專利名稱：一種電子開關的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種遙控交流電器開關，具體地說，它是一種能夠代替普通機械觸點式二線制交流電器開關的高靈敏微功耗單路或多路二線制遙控交流電子開關。
背景技術：
人們最常接觸到的交流電器開關是電燈開關，目前最常用的電燈開關是機械觸點式的拉線開關和墻壁開關，這類開關只接兩根線，一根為火線，一根為開關控制線，這種接線方式被稱為二線制。隨著人們生活需求的提高，在這種二線制交流電器開關上加遙控功能一直是該類產(chǎn)品設計追求的目標，它特別適用于臥室。人們不禁會問，電子技術發(fā)展到今天，難道一個簡單的遙控開關都難以實現(xiàn)嗎？其實這個問題并不那么簡單，設計這種二線制遙控開關首先遇到的設計難點是怎樣為其中的控制電路供電。目前市場公開出售一種三線制遙控開關就是為了解決這一難點而設計的，它在二線制開關二根接線的基礎上，再引一根零線，用原來的一根火線和新引的一根零線給控制電路供電，而原來的開關控制線不變，這樣電路設計就會變得非常簡單。這種方案看似解決了上述問題，但又帶來了與二線制開關不兼容的缺點，安裝時要重新走線，破壞裝修，這是用戶不愿意接受的。還有中國專利ZL02271238.0《電池供電的單火線遙控開關裝置》，它提供了一個用電池為控制電路供電的二線制開關，這種開關因要定期更換電池，對用戶來講不太經(jīng)濟、也比較麻煩，所以，也難以被市場接受?？梢哉f上述兩種方案都不是較好的設計。近十年來，有很多專利文獻都在致力于解決這一問題，而其中解決較好的有本發(fā)明人在先申請的專利ZL98232591.6《兩線制手動、遙控交流電子開關》和中國專利申請01128153.7《二線制電子開關開態(tài)供電電路》，它們都是采用從交流電網(wǎng)上漏電進行供電的方式，也就是說，從二線制開關的二根接線上取交流電網(wǎng)上的漏電流來為控制電路供電，這種供電方式不用改變接線、也不用換電池，可直接代替普通的交流電器開關，所以，是較理想的設計。但是，在解決了上述供電問題之后，緊接著又帶來了一個問題，即如果開關內(nèi)的控制電路的功耗較大，則在開關處于關態(tài)時需要的漏電流就大，而這個漏電流無疑是要通過負載的，這樣，就會引起電燈不能完全關斷。按照常規(guī)的設計，不論采用哪種遙控方式，如紅外遙控或無線電遙控或超聲波遙控，其接收電路最低也都需要幾個毫安的耗電，那么漏幾毫安的電流對白熾燈來說影響不太大，在開關關態(tài)時看不出來燈亮，但對于節(jié)能燈和日光燈來說，影響就較大了，在開關關態(tài)時會出現(xiàn)明顯的燈管閃亮情況，這是不能允許的。那么這種遙控開關不能只控制白熾燈，而把目前大量使用的節(jié)能燈和日光燈排除在外。中國專利申請02147662.4《單極多路電燈遙控手控墻開關和關燈后解決閃爍問題電路》利用在燈上并聯(lián)一個無極性電容和一套相當于阻抗變換的電路解決了關燈后的閃爍問題。該方案雖然可以解決關態(tài)燈閃爍的問題，但要在燈上并聯(lián)電路模塊，安裝時比較麻煩，所以它仍不是一個理想的方案。所以，該遙控開關又面臨了另一個設計上的難點，這就是怎樣解決控制電路的微功耗問題。根據(jù)對燈具內(nèi)部電路工作原理的分析和實際測量表明，帶電子鎮(zhèn)流器的日光燈和節(jié)能燈在漏電流小于約100微安時不出現(xiàn)燈管頻閃，而帶電感鎮(zhèn)流器的日光燈在漏電流小于約50微安時，不出現(xiàn)燈管發(fā)微光現(xiàn)象。這就意味著如果將控制電路的耗電降低到50微安以下，則該遙控開關可適用于目前絕大部分使用的各類燈具，而且從節(jié)能上也是較為理想的。但是，控制電路功耗的大小與其遙控接收靈敏度有著直接矛盾的關系。一般接收的遙控信號都比較弱并且頻率較高，需要放大后處理，放大器的放大倍數(shù)越高，信號的放大量就越大，后續(xù)電路就越好識別，其靈敏度也就越高；然而放大器放大倍數(shù)越高，處理的信號速度越快，需要的工作電流就越大，則功耗也就越大。所以，按照正常的電路設計，在50微安的功耗下設計出高靈敏度的遙控接收控制電路幾乎被認為是不可能實現(xiàn)的。雖然目前耗電小于1微安的微功耗集成運算放大器已經(jīng)出現(xiàn)，但由于微功耗與信號速度的矛盾關系，所以它只能處理赫茲級的信號，而處理千赫級的信號已力所不能及，然而遙控信號一般均在幾十千赫甚至兆赫，所以，從此路突破的可能性也被切斷。綜上所述，當上述二線制遙控開關的供電問題解決后，控制電路的高靈敏度與微功耗的矛盾一直被認為是難以解決和不可能突破的，使該技術處于停滯。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的就是為了解決上述已有技術的矛盾，提供一種高靈敏微功耗二線制遙控單路或多路交流電子開關；其次是在實現(xiàn)了高靈敏微功耗電路設計后，進一步簡化該開關的供電電路及實現(xiàn)該開關功率擴展，并且確保該開關在停電再來電時始終處于關態(tài)的可靠性。
