專利名稱：自動開關(guān)電路中的手動代用裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明從總體上講，涉及受控開關(guān)電路或者自動開關(guān)電路，通常用于商用電器以及家用電器中。更具體地說，本發(fā)明涉及這樣的開關(guān)電路的手動代用技術(shù)。
本發(fā)明所處理的問題可以用被動式紅外運動檢測器(PIR)的例子說明，同樣的問題在其它許多實際應(yīng)用中也存在。PIR運動檢測器是一種應(yīng)用于自動光開關(guān)上的裝置，當(dāng)人或者運動車輛進(jìn)入監(jiān)控區(qū)域時，光開關(guān)可以把燈打開。這樣的裝置可用做戶外或者門外光源，例如，當(dāng)人靠近門前方時指示出過道，或者當(dāng)汽車駛近時指示出駕駛道路。
PIR運動檢測器依靠探測人體或者類似熱源在進(jìn)入檢測器觀察區(qū)時或者在該區(qū)域內(nèi)活動時所發(fā)出來的紅外輻射熱來工作。當(dāng)運動檢測器檢測到移動熱源的相應(yīng)特征熱脈沖時，它產(chǎn)生低壓電信號，點亮電燈或者發(fā)出報警。電子開關(guān)電路，通常由三端雙向可控硅或者其它類型的可控硅來控制，接收低壓電子信號并且相應(yīng)地打開電源點亮電燈。開關(guān)電路通常設(shè)置成在檢測到運動物體后持續(xù)點亮電燈一段預(yù)定好的時間。因此，當(dāng)人進(jìn)入到運動檢測器的觀察區(qū)域后，電燈自動點亮并且通常持續(xù)5到15分鐘時間。當(dāng)預(yù)定時間結(jié)束后，如果沒有檢測到進(jìn)一步的運動，電燈然后就自動關(guān)滅。
有時需要手動控制運動檢測器的自動開關(guān)動作，例如用墻壁開關(guān)。用戶可能聽到房間的外面有聲音，并且想要用墻壁開關(guān)打開外面的燈看一下。偶爾聲音可能是由運動檢測器所不檢測的熱源發(fā)出的，也可能由于熱源太小、太遠(yuǎn)或位于運動檢測器的觀察區(qū)域之外，而使運動檢測器檢測不到。在另外一些情況中，用戶可能想使燈亮的時間超過預(yù)訂的自動熄滅時間。為激活通常的手動代用機(jī)構(gòu)，用戶暫時先把墻壁開關(guān)切換至關(guān)斷位置，然后立即把它回復(fù)到開的位置。為響應(yīng)墻壁開關(guān)的觸發(fā)，以前的手動代用電路通常使用數(shù)字邏輯電路中所用的集成電路元件(即數(shù)字集成電路)。在低成本的商用電器或者家用電器里的手動代用電路中使用這樣的集成電路芯片，例如觸發(fā)器、寄存器、計數(shù)器等，是一種折中方案。專用集成電路芯片價格貴，并且仍然需要外圍電子元件才能組成代用裝置。也就是說，在以前的代用裝置中，組成電路的電子元件的總數(shù)并不少，有一些元件還很貴，組裝電路需要很多步驟。使得以前所使用的手動代用電路的成本高于期望值。
本發(fā)明提供了一種手動代用電路，用于商用電器或者家用電器中，該電路使用很少的電子元件，制造起來非常經(jīng)濟(jì)，同時提供了很高的穩(wěn)定性和可靠性。按照本發(fā)明制作的代用電路僅需要一個集成單運放，兩個電容，它們按電源切換情況相應(yīng)地以適當(dāng)順序充放電，以及幾個電阻。這樣的簡單元件組成的簡單電路有很多優(yōu)點，尤其可用于廉價的商用或家用電器中。僅僅需要一個單運放是非常有好處的，因為集成運算放大器是一種非常通用的電子元件，通常把四個單運放封裝到一起，組成一個四運放來賣。