CN100342646C - 电力开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种电力开关，该开关是带有线路动力开关控制结构的双端电力开关。该电力开关在电源输出端之间配有第一和第二分流电路。第一分流电路内包括有通过控制输出端的电能的开关，该第一分流电路还包括在“接通”状态下来自流经开关的电流的电源。该第一电源可给控制装置供电以便在电流流过时控制开关的运行状态。当开关处于“关闭”状态时，包括在第二分流电路的第二电源为所述控制装置提供电源。

Description

电力开关

技术领域

本发明涉电力开关装置，尤其是涉及带有从开关线路取得开关控制装置所需电源的双端电力开关装置。更具体地说，本发明涉及一种带有从开关线路取得开关控制装置所需电源的可遥控的双端交流电力开关装置。更具体而言，但当然并不限于此，本发明还涉及带有从开关线路取得电源以遥控开关装置的改进型双端可安装在墙上的电力开关装置。本发明还涉及用从开关线路中取得电源以自动化控制开关装置以接通和断开电力负载的电路布置及系统。

背景技术

电力开关一般串联连接于负载与电源之间，以使负载与电源接通或断开。当开关处于“接通”(即“ON”或“导电”)状态时，开关两端的阻抗一般较低，使电能从电源(例如，交流(AC)电源)流向负载。另一方面，当开关处于“关闭”(即“OFF”或“断开”)状态时，开关两端一般会出现非常高的阻抗，从而避免或阻止电能从电源流向负载。

普通的双端电力开关一般带有一个具有导电触点的开关组件，该组件可在“接通”(即(ON”或“导电”)或“关闭”(即断开)位置之间移动以进行开关切换。一般双端电力开关的“接通”与“关闭”通常与所述金属导电触点组件的接触与断开状态分别相对应。

电子开关装置，例如大功率MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)、晶体管或闸流晶体管等，由于不须如传统机械式开关那样必须通过导电金属开关组件的移动就能完成开关转换，现已广泛用于电控电力开关。不过，这种电力开关装置在导通状态下的大电流及电压降所产生的废热往往引起散热问题，尤其是当开关装置被放置于狭小的封闭空间，例如是墙式插座内时。

电动机械电力开关装置，例如是带有可移动开关导电组件的继电器，亦常见于自动电力开关中。不过，常见继电器的开关导电组件通常耦接到带有磁心的螺线管，当电流通过螺线管时，磁心的磁力就会令导电开关接通。此类开关的体积一般较大且需要有连续电流的状态以保持切换或开关状态。这种连续电流的供应一般会产生热扩散问题以及电力供应问题。电子或电动机械式电力开关装置尤其适用于轻触式或自动式的开关线路设计，例如遥控开关、移动传感或其它感应探测方式的电力开关系统。同时，由于遥控式的电力开关装置提供给公众极大的方便，轻触式或自动式开关电路具有相当实用优势，它们的应用亦日益广泛。

然而，这种形式的开关电路或装置一般都需要配合自动控制或开关切换控制电路系统以完成实际的开关切换，而自动式或可遥控式的开关装置或电路一般都要求有稳定电源(通常是直流(DC)电源，但当不限于此)来操作该自动控制和自动开关电路系统以及遥控信号接收器。

对于三线式交流布线系统来说，即布线系统可提供包括带电端、中性端和接地端的电源线，操作或控制开关电路系统的电力可通过在“带电端”和中性端或接地端之间连接一个电源线路来取得到。对于单线交流布线系统(即开关装置连通单一带电线或相线)来说，布线系统中并无提供额外的或预定的中性端或接地端以供使用。由于布线系统并不提供现成的中性端或接地端，控制装置的操作电源虽然可从外部电源或直接从该交流电源以附加布线方法取得中性端或接地端，然而，额外布线涉及较大花费，亦欠美观。

因此，假若适用于单线布线系统的相线电力开关装置的控制电路系统所需电源能够直接从开关装置所连接的带电相线取得到而并不需要外加电源或额外布线显然提供不少益处。

当电力开关装置在单线布线环境下作固定位置的设备使用时，例如将电力开关装置安装在墙上已预先布线的墙式插座作为电源开关时，提供额外的布线来供应操作开关的电力可能既不经济又不实际。在这种用途情况下，除非控制和开关电路系统的电源可由开关线路本身提供，附加电源将要求将不可避免。不过，外部附加电源通常意味着额外的运行成本，同样也意味着笨重且不美观的开关装置编排。

因此，能够提供一种可从该开关所连接的电源带电线直接取得运行所需电能以控制该开关或其它外围操作电路系统的开关装置或电路布置就会极为有用。然而，由于电力开关装置通常与负载串联并在交流电源的两极之间，从单一带电线取得到电能线路来控制开关的困难之处是众所周知的。一般而言，当开关装置处于“关闭”(即“断开”)状态时，其特点通常是在开关两端有很高的断路电压而祗有很低的断路漏泄电流流过开关的导电体。另一方面，当开关处于“接通”(即“导电”)状态时，其特点通常是在开关的两端有很低的闭合电路电压降和很高的闭合电路电流穿过开关的导电体。由于这些已知的固有特点，同时在开关装置处于“接通”(“导通”)和“关闭”(“断开”)状态期间都能向控制和开关电路系统供应运作所需电能并不容易。因此，如果能够以紧凑、有效而并不复杂的形式提供带有线路动力开关和控制电路系统(包括遥控电路系统)的双端电力开关或电路布置将裨益大众。