為了實現(xiàn)高靈敏微功耗，必須先分析遙控開關控制電路在關態(tài)時的耗電情況。遙控開關的電路主要分為四個部分，第一部分是用于控制交流負載回路通斷的主控電子開關，第二部分是接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器、第三部分是接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控接收器和手動觸發(fā)開關，第四部分是為觸發(fā)器和遙控接收器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路。第一部分的主控電子開關在開關處于關態(tài)時是截止的，無電流流過，所以不耗電；第二部分的觸發(fā)器可選用在靜態(tài)時不耗電的CMOS觸發(fā)器，使其在關態(tài)時也不用耗電；第三部分是遙控接收器，它是耗電的主要部分，也是微功耗與高靈敏度矛盾的焦點；第四部分是交流電網(wǎng)漏電供電電路也需要耗電，但它的耗電可以隨著其負載(即觸發(fā)器和遙控接收器)功耗的降低而相應降低；由此看來，只要解決了遙控接收器的微功耗與高靈敏度的矛盾，問題就可以迎刃而解；本發(fā)明解決這一問題的具體方案是所述的遙控接收器是一個微功耗遙控接收器，它由無源接收傳感器、微功耗前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路、微功耗比較器、無源帶通濾波器、檢波器、電平檢測器依次連接構(gòu)成。
上述具體方案的關鍵點之一是采用了無源接收傳感器，它可以是光電池、壓電陶瓷片和壓電超聲波傳感器等傳感器件，這種接收傳感器不從供電電源上耗電，而是在發(fā)射信號的作用下自身產(chǎn)生電信號，所以，可保證待機時不耗電；再者，還有一個關鍵點是該遙控接收器巧妙地采用了一個微功耗比較器，該微功耗比較器的采用打破了傳感信號要用多級放大器或運算放大器進行放大的常規(guī)設計，本發(fā)明利用其耗電微小和速度較快的優(yōu)勢，直接將微弱的信號變成幅度很強的方波信號，從而解決了上述高靈敏度與微功耗的矛盾問題，雖然信號有很大失真，但它可保證其輸出信號的頻率與輸入信號相同，只此一點就足可以讓后續(xù)電路的帶通濾波器來識別它。上述具體方案中的其它電路如前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路、電平檢測器在待機時也耗電，但它們在上述高靈敏度與微功耗的矛盾解決之后，通過適當?shù)膮?shù)調(diào)整很容易做到微功耗。因此，本發(fā)明較好地解決了已有技術中的技術難點，成功地將該開關處于關態(tài)時的耗電降低到50微安以下，且接收靈敏度很高，遙控信號除了不能象無線電那樣穿墻以外，其使用效果可以與無線遙控方式比美。
以上的具體解決方案是基于模擬電路的，隨著數(shù)字電路的快速發(fā)展，特別是微功耗單片機技術的發(fā)展，可以通過以上思路將接收傳感器的微弱信號用微功耗比較器變成方波之后，相當于數(shù)字信號，采用微功耗單片機做后序信號處理電路，并且可將觸發(fā)器用軟件實現(xiàn)。此方案也可以實現(xiàn)微功耗，并且電路形式比較簡單，但目前硬件成本偏高。接收傳感器優(yōu)先選用無源傳感器，其特點是不從電源中吸收電流，但在整機耗電有余量的情況下也可以選用適當?shù)奈⒐挠性磦鞲衅鳌?br> 本發(fā)明成功的解決上述技術難點后，還可以在該開關的基礎上，進一步簡化所述的交流電網(wǎng)漏電供電路，使其用最少元器件而實現(xiàn)最好的性能，以降低成本；同時，還給出了該交流電子開關功率擴展較好的方案；并且還考慮到上電復位可靠性的問題，在觸發(fā)器的復位電路上也做了進一步的改進。所述進一步改進的具體方案如下上述的交流電網(wǎng)漏電供電電路具有一個接在主控電子開關端前級的橋式二極管整流器，接在主控電子開關后級的有源穩(wěn)壓器，接在該有源穩(wěn)壓器輸出端的電容濾波器，所述的主控電子開關由第一可控硅和第二可控硅串聯(lián)構(gòu)成，第一可控硅作為主控開關，其控制極與所述觸發(fā)器的輸出端相接，所述第二可控硅作為開態(tài)供電開關，其控制極與開態(tài)供電觸發(fā)電路的觸發(fā)端相接，在開態(tài)供電觸發(fā)電路的供電輸出端與有源穩(wěn)壓器的輸出端之間接有開態(tài)供電輸出電路，所述的開態(tài)供電輸出電路由一個二極管單向?qū)ㄆ骱鸵粋€小電阻串聯(lián)構(gòu)成，所述的電容濾波器由一個濾波電容構(gòu)成。
在上述交流電子開關的等效開關端的前級設有一個用于擴展功率的過流保護器，該過流保護器由一個與該交流電子開關的等效開關端并聯(lián)的泄流雙向可控硅和至少串聯(lián)在所述等效開關端支路上的小電阻構(gòu)成，所述雙向可控硅的控制極與所述的小電阻的電壓輸出端相接。
本發(fā)明在上述二線制單路遙控交流電子開關的基礎上，還可以以相同的設計思路擴展為二線制多路遙控交流電子開關，具體解決方案如下它由一個二線制遙控主路交流電子開關和多個二線制遙控副路交流電子開關組成，所述的主路交流電子開關由一個控制交流負載回路a1的主控電子開關、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的多信道微功耗遙控接收器和手動觸發(fā)開關、為所述觸發(fā)器和多信道遙控接收器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路構(gòu)成，所述的副路交流電子開關由一個控制交流負載回路an+1的主控電子開關、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控信號光耦隔