這樣，僅使用了一個運算放大器，就可以把其它三個運算放大器空出來，在裝置的主電路中用做它用。由于代用電路僅僅需要使用一個運算放大器以及很少的外圍元件，因此制造起來更便宜。本電路的另外的意想不到的收益是盡管使用了相對較少的元件，電路仍給出了很高的控制切換的時間窗口，即用戶手動把開關(guān)從開的位置切換到關(guān)的位置然后再切換回來到開的位置所用的時間。許多簡單的電路設(shè)計缺乏附加的穩(wěn)定元件，容易導(dǎo)致進(jìn)入振蕩狀態(tài)，而按照本發(fā)明所做的電路設(shè)計是非常穩(wěn)定的，不會產(chǎn)生自發(fā)振蕩或者過渡態(tài)導(dǎo)致的振蕩。盡管沒有用觸發(fā)器、寄存器或者其它數(shù)字電路元件以保護(hù)穩(wěn)定的邏輯信號，本發(fā)明仍然提供了可靠的雙穩(wěn)態(tài)，即提供了兩種穩(wěn)定的狀態(tài)以表示手動控制激活或者手動代用熄滅。
參照以下部分和附圖，可以進(jìn)一步理解并認(rèn)識到本發(fā)明的結(jié)構(gòu)、操作和優(yōu)點。


圖1是本發(fā)明中手動代用電路的電路原理圖。
本發(fā)明中的手動代用電路在這里以在被動式紅外運動檢測器中的實施例來表示。本發(fā)明也可以在其它商用電器或者家用電器中實現(xiàn)，用作手動控制自動開關(guān)電路。因此本發(fā)明不僅僅局限于這里所公開的、做為例子提供的特定實施例。
在圖1中，燈10用來響應(yīng)被動紅外傳感器11所接收到的紅外輻射。當(dāng)紅外輻射照到傳感器11時，傳感器生成了一個電子信號到處理電路12，該處理電路判斷接收到的紅外輻射是否具有與目標(biāo)物體所相同的特征，如果有，就沿控制線13產(chǎn)生一個觸發(fā)信號點亮燈10。觸發(fā)信號本身在輸出級產(chǎn)生，在圖1中是運算放大器14。如圖1中所設(shè)置的那樣，當(dāng)處理電路12判斷出存在目標(biāo)物體時，放大器14在其輸出端生成高電平。運動檢測裝置沿著線16和17從電網(wǎng)中接收通常的家用A、C。線上的電壓(即交流電壓)。燈10通過受控開關(guān)電路18跨接到電源線16和17上，通過燈連接電源以響應(yīng)控制線13上的來自放大器14的觸發(fā)信號。燈10的電壓通常與電網(wǎng)電壓相同，而電路的其余部分在低壓下工作，一般為5到15V，由電源電路19提供。運動檢測裝置通過開關(guān)20加電，開關(guān)20通常是墻壁開關(guān)。在裝置的正常操作中，開關(guān)20在其左邊的關(guān)閉位置上。
手動代用電路包括集成運算放大器21，在其輸出端22產(chǎn)生高電平以觸發(fā)開關(guān)電路18點亮燈10。一個阻容網(wǎng)絡(luò)，用23來表示，把低壓電源19連接到運算放大器21的反相輸入端24。阻容網(wǎng)絡(luò)23包括電阻25和電容26串聯(lián)，以及電阻27和電容26并聯(lián)。運算放大器21的反相輸入端24和同相輸入端28通過圖1中的電阻網(wǎng)絡(luò)連接到一起，圖中的電阻網(wǎng)絡(luò)為單個電阻29。這里通過單電阻30提供了電阻網(wǎng)絡(luò)二，該電阻網(wǎng)絡(luò)把反相輸入端24連接到地。通過單電阻31形成一個電阻反饋通路，把運算放大器的輸出端22和同相輸入端28連接到一起，同時也通過電容32接地。圖1所示的實施例中的這種簡單的電路設(shè)計，由一個運算放大器，兩個電容，五個電阻組成，提供了特別穩(wěn)定的手動加載功能，而在以前的電路中只能使用更復(fù)雜或者更貴的電路才能實現(xiàn)這種功能。