在提供这样的线路动力电路系统或电路布置时，如果能够将开关装置由于向控制电路系统和开关装置供应电力而产生的在导电状态下开关两端的电压降及在断开状态下的漏泄电流都保持到最小就会更加理想。现今各地的安全标准各有不同，但断开状态下的漏泄电流通常必须小于20mA。同时，因为漏泄电流和导通状态电压降与电力开关装置本身的电能消耗及散热问题直接相关，打开状态下的电压降应尽量降低。

常见电路系统中的自动电力开关常常采用三端双向可控硅(Triacs)开关组件或闸流晶体管以形成电子或非改变接触式电能开关。由于三端双向可控硅开关组件或闸流晶体管这类组件固有的前向电压降，这种开关组件的无功电能消耗一般较大，令到散热的要求也变得更迫切。当采用三端双向可控硅开关组件或闸流晶体管这类的开关装置用于较大电流系统，尤其在正常使用时置于封闭且狭窄的空间时，这种电力开关可能由于需要强制通风而并不适用。

因此，假若能够提供一种适用于前述线路动力开关控制电路系统以便用于电控电力开关，而又不必一定采用三端双向可控硅开关组件或闸流晶体管这类组件的开关装置就会非常有用。同时，此一改良装置时亦应可降低因采用三端双向可控硅开关组件或闸流晶体管的开关装置而引至的电能消耗及散热问题。

进一步来说，尽管具有线圈和一对电触点通常断开的电动机械继电器在自动电力开关中亦可能作为开关装置，但是这样的继电器开关由于需要恒定的直流电流供应以保持机械式导电接触在闭合位置。这对直流电流的要求通常意味着需要一个大的变流器线圈以提供足够的能量来保持开关件处于闭合位置，故在单线式的电力开关中并未广泛使用。同时，这类继电器式开关亦会产生开关体积庞大和电能消耗较高的问题。因此，能够设计出一种适用于自动电力开关系统而又可以减少对恒定直流电流供应需求的改进式开关装置将裨益大众。

为了令到自动电力开关的应用或用途更加广泛并使用户更方便，这类开关可以同时在开关所在地或其附近对这种线路动力自动电力开关进行直接控制，又可以进行遥控就非常有利。当然，遥控或非触式控制可以籍包括如射频或红外线控制、运动传感、温度、光或其它传感器触发的开关电路以达至。同时，对这种电力开关在安装所在位置进行控制通常都是通过轻触型拨动或选择式的开关，而这类轻触式电力开关的接通和关闭通常仅需极小的物理力。由于轻触式开关几乎不需用力来触发，如果持续按下轻触按钮，开关就会连续反复地接通和关闭，做成不想要的、无意的、滋扰性的、甚至或有害的开和关。例如，当小孩过长时间地按着轻触按钮，开关就会由于无意的错误的而反复地开关操作。因此，假若这类轻触按钮控制能装有可以区别，辨别或忽略或这类意外的、有害的或无意的过长时间地按着轻触按钮的装置就会很有用。

发明内容

考虑到前面所述，如果能够提供一种能够减少或克服现有线路动力控制和/或开关控制电路系统的电力开关有关缺陷的改进开关装置就会对公众有益。鉴于一般现有电力开关线路在断路和闭合时电路电压和电流的特点及有关的已知问题，如果能够提供一种带有能从单线开关线路取得电源以进行开关控制或开关电路系统提供电力而无需考虑开关的开关状态的电力开关就非常有利。

相应地，本发明的目的之一是提供一种带有籍线路动力控制电路系统开关或电路布置的交流电力开关装置。这种线路动力开关控制电路系统或电路布置的开关装置最好可以不必一定采用三端双向可控硅开关组件或闸流晶体管之类组件。本发明的另一个目的是提供一种线路动力控制的自动电力的开关，该线路动力控制的自动电力开关在其接通或关闭状态或改变开关状态时最好都不需要大的直流电流。本发明的再一个目的是提供一种非常紧凑且能提供足够的开关性能并易于操作的电力开关装置。

本发明的另一个目的是提供一种电力开关，这种开关带有线路动力控制电路系统和“轻触式”开关装置以及能对有害的或无意的开关行为，例如在开关触动位置长期按下轻触式按钮作出区别及忽略的装置。当然，如果前述目的能够实现而不影响电力开关的优点、安全和紧凑性将为大众渴求。

为了使用更加方便，本发明的另一个目的是提供一种带有线路动力控制和开关系统电路而能遥控的电力开关。这种可遥控的电力开关最好提供可在开关所在位置进行可选择性开关操作的装置。

本发明还有一个目的就是为线路动力可控制开关装置提供多种可供选择的电路布置或拓扑结构，这选择可单独地也可结合地使用以减少与普通线路动力可控制开关有关的问题或用来改进现有开关。

本发明的至少目的之一是为公众提供一种电力开关的选择，这种开关带有线路动力控制和/或开关电路系统或电路布置来加强电力开关控制的应用性。

虽然本发明的开关装置设计主要涉及用于单线开关布线系统，但当然亦可用于其它布线系统。单线布线系统大意是指开关装置连接在单一相线的缺口之间，而开关大体上连接在相线缺口间的一来电(输入)端及一去电端(输出端)。由于此开关两端及可连接至相线的缺口两端，行业内亦称为“两端”或“两线”式开关或布线开关。