離傳送器和手動觸發(fā)開關、為所述觸發(fā)器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路構(gòu)成；所述的多信道微功耗遙控接收器由一個共用的遙控接收電路單元和接在該單元后的多個信道識別電路單元構(gòu)成，所述的接收電路單元由接收傳感器、微功耗前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路、微功耗比較器依次連接構(gòu)成，所述的多個信道識別電路單元由并行接在接收電路單元輸出端的一個主路信道識別支路和多個副路信道識別支路構(gòu)成，并且主路和各副路信道支路均由無源帶通濾波器、檢波器、電平檢測器依次連接構(gòu)成，所述的主路信道識別支路的輸出端直接與主路交流電子開關中的觸發(fā)器的觸發(fā)輸入端相接，所述各副路信道識別輸出端分別與各副路交流電子開關中光耦隔離傳送器的輸入端相接。
該多路開關也可以采用與上述單路開關擴展功率一樣的方式進行功率擴展，其具體方案是在所述主路與各副路交流電子開關等效開關端的前級分別設有一個用于擴展功率的過流保護器，該過流保護器由一個與所述等效開關端并聯(lián)的泄流雙向可控硅和至少串聯(lián)在等效開關端支路上的小電阻構(gòu)成，所述雙向可控硅的控制極與所述小電阻的電壓輸出端相接。
通過上述解決方案可以看出，本發(fā)明沖破了目前已有技術中二線制遙控交流電子開關的瓶頸難關，打破了該技術發(fā)展的停滯狀態(tài)，并通過進一步的完善設計和功率擴展，使該開關達到了完備和實用的程度，完全能以技術成熟、性能優(yōu)良、使用可靠、兼容性強、成本低廉的面貌出現(xiàn)在消費者面前。


圖1、本發(fā)明單路開關的電路整體結(jié)構(gòu)原理方框圖。
圖2、單路遙控接收器的電路原理方框圖。
圖3、單路遙控接收器的具體電路原理圖。
圖4、單路遙控發(fā)射器的具體電路原理圖。
圖5、交流電網(wǎng)漏電供電電路和主控電子開關的電路原理方框圖。
圖6、改進的交流電網(wǎng)漏電供電電路和主控電子開關及觸發(fā)器的具體電路圖。
圖7、功率擴展電路原理圖。
圖8、多路交流電子開關的電路原理方框圖。
圖9、多路遙控接收器的電路原理方框圖。
圖10、雙路遙控接收器的具體電路原理圖。
圖11、雙路遙控發(fā)射器的具體電路原理圖。
具體實施例方式
下面根據(jù)實施例詳細說明本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和工作原理。
參見圖1，所述的單路開關1由控制交流負載用電回路的主控電子開關1.1、與主控電子開關并聯(lián)的交流電網(wǎng)漏電供電電路1.2、主控電子開關的觸發(fā)器1.3、遙控接收器1.4和手動觸發(fā)開關1.5連接構(gòu)成。所述的主控電子開關1.1和交流電網(wǎng)漏電供電電路1.2和觸發(fā)器1.3的具體電路結(jié)構(gòu)及它們之間的連接可以采用本申請人在先申請的專利ZL98232591.6(以下簡稱原專利)中的電路結(jié)構(gòu)，其中的主控電子開關1.1和交流電網(wǎng)漏電供電電路1.2中的開態(tài)供電部分還可以采用專利申請01128153.7中的電路結(jié)構(gòu)。
參見圖2，圖1中的遙控接收器1.4由接收傳感器1.41、微功耗前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路1.42、微功耗比較器1.43、無源帶通濾波器1.44、檢波器1.45、電平檢測器1.46依次連接構(gòu)成。其中遙控接收傳感器1.41可以采用光電池、壓電陶瓷片和壓電超聲波傳感器等無源遙控接收傳感器。選用光電池時，其相對應的遙控發(fā)射器可采用普通紅外線遙控發(fā)射器，技術成熟，實現(xiàn)容易，但紅外遙控操作的方向性太強，操作時遙控發(fā)射器必須對準開關，使用起來不太隨意。選用壓電陶瓷片作遙控接收傳感器時，其遙控發(fā)射器采用現(xiàn)有的能發(fā)出亞超聲波的氣囊，該氣囊的造價低，但操作時會發(fā)出剌耳的尖叫，有些用戶不太愿意接受。選用壓電超聲波傳感器，在使用效果上僅次于無線電遙控，無方向性，而且不需要無線遙控的編解碼電路，成本低，同時，遙控發(fā)射器還可通用，便于生產(chǎn)。下面以采用常用的40KHz壓電超聲波傳感器為例說明遙控接收器電路結(jié)構(gòu)及工作原理。
參見圖3，所述的壓電超聲波接收傳感器S2接在微功耗比較器的正、負輸入端之間；在微功耗比較器的正、負輸入端之間還并接了一個由電阻R8～R12和電位器RW1連接構(gòu)成的失調(diào)消除電路(電阻平衡電橋)；微功耗比較器IC3A可以選用美信集成產(chǎn)品公司出品的單比較器器件MAX9075或雙比較器器件MAX9077，其中各比較器的耗電為3微安。由于該集成器件制造時的離散性，比較器的輸入失調(diào)電壓(比較器輸出端為臨界翻轉(zhuǎn)狀態(tài)時的輸入端電壓)不一定為零，比如器件MAX9077，其輸入失調(diào)電壓最大可達±8毫伏，這足以使遙控接收器的接收靈敏度變得很低。消除該失調(diào)電壓可以采用兩種方式，一是通過上述的失調(diào)消除電路，二是通過一級微功耗前置放大器。