如图9C所指示的信号丢失条件来保持低电压波形。过电压模块可提供针对瞬态施加电压浪涌（其超过耗尽模式FET（M1）的击穿，这可损坏电压隔离器（810）的低电压侧上的灵敏组件）的附加或冗余保护。例如，过电压模块可包含齐纳二极管、晶体管等，其将电流分流到输出节点bb，以防止过电压事件。启动模块可用来在功率最初施加到电路时修改启动电压斜升，以便与由处理器（817）所要求的电压斜升兼容。例如，平滑模块可在启动期间吸收大量电流，并且减缓电流控制器（815）中的电压升高。如果处理器（817）需要快速电压升高以进行引导，则如果电压升高过慢，那么它可能锁住或故障。启动模块可延迟将电流/电压传递到处理器（817）直到平滑电路中的电容器具有大量的电荷。

这个示例中的隔离器控制反馈（807）包括分压器和连接到电压隔离器（810）的电阻器网络。分压器可用来将栅参考电压升高到高于输出节点bb处的电压。例如，如果耗尽模式FET M1将电流控制成使得在栅与源节点之间存在1.4伏特差，但是处理器以大约3.0伏特的电压工作，则升高参考电压将是合乎需要的。分压器可包括电阻器、电容器、晶体管和其它组件，其向耗尽模式FET M1的栅极提供期望响应和电压。

在一些实现中，对于处理器（817）具有对由电压隔离器（810）所输出的电压的附加控制可以是合乎需要的。电阻器网络能够连接到栅节点，并且由处理器（817）来控制。例如，电阻器网络可包括不同值的电阻器，其在一侧连接到处理器而在另一侧连接到栅节点。处理器可主动控制其电阻器侧的电压。例如，处理器可将电阻器连接到接地，断开电阻器以使得电阻器电位浮动，或者将特定电压参考连接到电阻器。这可对电阻器的任何或全部进行。通过选择处理器将各种电压连接到电阻器的哪些，能够选择来自电压隔离器的输出电压的8个或更多电平。在其它情况下，到电阻器网络的连接的一个或多个可以是来自处理器（817）的具有数十或数百个不同电压输出电平的模拟输出。这可提供对由电压隔离器（810）所输出的电压的更严格控制。

可存在包含在电路中的多种其它模块，其增加功能性。例如，可存在多个附件模块，例如按钮或图像的受控背光、用于检测环境光的光传感器、检测人们何时出现在功能壁板附近的运动传感器、接受用户输入以控制功能壁板或其它装置内的功能的触摸/手势传感器以及接收并且向其它装置传送信号的收发器。存在可使用的多种其它附件模块，包括检测附加环境条件的传感器、输入/输出功能性、照相装置、扬声器或其它功能。

上面给出的示例只是说明性的。存在可按照所述原理来使用的多种其它配置和电路设计。例如，可存在附加技术，其从开关提供更大功率量，而没有引起由开关所控制的负载的不合乎需要的行为。具体来说，接通灯开关的用户通常希望该区域立即被照亮。这是因为用户通常进入房间，并且需要照明以帮助他们通过和/或查看该区域的内容。但是，用户不会特别关心灯在开关关断时立即关断。例如，在上床时，用户可理解，灯没有立即关断，因为灯的逐渐调暗为其眼睛提供适应黑暗的时间，并且在灯完全熄灭之前给予他们上床的时间。

这种合乎需要的“调暗”效果能够用来从灯开关电路抽取能量，并且将它存储在功能壁板或其它装置中。按照一个实施例，在灯开关关断之后，功能壁板中的电路允许相对大的电流量流经电路，使得灯逐渐调暗。电容器、电池或其它存储装置能够接进电流，其在它调暗时仍然流经电路和灯。在一个示例中，机械开关本身断开，但是大量电流经过功能壁板中的并联电路，从而对电容器或其它存储装置充电。当装置充电时，这个电流减小，并且灯逐渐调暗。在一个实施例中，超级电容器在灯调暗的同时在若干秒的过程期间被充电。超级电容器然后放电，以便对锂离子电池进行充电。但是，这只是一个实施例。可使用多种其它实施例。例如，快速充电电池可在灯的调暗期间被充电，并且用作电池源，以便在晚些时候或者当灯接通时向电路提供能量。

用于从灯开关电路来抽取功率的其它实现包括从不接通灯，并且简单地允许功能壁板中的并联电路传导由连接到开关的负载所要求的所有功率。因此，当灯接通时，电路可从电流来抽取大量功率，而无需扰乱照明。这造成经过管脚或其它接触部来操控高达最大额定电路容量的重大挑战。若干途径可单独地或者组合地使用。例如，一种途径将是监测经过管脚和壁板电路的电流，并且如果它变得过度或超过管脚或电路额定吸取的电流则对流动抑制。相似途径将是监测管脚和/或电路的温度。如果温度高，则电路可关闭或者减少电流量。其它途径可包括检测管脚处的电弧或过度接触电阻的电路。如果检测到电弧或者接触电阻的增加，则电路可关闭或抑制电流。

以及呈现了前面的描述以便仅示出和描述所述原理的示例。本描述不打算是详尽的或者将这些原理限制到所公开的任何准确形式。鉴于上述教导，许多修改和变化是可能的。

Claims (22)