整体而言，本发明提供一种电力开关，包括第一端子、第二端子、连接所述第一和第二端子的开关装置、用来操作和控制所述开关装置的开关控制装置和为所述开关控制装置供电的、连接到所述第一和第二端子的电源电路系统，所述电源电路系统包括变压装置和变流装置，所述变压装置大体上与包含所述开关装置的分流电路并联，所述变流装置包括与所述开关装置串联的、位于所述第一和第二端子之间的低阻抗输入电路，所述开关装置包括电动磁力发生装置及受所述电动磁力发生装置操作的触点开关组件，所述触点开关组件能够在电路闭合位置(“接通”位置)和电路断开位置(“关闭”位置)之间移动，所述触点开关组件可保持在所述的电路的闭合位置或保持在所述电路的断开位置，其特征在于，该磁力发生装置在没有即时电流通过的情况中的磁力能够维持所述触点开关组件在所述的闭合位置。

根据本发明，提供一种电力开关，它包括：

连接在所述端子之间的第一和第二分流电路，

所述第一分流电路中的开关装置，

在导电的“接通”状态和基本上不导电的“关闭”状态之间转换所述开关装置的控制装置，当所述开关装置在“接通”或“关闭”状态时分别为所述控制装置供电的第一和第二电源电路，

所述第一电源电路包括一个双端电路组件，这个双端电路组件与所述开关装置串联以使相同的电流都流过所述开关装置和所述第一电源电路的双端电路组件，

所述第二电源电路连接在所述第二分流电路中，

所述控制装置包括产生电信号的装置，该电信号用于将所述开关装置转换到“接通”或“关闭”状态。

根据本发明的总体范围，提供一种电力开关，该电力开关包括第一端子、第二端子、连接所述第一和第二端子的开关装置、用来运行和控制所述开关装置的开关控制装置和连接到所述第一和第二端子的、用来向所述开关控制装置供电的电源电路系统，其中所述开关装置包括一个螺线管操作的、可在电路闭合位置(“接通”位置)和电路断开位置(“关闭”位置)之间移动的触点开关组件，该触点开关组件要幺保持在所述电路闭合位置要幺保持在所述电路断开位置，除非和直到通过所述螺线管输送合闸电流来将所述触点开关组件从所述电路闭合位置(“接通”位置)转换到所述电路断开位置(“关闭”位置)或从所述电路断开位置(“关闭”位置)转换到所述电路闭合位置(“接通”位置)。

从总体来讲，将所述触点开关组件从所述电路“关闭”位置转换到所述电路“接通”位置的所述合闸电流是有方向或极性的，该方向或极性与将所述触点开关组件从所述电路“接通”位置转换到所述电路“关闭”位置的所述合闸电流的方向或极性相反。

优选地，在通过所述螺线管输送第一方向或极性的合闸电流使一磁心具有磁性之后，所述触点开关组件由所述磁心保持在所述“接通”位置。

优选地，将所述触点开关组件从所述“接通”位置转换到所述“关闭”位置所需的能量小于将所述触点开关组件从所述“关闭”位置转换到所述“接通”位置所需的能量。

优选地，所述螺线管通过闩锁电路系统连接到所述开关控制装置，所述闩锁电路系统包括连接到第一电压源的、用来将所述开关装置转换到“接通”位置的第一开关分流电路和连接到第二电压源的、用来将所述开关装置转换到“关闭”位置的第二开关分流电路，所述第一电压源的电压高于所述第二电压源的电压。

优选地，所述触点开关组件在从所述“关闭”位置到所述“接通”位置的转换时是倚靠弹性推动力，而所述触点开关组件在从所述“接通”位置到所述“关闭”位置的转换时是借助弹性推动力。

优选地，所述开关控制装置通过所述螺线管输送相反方向或极性的电流来接通或关闭所述开关装置。

优选地，所述开关控制装置连接到一个信号接收器来接收遥控信号，所述信号接收器由来自所述电源电路系统的电能来运行。

优选地，所述开关控制装置连接到一个现场和遥控接收器，所述开关控制装置在探测到来自所述现场控制或所述遥控的开关要求信号后，发出信号来操作所述开关装置。

优选地，所述开关控制装置连接到至少第一和第二开关信号传感器，所述第一和第二开关信号传感器已经连接在一起，所述开关控制装置在探测到来自所述任何传感器的开关命令信号后，发出开关信号来操作所述开关装置。

优选地，通过使一磁心具有磁性来将所述触点开关组件带入“接通”位置，该磁心在磁化电流消失之后用剩余的磁力将所述触点开关组件保持在其“接通”位置。

优选地，在通过所述螺线管输送了方向或极性与所述第一方向或极性相反的合闸电流之后，触点开关组件从所述“接通”位置转换到所述“关闭”位置，该合闸电流的方向是以消去所述起始磁化的磁心的磁力为方向。

优选地，所述闩锁电路系统的第一开关分流电路包括连接到所述螺线管的两个端子的一个带有普通集电极接头的晶体管和一个带有普通射极接头的晶体管。

优选地，所述开关命令信号包括在预定的时间段内具有强度变化的信号。

附图说明

本发明的优选实施例将在本说明书以举例方式并结合附图以详细说明在这些图中：

图1是表示本发明电力开关之总体设计的方块图，

图2是表示本发明的电力开关装置的第一实施例在其“接通”或导电状态的混合电路和方块图，

图3是表示图2的开关装置处于“断开”状态时的混合电路和方块图，

图4是表示图2开关装置从“断开”状态转到“接通”状态瞬间的电路系统运行的混合电路和方块图，

图5是表示图2得电力开关从“接通”状态转到“断开”状态电路系统运行的瞬间混合电路和方块图，

图6是表示图2电力开关从“接通”状态转到“断开”状态的电路系统的瞬间混合电路和方块图，

图7是表示图2中用于接通电力开关装置的开关控制装置和闩锁电路运行的混合电路和方块图，

图8是表示图2中用于断开电力开关装置的开关控制装置和闩锁电路运行的混合电路和方块图，

图9是表示适用于图2中实施例的电动机械开关装置的一个结构例子。

具体实施方式

首先参看图1所显示本发明的线路动力开关1的方块原理图，该开关在虚线方框内作了大体描述。电力开关1通常与负载2串联并连接到交流电源的电源端L和中性端N之间，该负载可以是一盏灯，或者是其它电器。本图中还包括一个用来表示可以遥控电力开关1的接通和断开的遥控发送器3。