第一種方式，可以通過調(diào)節(jié)上述失調(diào)消除電路中的電位器RW1，使其輸出一個與失調(diào)電壓反向且幅度一致的微小電壓，從而對其進行抵消，這樣，比較器IC3A就可以在無差動信號輸入時，即進入臨界翻轉(zhuǎn)狀態(tài)，從而避免了失調(diào)電壓對接收靈敏度的影響，同時，還可使不同遙控接收器的接收靈敏度保持一致。該失調(diào)消除電路還應進行電阻參數(shù)的調(diào)整，使其達到微功耗要求，因為所述的微功耗比較器的輸入端基本不吸收電流，所以可以通過加大失調(diào)消除電路中電阻的阻值，控制流過它的電流量，使其在完成輸出抵消比較器失調(diào)電壓的同時，其功耗也降到最低，本例通過上述電阻阻值的調(diào)整可將其功耗控制在2微安。如前所述，壓電超聲波接收傳感器S2在靜態(tài)時不耗電，因此，傳感器S2、失調(diào)消除電路和微功耗比較器IC3A這部分電路的靜態(tài)總耗電為5微安。如果采用第二種方式消除失調(diào)電壓，其前置放大器可采用常規(guī)的三極管放大器，但需將其工作電流調(diào)到10微安左右，在接收信號頻率為40KHz點處它可提供10倍以上的放大量，因傳感器S2接收的微弱信號可以得到前置放大器10倍以上的放大量，則該信號與失調(diào)電壓相比，其比差較大，因此，失調(diào)電壓不足以影響其接收靈敏度，同樣可以達到與失調(diào)消除電路相同的效果，具體電路在圖10中給出。所述的無源帶通濾波器采用壓電陶瓷濾波器或晶體濾波器X2，該濾波器帶通較窄，抗干擾能力強，若用于多路遙控，它可有效區(qū)分信道。該無源帶通濾波器也可以采用LC無源帶通濾波器，但LC無源帶通濾波器通帶較寬，抗干擾能力差，若用于多路遙控，在壓電超聲波傳感器接收頻段內(nèi)(40KHz±1KHz)很難有效區(qū)分信道。所述的檢波器是以二極管D13為核心外加R13、R14和C3輔助完成的，其作用是將通過帶通濾波器的信號轉(zhuǎn)變成一個直流電平。所述的無源帶通濾波器和檢波器在靜態(tài)時無信號電流流過，所以靜態(tài)時不耗電。所述的電平檢測器可以用上述雙比較器器件IC3中的另一個微功耗比較器IC3B來完成，由電阻R15、R16分壓作為電壓基準加于比較器的負輸入端，再者為消除比較器翻轉(zhuǎn)時的輸出抖動，由電阻R17、R18為比較器加上遲滯。電阻R15、R16的分壓電路，其耗電設計為2微安，比較器的功耗為3微安，所以此部分電路的靜態(tài)耗電共為5微安。所述的電平檢測器也可以用分立元件搭建而成，具體的電路結(jié)構(gòu)在圖10中給出。通過上述電路結(jié)構(gòu)和耗電設計，整個遙控接收器在無遙控信號時的靜態(tài)耗電約10微安，采用前置放大器的，則需再加上8微安的功耗，其耗電也才18微安，本電路接收靈敏度的峰峰值約1毫伏，在有遙控信號時，因檢波器等電路工作，耗電有所增大，但時間短，對開關性能基本不產(chǎn)生影響，因此，本遙控接收器成功地達到了高靈敏微功耗的性能要求。該遙控接收器的工作過程是當傳感器S2收到遙控發(fā)射器發(fā)出的超聲波時，感應出正弦波電信號，該信號被直接送入比較器的輸入端，或經(jīng)過前置放大器的放大后送入比較器的輸入端，比較器將該信號變?yōu)榉群芨叩?、且與輸入信號頻率相同的方波信號輸出，通過帶通濾波器和檢波器后輸出一個直流信號，該直流信號的電平超過電平檢測器所設定的基準電壓(也可稱為門坎電壓)時，其輸出端由低電平向高電平跳變，產(chǎn)生遙控觸發(fā)脈沖P的上升沿送至觸發(fā)器，完成遙控操作；當遙控信號消失后電平檢測器的輸出端又恢復低電平，等待下一次的遙控指令。
采用光電池和壓電陶瓷片作傳感器的遙控接收器，其電路結(jié)構(gòu)與上述相同，只是更換不同的接收傳感器及改變后續(xù)的帶通濾波器的中心頻率即可。
參見圖4，與本發(fā)明遙控接收器相對應的遙控發(fā)射器采用晶振穩(wěn)頻他激振蕩驅(qū)動方式。振蕩驅(qū)動均由IC2六反相器CD4069擔任，發(fā)射頻率完全由晶振X1和負載電容C2決定，單路遙控時優(yōu)選40KHz的晶振，按下遙控鍵K2時，振蕩器振蕩輸出40KHz振蕩信號，并通過驅(qū)動由超聲波發(fā)射傳感器S1將超聲波發(fā)出。
參見圖5，由于上述遙控接收器高靈敏微功耗性能的設計成功，使該開關的靜態(tài)和動態(tài)耗電都大大降低，所以交流電網(wǎng)漏電供電電路也可以得到相應簡化。所述的交流電網(wǎng)漏電供電電路主要由橋式二極管整流器1.21、有源穩(wěn)壓器1.22、開態(tài)供電觸發(fā)電路1.23、開態(tài)供電輸出電路1.24和電容濾波器1.25構(gòu)成。原專利的交流電網(wǎng)漏電供電電路的負載功耗大，為減小電源紋波對接收靈敏度的影響，電容濾波器1.24的結(jié)構(gòu)較為復雜，必須接多個濾波電容來消除電源紋波，同時，為了供電輸出端電壓的穩(wěn)定，其開態(tài)和關態(tài)的供電都要通過有源穩(wěn)壓器1.22進行穩(wěn)壓。本發(fā)明在原專利電路結(jié)構(gòu)的基礎上，主要對有源穩(wěn)壓器1.22、開態(tài)供電輸出電路1.24和電容濾波器1.25的結(jié)構(gòu)進行了簡化，去掉了其中的多個濾波電容，而電容濾波器1.25也簡化成只用一個濾波電容，并且開態(tài)供電輸出電路不經(jīng)過穩(wěn)壓器直接送至電容濾波器1.25，具體的簡化結(jié)構(gòu)如圖6所示。