在操作中，電路按以下方式工作。電源首次加到運動檢測器上后，當(dāng)用戶在安裝好裝置后第一次關(guān)閉墻壁開關(guān)20時，有一電流流過電阻25，使電容26得到充電。幾乎同時，反相輸入端24的電壓升高，使得輸出端22的電壓降低。當(dāng)輸出端22為低電平時，電流即流過電阻反饋通路(電阻31)，保持同相輸入端28為低電平。反相輸入端24的電壓高于同相輸入端28，并且該電壓由于電阻配置的分壓作用得到穩(wěn)定的維持。在這一級上，電容32同樣幫助確定同相輸入端28的低電壓，因為任何通過電容26的漏電流都流過了電容32。因此形成了代用電路的穩(wěn)態(tài)一。在這種狀態(tài)下，反相輸入端24為地電位，并且其電位高于同相輸入端28。在這種設(shè)置中運算放大器21的輸出為低電平。低電平輸出得到反饋，電容26完全充電。只要電源沒有中斷，電路將一直保持此狀態(tài)。
假定現(xiàn)在用戶需要手動開燈。用戶切換墻壁開關(guān)20，包括暫時打開開關(guān)及再把它關(guān)上。當(dāng)用戶打開開關(guān)20時，就切斷了代用電路的電源，電源19處的電壓開始降落。這樣，電容26開始向電源19放電。在這個過程中，反相輸入端24的電壓變得低于同相輸入端28的電壓。電阻25的阻值小于電阻30以保證電容26優(yōu)先通過電阻25放電。由于電容器26的放電使得反相輸入端24被拉至低于同相輸入端28的電位。在電源19徹底衰減以前(可能需要幾秒鐘)，運放21翻轉(zhuǎn)(也就是說，其輸出端切換至高電平)。輸出高電平信號通過電阻31反饋并且向電容32充電，該充電非常迅速，即在電源19徹底衰減之前就能完成充電。電容32上的充電暫時維持了同相輸入端28在其高電位上，并且維持了運放21的輸出也在高電平上。這樣就延長了用戶把墻壁開關(guān)切換回關(guān)閉位置所需要的時間，定義了充足的“翻轉(zhuǎn)窗口”，即把墻壁開關(guān)切換回關(guān)閉(“On”)位置所需的時間。
一旦用戶扳動墻壁開關(guān)20回到其關(guān)閉位置，就向代用電路中存儲了能量。電路的電壓上升得非常快。在這一級中同相輸入端28的電壓高于反相輸入端24的電壓，24的電壓低于地電位。輸出端22的信號電平為高電平，并且在這種結(jié)構(gòu)中通過反饋電阻31維持了輸出的高電平。輸出端22的高電平通過二極管22施加到控制線13，引起開關(guān)電路18點亮電燈10，而不管運放14的輸出端的狀態(tài)是什么。
在代用電路被切換到高電平狀態(tài)(激活)后，為繼續(xù)進(jìn)行運動檢測器的正常使用，用戶再次切換墻壁開關(guān)20。當(dāng)用戶第一次開始打開開關(guān)時，電容32被全部充電并且當(dāng)其放電時把能量全部充入電容26中。結(jié)果是同相輸入端28的電勢降落快于反相輸入端24的電勢降落，同時運放翻轉(zhuǎn)回低電平狀態(tài)。在兩種穩(wěn)定狀態(tài)之間維持有足夠的電壓差，因此運放21是穩(wěn)定的。