从总体上来看这些附图(尤其附图1至8)，所述电力开关1包括用于与外部线路连接的第一电源端子11和第二电源端子12。总体上，交流电力开关的端子接头可以反向接驳而无需任何改变。所述电力开关还包括连接在所述电源端子11、12之间的第一和第二分流电路。

第一分流电路(参看图2及3的11-21-22-12)包括一个开关装置20，该开关装置可在低阻抗的“接通”(即导电或闭合)状态与高阻抗的“断开”状态之间转换。当开关装置20在“接通”状态时，开关20两个端子21、22之间的导电组件作导电接通，故电力开关1总体上是一个高电流低阻抗装置。当开关装置20在“断开”状态时，开关装置20的两端子21、22之间不再导通，故电力开关1总体上及实际上是一个阻止电流通过的高阻抗断开电路。

第一分流电路(11-21-22-12)，或总体上与此分流电路串联的线路，配有第一电源电路60。该第一电源电路60总体来说为开关控制装置40和其它外围组件供应运行所需电力，尤其是当所述开关装置20处于高电流、低降压的“接通”状态时。第一电源电路60一般通过从流入开关装置20(即第一分流电路)的主电流得到电力源。一般可与所述开关装置串联的变流器或其它变流装置大致上适用于第一电源电路60作为从主电流中分离出可用电力的适当组件的例子。变流器的输出端63，64可与整流电路配合后可再与稳压器51，52，53连接。由于第一电源电路的变流器大体上与开关装置20串联连接，为了减少对外部负载的影响，理想的第一电源电路须具有低输入阻抗的特点，使开关1在接通状态下的附加电压降不会太明显。

更具体而言，附图所示第一电源电路60包括与开关装置20大致串联连接的双端电路组件61、62。串联连接的双端电路组件61、62使流经开关装置20的主电流也同时供应电源予第一电源电路60的输入。因此，第一电源电路60的输入电流受流经所述开关装置电流变化影响并与之相互关联。本具体实施例子所述的双端电路组件61，62为变流器的低阻抗性初级线圈。

第二分流电路11、70、12，配有可供应运行电能的第二电源电路70并与稳压器50的电路系统连接。第二电源电路70主要在开关装置处于“断开”状态时为开关控制装置40以及外围电路系统41，42，43供应运行所需电能。

由于第二电源电路70与包含所述开关装置20的电路分流并联，低的漏泄电流通常是必要的，以符合有关电力安全标准及确保产品安全。故此，所述第二电源电路优选地包括一个高阻抗输入电路以确保开关处于“断开”状态时的漏泄电流非常低。当然第二电源电路的高输入阻抗性亦确保电源端子11、12在开关“断开”时的高阻抗性。变压器，例如是降压变压器，是适合作为第二电源电路前端组件的例子。

总电源包含第一电源电路及第二电源电路以克服如前所述在“接通”和“断开”状态同时可向开关控制电路系统供电的困难。其中，第一电路电源大致与所述开关装置串联连接并有低输入阻抗特性，第二电源电路大致与开关装置并联且有高输入阻抗的特性。因此，本电源布置具有不管电力开关处于“接通”还是“断开”状态都能够向电力开关的控制、开关和其它外围电路系统供应电力的优势。

本发明包括的电源电路的运行将首先通过引用所述开关装置在“断开”状态的运作来进一步说明。当开关1的两个电源端子11、12在开关装置处于“断开”状态下连接到交流电源时，电源端子11、12的电压差通常较高且相当于断开电路的电源电压。此断开电路的电源电压差在美国通常是110V，在中国及欧洲则通常是220V。在此断开状态下，可用的漏泄功率可通过将第二电源70的输入端与电源耦合得到。由于在所述开关端子11、12之间的电压差较高，即使漏泄电流相对较小(例如，20mA或更小)，第二电源(即，降压变压器)的输出端子亦可从所述交流电源得到相对较大和有效的可用漏泄电能为总电控或开关电路系统提供足够的电能输出，而又不超过可接受的漏泄电流限度。另一方面，由于当开关装置处于“断开”状态时没有或仅仅有极小的电流流过该开关装置20，同时也因为第一电源电路系统(即，变流器60)的输入与开关装置20的两个端子相联，在“断开”状态期间可从第一电源分离出来的电能极少。

当开关装置20处于“接通”状态时，由于开关装置的导电体在此状态时固有的低阻抗特性，在开关端子两端的电势差就会很低。同时，由于第二电源包括一个高阻抗输入电路系统，故当开关1在“接通”状态时，第二电源电路输入端的瞬间电压降不会大。故在此“接通”状态期间第二电源可取得到的电能会极少或甚至可以忽略不计。