參見圖6，由于交流電網(wǎng)漏電供電電路負載功耗的降低，使供電電路中的穩(wěn)壓和濾波的壓力都大大減輕，所以在原專利有源穩(wěn)壓器中去掉了集電極的濾波電容和基極的旁路電容，開態(tài)供電輸出電路也簡化成僅由二極管單向?qū)ㄆ鱀9和小電阻R5串聯(lián)構(gòu)成，濾波器簡化成只由一個濾波電容C1構(gòu)成；再者，由于遙控接收器功耗的降低，則C1足可以穩(wěn)定開態(tài)輸出電壓，所以開態(tài)供電輸出電路1.24的輸出端(即R5的一端)可以不經(jīng)有源穩(wěn)壓器直接送至濾波電容C1。其中開態(tài)供電觸發(fā)電路中的電阻R1是為第一可控硅D5控制極提供電流通路的，本發(fā)明將其改接在第二可控硅D6旁路的位置上，這一改動從電路調(diào)整上更為方便一些，但無關緊要，如果不加改動，用原專利的結(jié)構(gòu)也是可以的。該交流電子開關中的主控電子開關1.1的電路結(jié)構(gòu)與原專利的相同。所述的觸發(fā)器1.3的結(jié)構(gòu)也與原專利的基本相同，其中IC1A器件4腳上的RC上電復位電路的改進在后面說明。該交流電子開關的工作原理是當開關處于靜態(tài)關閉時，第一可控硅D5和第二可控硅D6截止，負載交流用電回路a微導通，橋式二極管整流器1.21輸出的脈動電壓通過有源穩(wěn)壓器1.22和濾波電容C1提供一個穩(wěn)定的直流電壓Vcc，為觸發(fā)器1.3和遙控接收器1.4供電；當觸發(fā)器接收到遙控接收器1.4的觸發(fā)脈沖P或手動觸發(fā)開關K1的觸發(fā)脈沖P’時，則觸發(fā)器1.3翻轉(zhuǎn)，其輸出端(1腳)輸出高電平，這時，第一可控硅D5導通，同時，當R1上的電壓從零升到一定的限壓值時，穩(wěn)壓管D7被反向擊穿，電阻R2的支路接通，其上的電壓上升，當上升到第二可控硅控制極的導通電壓時，則第二可控硅D6導通，這時，通過負載的交流電流經(jīng)過橋式二極管整流器1.21和第一、第二可控硅D5、D6對220V電源形成回路，則該交流電子開關處于開態(tài)；在此期間，每次交流電流過零時，第二可控硅D6截止，R1上的電壓又開始上升，通過穩(wěn)壓管D7和電阻R2串聯(lián)的支路輸出開態(tài)供電脈動電壓，該電壓通過二極管單向?qū)ㄆ鱀9和電阻R5傳送至濾波電容C1，經(jīng)過濾波后，提供一個穩(wěn)定的直流電壓繼續(xù)為觸發(fā)器1.3和遙控接收器1.4供電。當觸發(fā)器再次接到觸發(fā)脈沖P或P’時又翻轉(zhuǎn)，其輸出端輸出低電平，并將可控硅D5的控制極置為低電平，則主控可控硅D5在交流脈動電流過零點時截止，同時，可控硅D6也隨即截止，則該交流電子開關處于關態(tài)。如此循環(huán)，只要觸發(fā)一次，該交流電子開關便執(zhí)行接通或關斷一次，從而完成遙控或手動開關功能。
再參見圖6，縱觀整個開關電路，在該交流電子開關處于關態(tài)時，只有兩處耗電，一是前述的遙控接收器1.4，其耗電總量18微安，二是穩(wěn)壓器1.22中的電阻R4、穩(wěn)壓管D8到地的支路耗電，電阻R4上耗電可以通過調(diào)整阻值控制在10微安左右，因此整個開關電路在關態(tài)時耗電不到30微安。開關電路中的觸發(fā)器1.3因采用CMOS器件，其靜態(tài)時幾乎不耗電。該觸發(fā)器由兩個D觸發(fā)器構(gòu)成，其中一個D觸發(fā)器IC1A接成雙穩(wěn)態(tài)電路，另一個D觸發(fā)器IC1B接成單穩(wěn)態(tài)電路。在原專利中IC1A的4腳接有RC上電復位電路，它由電阻R19和電容C4串聯(lián)構(gòu)成，并且R19的一端接地，C4的一端直接電源Vcc端，它們的串接點接IC1A的復位端(4腳)；由該上電復位電路來完成初次上電或長時間停電后再來電時，對IC1A器件的復位，即讓其輸出端(1腳)為低電平，保證開關處于關態(tài)。該RC復位電路是單片機常用的上電復位電路，這種電路的可靠性差，特別是在電源電壓波動較大、出現(xiàn)閃停電或緩慢上電時，其復位非常不可靠，可造成CPU工作混亂，死機等問題，它用在本開關中也同樣存在復位不可靠的問題。目前單片機上電復位改進的辦法是接一個專用的復位集成器件，但將這種辦法移植到本開關中，顯然是會增加較大的成本，很不經(jīng)濟。本發(fā)明用了一個非常簡單實用的辦法來保證其復位的可靠性，即將C4的一端通過小電阻R5再與電源Vcc相接。其復位的工作原理是當初次上電時，如果復位正常，則復位脈沖由電源Vcc通過R5、C4加于IC1A的復位端(4腳)，則IC1A輸出為低電平，開關處于關態(tài)，為正常情況；如果正常復位失敗，IC1A輸出為高電平，當電壓高到一定值時，可控硅D5導通，這時，由于上電還未完全完成，電容C1上還沒有充足電荷，其上的電壓較低，因此通過可控硅D5的回路電流主要通過D9、R5向C1充電，而D7、D6并不導通，同時，由于充電電流較大，則在R5上產(chǎn)生一個幅度較高的復位脈沖，且由C4耦合到IC1A的復位端，從而使其可靠復位；當電源供電正常后，電容C1充足電荷，其上的電壓較高，當開關處于開態(tài)時可控硅D5的回路電流主要從穩(wěn)壓管D7和電阻R2的串聯(lián)支路及D6流向地，而流過D9、R5的電流就較小，不會產(chǎn)生強脈沖使其誤復位而關閉用電器。該復位過程在負載交流用電回路的外部表現(xiàn)為燈具有可能出現(xiàn)瞬間閃亮，因時間短一般不易覺察，確保了燈具最終是關閉狀態(tài)。