1.一种电气电路，包括第一功能块、第二功能块和第三功能块，

其中所述第一功能块包括电气负载以产生外部结果，

其中所述第二功能块包括电压隔离器，

其中所述第三功能块包括电流控制器，

其中所述电压隔离器连接在所述电气负载和所述电流控制器之间；

其中所述第一、第二和第三功能块连接成使得所述电气负载的所述外部结果配置成由经过所述电压隔离器起作用的所述电流控制器来确定；以及

其中所述电压隔离器配置成限制跨所述电流控制器的最大电压。

2.如权利要求1所述的电路，还包括：

输入节点，连接到所述第一功能块；

输出节点，连接到所述第三功能块；

其中所述第一、第二和第三功能块配置成使得跨所述第一、第二和第三功能块的电压降代数地加到跨所述输入节点和所述输出节点施加的总电压。

3.如权利要求1所述的电路，还包括第四功能块，其包括电流导向块。

4.如权利要求3所述的电路，其中，所述电流导向块包括：

二极管网络；

至少n个源节点，连接到所述二极管网络，其中n为三或更大；

输入节点，其中从任何源节点所发源的电流经过所述输入节点来导向到所述第一功能块；以及

输出节点，其中来自所述第三功能块的电流被沉入所述输出节点，并且被导向到与电流汇所连接的源节点。

5.如权利要求1所述的电路，其中，所述电压隔离器配置成使得所述电流控制器独立于跨所述电压隔离器的电压而改变所述电气负载的所述外部结果。

6.如权利要求1所述的电路，其中，经过所述电流控制器的控制电流控制所述电气负载的所述外部结果。

7.如权利要求6所述的电路，其中，所述电流控制器包括光传感器，以响应环境光等级而控制经过所述电气负载的控制电流。

8.如权利要求6所述的电路，其中，所述控制电流依次经过所述电气负载、所述电压隔离器和所述电流控制器来传递到电流汇。

9.如权利要求1所述的电路，其中，所述电压隔离器包括耗尽模式场效应晶体管。

10.如权利要求9所述的电路，其中，所述耗尽模式场效应晶体管包括：

漏极，连接到所述电气负载；

源极，连接到所述电流控制器；以及

栅极；其中所述栅极和所述源极配置成接收隔离器电压反馈。

11.如权利要求10所述的电路，其中，所述隔离器电压反馈包括跨所述电流控制器的电压。

12.如权利要求10所述的电路，其中，所述电流控制器控制所述隔离器电压反馈。

13.如权利要求1所述的电路，其中，所述电流控制器包括开关、第一电流控制元件和第二电流控制元件，其中所述开关配置成选择所述第一电流控制元件或者所述第二电流控制元件。

14.如权利要求13所述的电路，其中，所述电压隔离器在经过所述开关的电流为零时将跨所述电流控制器的电压限制到所述开关的额定电压。

15.如权利要求1所述的电路，其中，所述电压隔离器在经过所述电压隔离器的电流为零时将跨所述电流控制器的电压限制到所述电流控制器中的机械开关的额定电压。

16.如权利要求1所述的电路，其中，所述电流控制器包括微处理器，其中所述微处理器的输出配置成主动控制隔离器电压反馈，并且主动控制流经所述电压隔离器的电流。

17.如权利要求1所述的电路，其中，所述电气负载包括串联的多个发光二极管，并且其中所述外部结果包括配置成由所述发光二极管所发射的光。

18.如权利要求17所述的电路，其中，电阻与所述多个发光二极管并联放置，以防止低于预定阈值的电流影响所述外部结果。

19.如权利要求17所述的电路，其中，电容与所述多个发光二极管并联放置，以防止低于预定阈值的电荷影响所述外部结果。

20.一种功能壁板，包括：

面板；

从所述面板向后延伸的至少三个管脚，配置成电接触多极开关的接线端；以及

电连接到所述至少三个管脚的电路，其中所述电路包括：

电流导向块，电连接到所述至少三个管脚，并且从所述管脚接收电流；

电气负载，从所述电流导向块接收所述电流，并且产生外部结果；

电压隔离器，与所述电气负载电串联连接，并且在所述电流经过所述电气负载之后接收所述电流；以及

电流控制器，与所述电压隔离器电串联连接，其中所述电流控制器配置成从所述电压隔离器接收所述电流，其中所述电流控制器配置成将所述电流限制成使得所述电流控制器控制所述电气负载的所述外部结果。

21.一种电气电路，包括：

电气负载，包括配置成发射光的串联的多个发光二极管；

电流控制器；

电压隔离器，***所述电气负载与所述电流控制器之间，所述电压隔离器包括耗尽模式场效应晶体管，其包括：

漏极，连接到所述电气负载；

源极，连接到所述电流控制器；以及

栅极；

其中所述栅极和所述源极配置成从所述电流控制器接收隔离器电压反馈，以限制跨所述电流控制器的最大电压。

22.如权利要求21所述的电路，其中，所述电流控制器包括开关、第一电流控制元件和第二电流控制元件，其中所述开关配置成选择所述第一电流控制元件或者所述第二电流控制元件；并且其中所述电压隔离器配置成在所述开关断开并且中断所述电路中的连续性时将跨所述电流控制器的电压限制到所述开关的额定电压。

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