为了使开关装置20的开关控制装置或其它外围电路系统在处于“接通”状态时都能取得运行电能，本发明提供的第一电源电路60大体上从流经开关装置20开关导体的电流籍藕合取得电能。这第一电源电路60大体上包括一个与开关装置20串联的低输入阻抗电路系统。虽然当开关1处于“接通”状态时，由于开关装置20导体特有的低接通阻抗，通过所述开关装置的电势降可以忽略不计。但是，通过开关的主电流通常会较大，故可从流经所述开关装置的主电流籍藕合取出电能。

开关装置20大致由一闩锁电路30控制和驱动，而该闩锁电路30又由一开关控制装置40，如微处理器，所控制。在用户界面最好亦包括一个目视指示器以使用者可以得知电力开关1的瞬时开关或转换状态。由于运行所述开关装置20(例如操作所述控制电路系统(在本优选实施例中，该控制电路系统包括闩锁电路30)以接通或断开开关)，以及运作所述开关控制装置40和指示器，一般都需要电能，尤其是直流电源，所以总电源还包括共享的电压调整及稳定电路系统。稳压器50的电路系统同时连接到第一和第二电源电路60、70以保持一个恒定的直流电压水平使不受所述开关装置20的开关状态太大影响。

进一步而言，因为电路系统中不同的组件可能要求不同的电压水平，所以稳压器50电路系统可包括一些额外稳压器或稳压器的组合51-53，这些稳压器或稳压器的组合带有分压器以提供不同的直流电压水平。

为了控制电子或电动机械开关装置实际上的或物理上的转换，开关控制装置40在探测到开关信号后就向开关控制装置40的电路系统发出开关信号来触发或开动所述开关装置20的实质性的电接通或断开。

为了使开关可在一定距离外的地方能够被遥控接通或断开负载以增加使用者的方便，本开关1的开关控制装置也连接到一个遥控信号接收器42。遥控信号接收器42在探测到遥控器发送的开关信号后，便通知所述开关控制装置40向控制电路系统发出开关指令，从而改变或维持所述开关装置20的开关状态。

另一方面，为了提供可在开关所在位置现场的开关选择，开关控制装置40还提供轻触式按钮41给用者选择。该轻触式按钮可以安装在开关的壁板表面或其它合适位置。适合的轻触式开关可以包括例如是当其端触头被按下导电接触时会向所述开关控制装置40发送电信号的金属膜片或弹簧偏动开关装置。

当轻触式开关被启动时，开关控制装置40通常都会在探测到轻触按钮式41开关指令时便发出开关信号。为了避免错误的开关命令探测或解释，优先选择作为开关指令的信号最好能显示状态改变或转变或与状态改变或转变相一致，以使时间过长的、长期的或无间断地按下轻触按钮的动作不会被所述开关控制装置解释为重复的或连续的开关要求。这些开关指令的探测可以通过例如对所述轻触式按钮41作恒定的或有规律的监控来获得。这种监控优选由所述开关控制装置40籍探测轻触按纽开关状态的实际改变或转变或物理上的改变或转变以作决定。举一个例说，轻触式按钮在完成经过按下和放开的轻触动作时都会发出一个过渡性边缘开关信号，开关控制装置可根据这一过渡信号发出一个开关指令。

由于利用过渡信号的探测以决定开关与否，本设计可避免不想要的或重复性的连续开关触发，尤其可避免例如是小孩将手指连续地按在所述轻触式按钮上时，或当物件长时间压在轻触式按钮所引致的反复启动。

通常，当轻触式按钮被使用为开关触动的前置装置时，它并不实际上进行主电流转换而仅仅是一个向所述开关控制装置40传送开关信号的传感器或探测器。所述开关控制装置40(如微处理器)或所述微处理器单元在探测到开关信号后便向开关致动器或开关控制发送开关信号。

在某些情况下，当遥控器向微控制器传送真正的开关信号时，轻触式按钮也可能同时被持续按下。为了避免真正的开关信号被虚假的信号所遮蔽或掩盖，来自不同探测器或传感器的信号最好能被组合在一起，以使所述控制单元在探测到真正的开关信号时能引发开关状态的改变。为了适应不同的开关信号来源，可在所述开关控制装置的输入端口和所述开关信号源之间安装一个例如“或”闸的逻辑判断电路系统来引发开关。

参看图2至9，在这些图中将以混合电路和组件图显示本发明中电力开关的具体电路系统实施例。在本实施例中，所述第二电源包括一个桥式整流器72与一个包括高阻抗电容器73和电阻器74的并联的串联线路。此串联线路与所述开关端子11、12并联，当所述开关1与所述负载2和交流电源串联时，所述电源的断开电路电压差会在开关端子11、12两端出现。由于第二电源有较高的输入阻抗，一般可以接受水平的漏泄电流会流入所述高阻抗线路，通过所述整流电路72并被输送到所述稳压器50。

第一电源60包括一个带有初级线圈61、62和次级线圈63、64的变流器。初级线圈61、62与所述开关装置20串联。在操作过程中，全部或大部分流过开关装置的电流也会流过所述初级线圈。由于变流器初级线圈固有的低阻抗，穿过初级线圈的电压降极小，其对负载带来的总体影响将可忽略不计。变流器的次级线圈63、64连接到桥式整流电路65的输入端。同样地，桥式整流电路的输出端连接到调压电路系统的输入端。