在上述交流電子開關中，可控硅D5、D6選用額定電流為一安培的，控制80W以內(nèi)的負載較為理想，如果負載再大，可以更換額定電流更大的可控硅；如果負載更大時，橋式二極管整流器中的二極管也得換大，此時電路體積及散熱等問題在小小的開關容積內(nèi)難以解決。本發(fā)明給出一個較理想的功率擴展例子，參見圖7，在所述的交流電子開關的等效開關端Y、Z端前級加一個并聯(lián)的雙向可控硅D10，并且在該等效開關端的并聯(lián)支路上至少串一個小電阻R7，雙向可控硅的控制極與該小電阻R7的電壓輸出端S相接，用該小電阻上的電壓控制雙向可控硅的導通與截止；為了限制容性負載的電流峰值對雙向可控硅控制極的沖擊，在交流電子開關的等效開關端的支路上還可串接一個小電阻R6，它可起到對雙向可控硅D10控制極的保護作用。該電路的工作原理是負載功率在交流電子開關的額定值范圍內(nèi)時，流過電阻R6、R7上的電流較小，R7上的壓降不足以使雙向可控硅D10導通，開關正常工作；但負載功率超過交流電子開關的額定值范圍時，流過R6、R7的電流增大，當R7上的壓降達到雙向可控硅控制極的導通電壓時，則可控硅D10在先導通而泄流，并在交流電流過零時而自動截止。該電路相當于一個交流電子開關的過流保護器，只要負載功率超過交流電子開關的額定值，雙向可控硅就在先開啟泄流，而且它的導通角是根據(jù)負載功率的大小而自動調(diào)節(jié)的，也就是說，負載功率大，流向交流電子開關的脈動電流就大，電阻R7上的電壓就越早到達導通電壓，則D10導通角越大，泄流時間越長，反之，導通角越小，泄流時間越短。這樣的功率擴展，可以不改變交流電子開關功率的額定值(假設選擇前述的1安培)，只要在該交流電子開關的等效開關端(Y、Z)之前加上這部分電路，就可使該開關自動適應較大的功率范圍，如1～1000W，并且不影響該開關的任何功能和性能。同時，可選用額定電流大的雙向可控硅，使其散熱點只集中在這一個器件上，并在該器件的安裝處加上小散熱片散熱，使電路體積小、易于安裝。另外，上述的雙向可控硅D10導通時，相當于將開關短路，對供電不利，所以應盡量縮短其導通時間，可以采用進一步減小R7阻值和加入單向?qū)ǘO管D11、D12來降低其控制極的靈敏度，同時，還可保證在控制大功率負載時開關部分供電電壓的穩(wěn)定，若控制功率不太大時可以不加二極管D11和D12。
參見圖8，上述的單路開關還可以擴展為多路。它由一個二線制手動及遙控主路交流電子開關A1和多個二線制手動及遙控副路交流電子開關A2～An+1組成，所述的主路交流電子開關A1由一個控制交流負載回路a1的主控電子開關A1.1、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器A1.3、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的多信道遙控接收器A1.4和手動觸發(fā)開關A1.5、為所述觸發(fā)器A1.3和多信道遙控接收器A1.4提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路A1.2構(gòu)成，所述的副路交流電子開關由一個控制交流負載回路an+1的主控電子開關An+1.1、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器An+1.3、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控信號光耦隔離傳送器An+1.4和手動觸發(fā)開關An+1.5、為所述觸發(fā)器An+1.3提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路An+1.2構(gòu)成，其中遙控信號光耦隔離傳送器An+1.4的信號輸入端與多信道遙控接收器A1.4相接，其中n是自然數(shù)。所述主路交流電子開關A1中的主控開關A1.1、觸發(fā)器A1.3、手動觸發(fā)開關A1.5及交流電網(wǎng)漏電供電電路A1.2的具體結(jié)構(gòu)和它們之間連接關系采用與圖6相同的結(jié)構(gòu)及連接，同樣，副路交流電子開關An+1中主控開關An+1.1、觸發(fā)器An+1.3、手動觸點開關An+1.5及交流電網(wǎng)漏電供電電路An+1.2的結(jié)構(gòu)及它們之間的連接關系也采用與圖6相同的結(jié)構(gòu)及連接。
參見圖9，圖8中的多信道微功耗遙控接收器A1.4由一個共用的接收電路單元A1.4a和接在該單元后的多個信號識別電路單元A1.4b構(gòu)成。所述的接收電路單元A1.4a由接收傳感器、微功耗前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路、微功耗比較器依次連接構(gòu)成，所述的多個信道識別電路單元由并行接在接收電路單元A1.4a輸出端的一個主路信道識別支路A1.4b1和多個副路信道識別支路A1.4b2～A1.4bn+1構(gòu)成，并且主路和各副路信道支路均由無源帶通濾波器、檢波器、電平檢測器依次連接構(gòu)成；再參見圖8，所述的主路信道識別支路的輸出端(P1)直接與主路交流電子開關中的觸發(fā)器A1.3的觸發(fā)輸入端相接，所述各副路信道識別輸出端(Pn+1)分別與各副路交流電子開關中光電隔離傳送器(An+1.4)的輸入端相接。下面以雙信道微功耗遙控接收器為例說明其結(jié)構(gòu)及工作原理。