電阻值的選擇取決于特定的電源和電路阻抗。選擇適當(dāng)?shù)碾娙葜悼梢远x所需的翻轉(zhuǎn)窗的長短。適當(dāng)?shù)碾娙葜岛碗娮柚档倪x擇，對于任何所需的應(yīng)用來說，都是完全常規(guī)的，使用通常的技巧即可完成。應(yīng)該注意到電容器26絕不會被反向極化(反向極化有可能損壞電容器)。實際上，本電路的操作依賴于電容26的所謂的“反向極化”，實際上并沒有進(jìn)行真正的反向極化，而是電路把負(fù)極拉低至低于地電位而沒有損壞電容器。這與通常所接受的電路實現(xiàn)相反，它們需要插入一個二極管以防止電容26進(jìn)行反向極化。這樣的二極管在本電路里不需要。反向極化并不發(fā)生，因為對電阻值加以選擇，使得在兩種穩(wěn)態(tài)下電容的正向輸入總是高于負(fù)向輸入。
上面所述及插圖展示了本發(fā)明的一個示范性實施例。知道了本發(fā)明的益處后，熟悉電子電路的人將可以進(jìn)行各種修改、替換及改型，同樣可以取得本發(fā)明的優(yōu)勢。例如，熟悉電子電路的人將認(rèn)識到手動代用電路可以被設(shè)計成與本發(fā)明鏡象對稱的結(jié)構(gòu)，輸出電壓在上電啟動時為高，然后翻轉(zhuǎn)成低。這是能夠做到的，例如，把運放的同相輸入端和反相輸入端的連接顛倒過來。因此，本發(fā)明不僅僅局限于上面的描述和示范，而是受下面的權(quán)利要求所保護(hù)。
權(quán)利要求
1.用于含有自動開關(guān)電路的裝置中的手動代用電路，可以響應(yīng)控制線上的控制信號給負(fù)載加電，該裝置中至少有一部分電源電壓可通過手動操作開關(guān)來切斷，所說的手動代用電路包括一個運算放大器，帶有同相輸入端和反相輸入端以及一個輸出端，所說的輸出端連接到所說的控制線上以施加手動控制信號，由此來控制所說的開關(guān)電路；阻容網(wǎng)絡(luò)一，連接所說的電源電壓到同相輸入端和反相輸入端中的一個，以響應(yīng)所說的手動操作開關(guān)的開和關(guān)進(jìn)行充電和放電；電阻網(wǎng)絡(luò)一，連接所說的同相輸入端和反相輸入端；電阻網(wǎng)絡(luò)二，連接所說的一個輸入端到地；電阻反饋通路，連接所說的放大器輸出端與所說的同相輸入端和反相輸入端中的另一個；以及一個電容器，連接所說的另一個輸入端到地；從而當(dāng)切換手動操作開關(guān)時，對所說的阻容網(wǎng)絡(luò)一以及所說的電容進(jìn)行充電和放電，從而切換所說的運算放大器的輸出狀態(tài)，從而切換所說的手動控制信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其中所說的阻容網(wǎng)絡(luò)一含有電容一，電阻一，二者串聯(lián)連接，以及電阻二，與所說的電容一并聯(lián)，所說的電阻一連接到所說的電源上；所說的電阻網(wǎng)絡(luò)一含有電阻三；所說的電阻網(wǎng)絡(luò)二含有電阻四；以及所說的電阻反饋通路含有電阻五。
全文摘要
一種用于商用或者家用電器上的手動代用電路，可以僅使用一個集成單運放，兩個電容器，它們按電源切換情況相應(yīng)地以適當(dāng)順序充放電，以及幾個電阻。這種簡單的電路設(shè)計，僅僅含有一個運算放大器，兩個電容器，以及五個電阻器，提供了非常穩(wěn)定的手動控制操作，以響應(yīng)對裝置的控制電壓的手動切換。
文檔編號H05B37/02GK1138778SQ9511755
公開日1996年12月25日 申請日期1995年11月29日 優(yōu)先權(quán)日1994年11月29日
發(fā)明者韋德李 申請人:拉里C·Y·李