在第一分流电路11-20-12中的开关装置20包括一个电动机械继电器开关35。该继电器开关35包括一个电动磁力发生装置及一个导电触点式的开关组件。该导电触点式开关组件籍磁力耦合到或连接到一个配有螺线管的电动磁力发生装置的电路系统。该磁性耦合开关组件包括一个极化的或磁化的磁性组件，该磁性组件根据所述螺线管所产生的磁力方向(即磁吸力或磁弹力)使导电触电进入或脱离导电接触。本发明的螺线管可连接到一个如图7和图8所显示的继电器闩锁电路以产生相反极性的磁通量。本实施例采用一个如图2至4中虚框内所包括四个开关组件31-34的四端继电器闩锁电路以达至以上目的。

为了提供一种能够安装在狭小而封闭空间，例如标准的墙上电力开关安装孔的紧凑型电力开关，开关装置从“接通”到“断开”状态或从“断开”到“接通”状态的改变只应需要极小的开动电流就能进行。同时，在保持开关装置在其非转变运行状态亦应只需极小或不需电流，因为转换和保持所述开关状态所需的电流通常会决定变流器的大小和开关本身的总体尺寸，小的电流要求就意味着较小的变流器线圈，因此也意味着一个较小的物理体积及散热要求。

图9所示的优选电动机械开关35为一个实现了前述要求的例子。继电器开关35包括用导电材料制成的第一和第二开关接触端点21、22、机械起动杠杆23和带有螺线管25线圈的磁心24，该线圈绕在该磁心上。本发明优选设计得一个继电器35在转换及非转变运行状态中仅需极小或不需电流，也即是说，开关不管在“接通”还是“断开”状态所需的电流能够保持在很小。通过选择适当的磁心材料，磁心在磁化之后可以保持较高的剩余磁力，而小量通过螺线管的反向电流便可以用来将所述磁心消磁。其中，线圈，磁心及电流的设计及关系在于剩余磁力足以抵抗弹性触板23的回弹力。

参看图9，当第一极性电流通到所述螺线管25时，磁心24就会被磁化且在所述磁心24和起动杠杆23之间会产生磁吸引力。该磁吸引力会使起动杆23向下移并驱动所述弹性接触板21或所述触点开关组件向左移动并两个接触端点21，22连接，继电器开关35便从“断开”状态转换到“接通”。

当开关处于“接通”状态时，由于所述磁心24的设计已考虑到有足够大的剩余磁力以抵抗接触板的弹性回弹压力，故并不需要提供额外电流与螺线管以保持两端之间的闭合接触。因此，开关在“接通”状态不需要持续的电流供应就可以保持。当反向极性的电流接通螺线管，所述磁心的磁化度就会被减少至不足以保持两个接触端点之间维持电接触。结果，弹性接触板就会因其本身的弹性偏压力作用下偏转并与固定的接触板22分离，从而使继电器开关35从“接通”转换到“断开”状态。同样地，因为分离状态为所述接触板22的静止或平衡位置，螺线管不用电流也能够保持开关在“断开”状态。由于“接通”和“断开”的开关操作都仅需脉冲或短时的螺线管电流，所以要求的平均电流可以保持到最小。

参看附图并详细参看在虚框内显示的闩锁电路当开关组件31和32闭合时，第一极性的直流电流会从所述电压调整源51流向所述开关组件31和32并产生第一极性的磁力。另一方面，当开关组件33和34闭合时，相反极性的直流电流会从所述稳压器52流入所述开关组件34，并通过螺线管流入开关组件33，使磁心大致消磁。

在本例子中，所述闩锁开关组件31、32、33和34和螺线管的安排使当第一极性电流从所述开关组件31通过螺线管25流向开关组件32时，会产生足够大的磁力以吸引开关装置上的磁性组件，从而产生闭合电路的设置。当短暂的磁化电流消失之后，所述磁心尚有剩余的磁力。

再一方面，当电流从所述稳压器52流向所述开关组件34，然后穿过螺线管流入开关组件33到地面时，磁心便会被大致消磁。结果，由于使磁心24和起动杠杆23保持在一起的吸引力会被变小或会消失。这样的话，所述弹性偏压接触板21(或所述触点开关组件)会由于其本身的弹性偏压而与固定的接触板22断开接触或与之分离。图9中显示了一个作为例子的电路系统，该电路系统起着闩锁继电器的作用，而且该闩锁继电器适于与螺线管电路一起使用，有关的电路系统将会在以后的本说明书中加以详细解释。

本实施例采用一种优选继电器开关结构，该结构可通过将所述螺线管磁心磁化及消磁以使继电器分别被转换到“接通”或“断开”状态。当然，相反而言，继电器也可通过对所述螺线管的磁心磁化及消磁化的适当改变来分别达到“断开”和“接通”的转换。总体来说，本发明使用的继电器具有籍通过螺线管的反向电流所产生的相反极性的磁通量以引发“接通”或“断开”。再者，本继电器开关提供一个开关装置或结构的具体例子，这种装置或结构具有要求不同的能量以转换“接通”和“断开”状态的特点。在本实施例中，因为继电器的接触端点需克服弹性偏压才可连接一起，故需要较多能量，而电触端点的分开可借用弹性偏压的推动，故所需能量较少。因此，大体而言使继电器接通的能量要求高于使继电器断开的能量要求。

由于开关在“接通”状态期间所能蓄积的电能(其后可用于断开开关)的速度，会比开关在“断开”状态时蓄积的电能(用于接通开关)的速度慢得多，同时因为当开关“接通”时，开关端子21、22两端在接通状态下附加电压必须低，而且也为了保证开关的紧凑性而要求有紧凑的或体积小的变流器，所以在开关接通时的电能蓄积速度肯定慢。为了实际的便利及使主开关接通之后能够被随时断开，故在本应用中优选的继电器为非对称式开关结构。