參見圖10，圖9接收電路單元A1.4a由接收傳感器S2、微功耗前置放大器1.42和微功耗比較器IC 3A構(gòu)成，其中接收傳感器S2采用與單路相同的傳感器，微功耗前置放大器的結(jié)構(gòu)為常規(guī)的三極管放大器，但需將工作電流調(diào)整到10微安左右，與單路相同，該前置放大器也可以用所述的失調(diào)消除電路替換，所述的微功耗比較器IC3A采用與單路相同的比較器器件，由于本例采用了前置放大器，提高了比較器輸入端的信號強度，所以可以在比較器IC3A上加上遲滯電阻R19、R20來消除比較器在無差動信號輸入時由噪聲而引起的輸出抖動，由此而引起的靈敏度下降完全可由前置放大器補償。電路的電容C5起到對微功耗比較器IC3A負輸入端濾波的作用，使負輸入端的交流信號幅度小于正輸入端時比較器動作；C5另一端也可以接地，但接到電源上可抑制電源紋波對接收靈敏度的影響。所述的雙路信號識別電路中主路識別電路可以采用與單路相同結(jié)構(gòu)，也可以將電平檢測器1.46用分立元件搭成，并且?guī)V波器X5的中心頻率與雙路遙控發(fā)射器的主路發(fā)射頻率相對應；所述的分立元件搭成的電平檢測器在檢波器無信號輸出時，三極管D18、D19截止，所以靜態(tài)時不耗電，當檢波器D20有信號輸出并達到一定幅值時，三極管D18先導通，隨即三極管D19導通，并送出主路遙控脈沖P1，該電平檢測電路中加入了遲滯電阻R21及加速電容C6，可使輸出脈沖的邊沿更陡并且無抖動。擴展為雙路開關時，最好用分立元件來搭建主路識別電路中的電平檢測器，雖然結(jié)構(gòu)有些復雜，但比較經(jīng)濟，可降低成本；擴展為多路開關時，可采用四集成微功耗比較器器件與分立元件搭建相結(jié)合的形式來構(gòu)成多路識別電路中的電平檢測器，使多路開關的成本降低。當遙控發(fā)射器發(fā)射主路遙控信號時，該雙路遙控接收器通過主路識別電路輸出主路遙控脈沖P1；所述的雙路信號識別電路中的副路識別電路結(jié)構(gòu)與單路相同，副路遙控脈沖P2需通過光耦隔離傳送器A2.4傳送至副路交流電子開關中觸發(fā)器A2.3的輸入端，因為各路交流電子開關之間不能共地，故采用光耦隔離傳送。另外，多路開關的功率擴展與前述的單路開關功率擴展相同，即在主路交流電子開關和各副路交流電子開關的等效開關端前級加雙向可控硅的電路結(jié)構(gòu)，具體電路結(jié)構(gòu)和工作原理與單路的相同(如圖7所示)，不再說明。
參見圖11，路中K3、K4是主路與副路的發(fā)射按鍵，當按下K3時，主路晶振X3與非門IC2A、IC2B接成振蕩器，并振蕩輸出主路頻率的發(fā)射信號，通過驅(qū)動器后由發(fā)射傳感器S1發(fā)射出去，同時，三極管D16導通，發(fā)光二極管D21亮，進行發(fā)射指示；同理，當按下K4時，副路晶振X4與非門IC2A、IC2B接成振蕩器，通過驅(qū)動后由發(fā)射傳感器S1發(fā)出副路發(fā)射頻率的信號，同時，發(fā)光二極管D21亮，進行發(fā)射指示。
權(quán)利要求
1.一種電子開關，包括一個用于控制交流負載回路通斷的主控電子開關(1.1)、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器(1.3)、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控接收器(1.4)、為所述觸發(fā)器和遙控接收器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路(1.2)；所述遙控接收器包括接收傳感器(1.41)與信號處理電路，其特征在于所述接收傳感器(1.41)通過微功耗比較器(1.43)與信號處理電路相連。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子開關，其特征在于所述接收傳感器(1.41)與微功耗比較器(1.43)之間連接有微功耗前置放大器或微功耗比較器失調(diào)消除電路(1.42)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電子開關，其特征在于所述接收傳感器(1.41)為無源接收傳感器或微功耗有源傳感器；所述信號處理電路由帶通濾波器(1.44)、檢波器(1.45)與電平檢測器(1.46)依次連接構(gòu)成或由微功耗單片機構(gòu)成。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的電子開關，其特征在于所述無源接收傳感器為光電池或壓電陶瓷片或壓電超聲波傳感器。