另一方面，当开关“断开”时，所述第二电源处于在100-250V之间的相对较高的电压之下，因此电能蓄积速度就较快。通过采用上述类型的非对称开关结构，保证紧凑性和易感应的转换就成为可能。当然，对于不受体积影响或无感应时间限制的开关来说，也可采用其它开关结构。

图7和图8表示了一个可以用来为启动(即，闩锁和接通)本发明电力开关结构的极性提供转换或可逆电流的示范性电路，该启动是通过将磁心的磁化和消磁来实现的。参看图7，当连接到晶体管组件Q1、Q2和Q3的CPU埠端口处于高电压水平，且连接到晶体管组件Q4、Q5和Q6的CPU端口的电压被降低时，晶体管Q2和Q3将会通过螺线管25来进行导电，从而产生可以磁化所述磁心的第一方向的磁通量和磁力。另一方面，如图8所示，当连接到晶体管Q4、Q5和Q6的CPU端口的电压被升高时，晶体管Q4和Q6就会进行导电，从而提供了反向极性的电流以抵消(至少到某些程度)由流通于Q1，Q2及Q3的反向极性电流所产生的磁效果。该闩锁电路系统提供一种简单而有效的接通和断开开关装置的方法，它既可以IC卡制成也可使用独立的组件。

如前所述，为使继电器更加容易地使主开关装置20断开，该继电器在断开该开关时所需能量应小于接通开关时所需的能量。为了提供断开所需电源予这种非对称性开关，开关在有关的电源就提供了一个低电压水平的加偏电压，例如2.5V。

现在转向描述被包括用来向主开关装置20在处于“接通”状态时提供运行电能的第一电源60。该电源包括一个整流桥，该整流桥的两个输入端连接到一个变流器的次级线圈63，64。该变流器的初级线圈的端子与主开关装置20串连，故当主开关装置处于“接通”状态时，相同的电流会流经主开关装置20和变流器的初级线圈(61，62)。

整流桥的输出端连接到所述稳压器50电路系统的输入端，该电压调整电路系统可包括具有不同电压水平的稳压器，例如12伏特、5伏特和2.5伏特，以满足不同的电路要求。

在本优选实施例中的继电器闩锁电路，用于使所述主开关装置所用继电器的电触点连接的螺线管上两端的电压远远高于使所述开关装置断开的电压。如前所述，选择该非对称性闩锁开关结构是为了可用较少的能量使开关装置断开。优选这样做的原因是，一般来讲，为确保电压调整电路系统能取得连续电源供应，蓄电装置充电时仅可取得到少量涓流。为了保证螺线管在所述开关装置导通了很短时间便有足够的能量供应，在优选的开关装置仅需极少能量便可断开。

本实施例的电压调整电路系统连接到一个蓄电装置，该蓄电装置包括并联的电容器和电压限制装置，如图中所示的稳压二极管(Zener diodeZ1)。该稳压二极管将最大电压限制在例如18伏特以内以保护该稳压器。所述的大电容器串联有一个小电容器以抑制高频干扰。

所述第二电源电路包括在电源两端串联的整流桥和阻抗支路。该整流桥的输出端连接到相同的蓄电装置C1，R1和电压限制装置以及所述电压调整电路系统，从而向控制和开关电路系统提供直流电能。

现在更详细说明电力开关转换的操作。参看图3，主开关装置20处于“断开”状态且要将其接通。当主开关装置20处于“断开”状态时，基本上相当于电源电压的大电压差会在所述第二电源的输入端出现。在开关装置20两端的交流电源电压会经过整流被转换成直流电源来供给所述稳压器，而这个稳压器会反过来满足开关控制装置、所述控制电路系统和开关装置20的电能要求。为了使开关装置20接通，遥控器或经连接到所述开关控制装置的“轻触式”按钮可传送开关信号给所述接收器。在探测到开关信号后，例如，通过探测到过渡或边缘式开关信号时，所述开关控制装置会引发所述闩锁开关组件31和32的导通。此时，直流电会从稳压器50通过螺线管25流入闩锁电路31，32。由此穿过螺线管的直流电流产生的磁力导致主开关装置20被接通。

现在来看图5，图示的开关装置已处于“接通”状态并将要被“断开”。在此瞬间，由于开关装置在其“接通”状态时一般是一个低阻抗装置，穿过所述第二电源的电压差会非常低，故从第二电源电路可取的电能将很微小。

另一方面，当开关装置20处于“接通”状态时，大的电流通常会流过开关装置和所述变流器的初级线圈。因为第一电源电路的整流桥连接到变流器的次级线圈，电能可从在初级线圈流动的电流耦合到整流桥然后到电能限制和蓄积电路系统。

参看图1，当开关控制装置从遥控探测到开关信号时，开关控制装置会发出开关信号来导通开关闩锁组件33和34，并构成了一个包括稳压器52、开关组件34、螺线管25和开关组件33的电流回路。因为流过开关组件33，34的直流电流与流过闩锁开关组件31和32的电流的极性相反，磁心会被消磁，这样会导致开关装置20从“接通”位置弹离。主开关装置一旦断开，电力开关就变得不导电，第二电源电流就会重新进行支配性的运作并向电能蓄积和电源限制单元供电。

除了遥控开关之外，在开关现场还可配有现场开关传感器按钮，它也连接到所述开关控制装置。这个现场开关传感按钮，例如，是一按下就会向开关控制装置发送信号的导电膜片或弹性偏压开关。在探测到这样的信号之后，开关控制装置就会向闩锁继电器电路发送控制信号以便为接通或断开开关装置建立相关的电流通路。

在通过参考上述优选实施例对本发明作来说明之后，就会理解到本发明的电路系统或电路组件可采用等同功能及不同参数值的组件实施而并不背离本发明的精神和宗旨。此处所描述的具体电路实施例仅仅是用来提供帮助理解本发明的范围和本质的例子，而并非用来作为任可限制。例如，实施例中有两个分别用作第一和第二电源电路的整流桥在本发明优选实施例中，然而本领域的技术人员就会很容易地可理解为也可采用配有适当电感应能与电源耦合的单独整流桥。进一步来讲，实施例中虽然对特定设计的继电器作了说明，但应当理解到其它类似的或相当的继电器在并不丧失一般性的前提下也可使用。再进一步来说，在通过参考具体的闩锁继电器和其它电路系统对本闩锁继电器电路作了说明之后，就会理解到在并不丧失一般性的前提下也可采用其它实现闩锁继电器的方法或其它电路。总之，本发明公开了一种带有线路动力控制和开关电路系统的有广泛用途的电力开关。虽然，本发明的开关装置设计主要涉及用于单线开关布线系统，但当然亦可用于其它布线系统。

Claims (15)

1、一种电力开关，包括第一端子、第二端子、连接所述第一和第二端子的开关装置、用来操作和控制所述开关装置的开关控制装置和为所述开关控制装置供电的、连接到所述第一和第二端子的电源电路系统，所述电源电路系统包括变压装置和变流装置，所述变压装置大体上与包含所述开关装置的分流电路并联，所述变流装置包括与所述开关装置串联的、位于所述第一和第二端子之间的低阻抗输入电路，所述开关装置包括电动磁力发生装置及受所述电动磁力发生装置操作的触点开关组件，所述触点开关组件能够在电路闭合位置，即“接通”位置和电路断开位置，即“关闭”位置之间移动，所述触点开关组件可保持在所述的电路的闭合位置或保持在所述电路的断开位置，其特征在于，该磁力发生装置在没有即时电流通过的情况中的磁力能够维持所述触点开关组件在所述的闭合位置。

2、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，用来从所述“关闭”位置将所述触点开关组件转换到所述“接通”位置的所述合闸电流有方向或极性，该方向或极性与将所述触点开关组件从所述“接通”位置转换到所述“关闭”位置的合闸电流的方向或极性相反。

3、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述电动磁力发生装置包括一个螺线管，所述触点开关组件可保持在所述的电路的闭合位置，直到通过所述螺线管输送合闸电流来将所述触点开关组件从所述电路闭合位置，即“接通”位置转换到所述电路断开位置，即“关闭”位置或从所述电路断开位置转换到所述电路闭合位置。

4、根据权利要求3所述的开关，其特征在于，在已经通过所述螺线管输送了第一方向或极性的合闸电流来磁化磁心之后，所述触点开关组件被所述磁心保持在“接通”位置。

5、根据权利要求4所述的开关，其特征在于，在通过所述螺线管输送方向或极性与所述第一方向或极性相反的合闸电流之后，所述触点开关组件从所述“接通”位置移到所述“关闭”位置，该合闸电流的发送方向是将所述最初磁化的磁心消磁的方向。

6、根据权利要求3所述的开关，其特征在于，所述螺线管通过闩锁电路系统连接到所述开关控制装置，所述闩锁电路系统包括用来将所述开关装置转换到“接通”位置的、连接到第一电压源的第一开关分流电路和连接到第二电压源的、用来关闭所述开关装置的第二开关分流电路，所述第一电压源的电压高于所述第二电压源的电压。

7、根据权利要求6所述的开关，其特征在于，所述闩锁电路系统的第一开关分流电路包括连接到所述螺线管两端的带有普通集电极接头的晶体管和带有普通发射极接头的晶体管。

8、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，将所述触点开关组件从所述“接通”位置转换到所述“关闭”位置所需能量小于将所述触点开关组件从所述“关闭”位置转换到所述“接通”位置所需的能量。

9、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述触点开关组件在从所述“关闭”位置到所述“接通”位置的转换时是倚靠弹性推动力，而所述触点开关组件在从所述“接通”位置到所述“关闭”位置的转换时是借助弹性推动力。

10、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述开关控制装置通过所述螺线管输送方向和极性相反的电流来接通所述开关装置。

11、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述开关控制装置连接到一个信号接收器来接收遥控信号，所述信号接收器由从所述电源电路系统得到的电能来运行。

12、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述开关控制装置连接到一个现场控制和遥控接收器，所述开关控制装置在探测到来自所述现场控制或遥控接收器中的任何一个的开关命令信号后发出信号来操作所述开关装置。

13、根据权利要求12所述的开关，其特征在于，所述开关命令信号包括在预定的时间段内具有强度变化的信号。

14、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，所述开关控制装置连接到至少第一和第二开关信号传感器，所述第一和第二开关信号传感器已经连接在一起，所述开关控制装置在探测到来自所述任何传感器的开关命令信号后，发出开关信号来操作所述开关装置。

15、根据权利要求1所述的开关，其特征在于，通过将一个磁心磁化来将所述触点开关组件带入“接通”位置，在磁化电流消失之后，该磁心用剩余在该磁心的磁力将所述触点开关组件保持在其“接通”位置。

Images