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電子開關，其特征在于所述觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口接有手動開關(1.5)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電子開關，其特征在于所述交流電網(wǎng)漏電供電電路包括一個接在主控電子開關端前級的二極管橋式整流器(1.21)、接在主控電子開關后級的有源穩(wěn)壓器(1.22)、接在該有源穩(wěn)壓器輸出端的電容濾波器(1.25)，所述電容濾波器(1.25)由一個濾波電容(C1)構(gòu)成；所述主控電子開關由第一可控硅(D5)和第二可控硅(D6)串聯(lián)構(gòu)成，第一可控硅作為主控開關，其控制極與所述觸發(fā)器(1.3)的輸出端相接，所述第二可控硅作為開態(tài)供電開關，其控制極與開態(tài)供電觸發(fā)電路(1.23)的觸發(fā)端相接，在開態(tài)供電觸發(fā)電路(1.23)的供電輸出端與有源穩(wěn)壓器(1.22)的輸出端之間接有開態(tài)供電輸出電路(1.24)，所述開態(tài)供電輸出電路由二極管單向?qū)ㄆ?D9)和小電阻(R5)串聯(lián)構(gòu)成。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的電子開關，其特征在于所述電子開關的等效開關端(Y、Z)的前級設有一個用于擴展功率的過流保護器，該過流保護器包括一個與該電子開關的等效開關端(Y、Z)并聯(lián)的泄流雙向可控硅(D10)和串聯(lián)在所述等效開關端(Y、Z)支路上的小電阻(R7)，雙向可控硅(D10)的控制極與小電阻(R7)的電壓輸出端(S)相接。
8.一種電子開關，其特征在于該電子開關包括一個主路電子開關(A1)和多個副路電子開關(A2～An+1)，所述主路電子開關(A1)包括一個控制交流負載回路(a1)的主控電子開關(A1.1)、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器(A1.3)、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的多信道微功耗遙控接收器(A1.4)、為所述觸發(fā)器和多信道遙控接收器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路(A1.2)；所述副路電子開關(An+1)由一個控制交流負載回路(an+1)的主控電子開關(An+1.1)、接在該主控電子開關控制端的觸發(fā)器(An+1.3)、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控信號光耦隔離傳送器(An+1.4)、為所述觸發(fā)器提供電源的交流電網(wǎng)漏電供電電路(An+1.2)構(gòu)成；所述多信道微功耗遙控接收器包括共用的遙控接收電路單元(A1.4a)和接在該單元后的多個信道識別電路單元(A1.4b)，所述接收電路單元由接收傳感器、微功耗前置放大器或微功耗比較器的失調(diào)消除電路、微功耗比較器依次連接構(gòu)成，所述多個信道識別電路單元由并行接在接收電路單元輸出端的一個主路信道識別支路(A1.4b1)和多個副路信道識別支路(A1.4b2～A1.4bn+1)構(gòu)成，并且主路和各副路信道支路均由無源帶通濾波器、檢波器、電平檢測器依次連接構(gòu)成，所述主路信道識別支路的輸出端直接與主路交流電子開關(A1)中的觸發(fā)器(A1.3)的觸發(fā)輸入端相接，所述各副路信道識別輸出端分別與副路交流電子開關(An+1)中光電隔離傳送器(An+1.4)的輸入端相接。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的電子開關，其特征在于所述主路電子開關(A1)中主控電子開關控制端觸發(fā)器(A1.3)的觸發(fā)輸入端口與副路電子開關(An+1)中主控電子開關控制端觸發(fā)器(An+1.3)的觸發(fā)輸入端口分別接有手動開關(A1.5、An+1.5)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的電子開關，其特征在于所述主路與各副路電子開關等效開關端的前級分別設有一個用于擴展功率的過流保護器，該過流保護器由一個與所述等效開關端(Y1、Z1或Yn+1和Zn+1)并聯(lián)的泄流雙向可控硅(D10)和串聯(lián)在等效開關端支路上的小電阻(R7)構(gòu)成，所述雙向可控硅(D10)的控制極與所述的小電阻(R7)的電壓輸出端相接。
全文摘要
本發(fā)明是一種能夠代替普通機械觸點式二線制交流電器開關的高靈敏微功耗單路或多路電子開關。它主要由主控可控硅電子開關、該主控可控硅電子開關的觸發(fā)器、接在該觸發(fā)器觸發(fā)輸入端口的遙控接收器和為該控制電路供電的交流電網(wǎng)漏電供電電路構(gòu)成。本發(fā)明的特點是采用了無源接收傳感器和微功耗比較器，從而解決了遙控接收器的微功耗和高靈敏度之間的矛盾，使該開關控制電路的功耗降到50微安以下，可適用于各種節(jié)能燈和日光燈，消除了關態(tài)漏電供電而引起的節(jié)能燈或日光燈的頻閃，同時又具有很高的靈敏度，使用效果可以與無線遙控比美。本發(fā)明還具有兼容性強、成本低廉的特點。
文檔編號G08C23/02GK1547170SQ200410044469
公開日2004年11月17日 申請日期2004年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2003年11月28日
發(fā)明者宋剛, 宋 剛 申請人:宋剛, 宋 剛