CN101018054A - 电容接触式开关 - Google Patents

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Abstract

应用在例如家用电器的控制设备中的电容接触式开关(10)，包括作为电容传感元件一部分的传感区(12)，在被触碰时其电容(Cs)会发生变化；测量电极(20)，其耦合到传感区(12)，被设置在印制电路板(18)上，并处于第一电位；以及附加电极(24)，其被设置在印制电路板(18)上靠近测量电极(20)的位置，与所述测量电极(20)电绝缘，并处于不同于第一电位的第二电位。所述附加电极(24)为所述测量电极提供屏蔽，使得相关的传感电路的输出信号对干扰不太敏感。

Description

电容接触式开关
技术领域
本发明涉及一种如权利要求1的前序部分所述的电容接触式开关，尤其是涉及可在家用电器的控制装置中使用的电容接触式开关。
背景技术
在许多电器设备中，特别是在诸如炊具、架子、微波炉、洗碗机、洗衣机、滚筒式甩干机及类似设备的家用设备中，经常会用到触碰式开关，这种触碰式开关仅仅通过用户的触碰就可以启动所述设备的特定切换操作。在电容接触式开关的情况下，它具有一个作为电容传感元件的一部分的传感区，和用户一起形成了一个电容，该电容根据接触式开关的启动、即接触式开关是否被触碰而变化。所述传感区通常通过设置在印制电路板上的测量电极耦合到一个电路装置，所述电路装置向评估电路馈送一个相应的输出信号，通过该输出信号所述评估电路能够判断出所述电容接触式开关是否被启动。
在这里，本申请人尚未公开的申请DE 102005001777.0(德国专利法第3章第2段意义上的现有技术)描述了一种电容接触式开关的特定电路装置，其具有相对简单的结构，同时具有可靠的输出信号。本领域技术人员也可以由实践经验和许多文献中了解到其他常规电容接触式开关。
发明内容
本发明基于开发一种电容接触式开关的目的，其使得相关的电路装置能够产生对干扰不太敏感的输出信号。
这一目标通过具有权利要求1所述特征的电容接触式开关来实现。从属权利要求涉及本发明的具有优点的配置和改进。
所述电容接触式开关包括作为电容传感元件一部分的传感区，该电容传感元件的电容在被触碰时发生变化；设置在印制电路板上的测量电极，该测量电极耦合到所述传感区，并处于第一电位；此外还包括类似地也位于所述印制电路板上的附加电极，该附加电极被设置在测量电极附近，与测量电极电绝缘，并处于不同于第一电位的第二电位。
在印制电路板上设置在测量电极附近的附加电极与所述测量电极电绝缘，并处于不同于测量电极所在的第一电位的第二电位，这种设置为测量电极提供了屏蔽，这种屏蔽进而使得相关的传感器电路生成对干扰不太敏感的输出信号。
在本发明的一种配置中，所述测量电极和附加电极设置在印制电路板的同一侧，附加电极例如以带状和/或面状(areal)的形式围绕着测量电极。
在本发明的另一种配置中，所述测量电极设置在两侧均施加涂层的印制电路板的一侧，而附加电极设置在该印制电路板的基本与所述测量电极相对的另一侧。在这种情况下，附加电极的大小与测量电极一致，或者比测量电极所占的面积要大。此外，在这种情况下，所述附加电极也可被设置在印制电路板上与测量电极相同的一侧，并以带状和/或面状的形式围绕所述测量电极。
在本发明的一个优选配置中，附加电极的外形与测量电极的外形一致，也就是说，这两个电极都具有例如圆形或长方形的形状。
优选地，所述第二电位，即附加电极所处的电位，是与地电位不同的电位。
在本发明的一种配置中，测量电极通过一个例如为金属弹簧的弹性压缩元件电连接到所述传感区。
本发明的另一种配置中，所述传感区被设置在一个电绝缘的、至少部分透光的控制面板的后面，所述控制面板例如为架子上的玻璃陶瓷板。
本发明还包括用于上述类型的电容接触式开关的电路装置，该电路装置包括具有接触式开关的传感电路，还包括评估电路，所述传感电路的输出信号被馈送到所述评估电路，用于判断所述接触式开关是否被启动。在这种情况下，所述传感电路具有用于提供工作电压的第一电压源及第一pnp晶体管，所述第一pnp晶体管的基极通过第一电阻连接到测量电极，并通过第二电阻连接到工作电压，其发射极通过第三电阻连接到工作电压，所述传感电路还包括用于提供脉冲电压的第二电压源，所述脉冲电压被施加到第一pnp晶体管的集电极，所述传感电路还包括第二pnp晶体管，该第二pnp晶体管的基极与所述第一pnp晶体管的发射极相连，其集电极连接到参考电位(例如地电位)，而其发射极通过由第四电阻和一电容构成的并联电路连接到所述工作电压。上面所述的接触式开关的附加电极连接到第一pnp晶体管的发射极，因此处于脉冲电压的电位。来自传感电路的输出信号从第二pnp晶体管的发射极处被分接出来。
这种电路装置基于在上文已经引述并将在稍后公开的本申请人的专利申请DE 102005001777.0所提出的电路，在这种情况下，根据本发明的电容接触式开关可以以特别有利的方式被应用。与DE102005001777.0中描述的电路装置相类似，对于本发明的电容接触式开关的各种情况，该电路装置也可包括多个这样的传感电路。
本发明的主题能够有利地应用于如炊具、架子、微波炉、洗碗机、洗衣机、滚筒式甩干衣机及类似设备等家用电器的控制设备中。
附图说明
由参考附图对优选的非限制性示范实施例的描述可以更好地理解本发明的上述及其他特征和优点，其中：
图1示出了根据本发明的电容接触式开关的基本结构的示意性截面图；
图2示出了根据第一示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图3示出了根据第二示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图4示出了根据第三示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图5示出了根据第四示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图6示出了根据第五示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图7示出了根据第六示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；
图8示出了根据第七示范性实施例的电容接触式开关的平面示意图；以及
图9示出了根据本发明的电容接触式开关的电路装置。
具体实施方式
首先，将参考图1说明本发明的电容接触式开关的基本结构。随后，参考图2到图8说明所述电容接触式开关的各种优选实施例。
所述电容接触式开关10包括传感区12，所述传感区作为电容传感元件的一部分，与用户或他/她的手指14一起，通过控制面板16形成介电材料，如架子上的玻璃陶瓷面板或类似物，从而形成一个电容Cs。所述传感元件的电容Cs根据电容接触式开关10的启动状态、即电容接触式开关10是否被触碰而变化。所述控制面板16是以常规方式形成的，使得它电绝缘并且至少部分透光，因而例如可从背后照亮传感区12所在的区域。
印制电路板18被设置在控制面板16后面一定距离处。在所述印制电路板18上，测量电极20被设置在朝向传感区12的一侧。测量电极20通过例如为金属弹簧的弹性压缩元件22电连接到所述传感区，由此一方面使得传感区22被按压得与控制面板16紧密接触，另一方面使得传感区12和测量电极20处于同一电位(本发明所述的第一电位)。
测量电极20还连接到一个传感电路，该传感电路将在后面描述，并且该传感电路也类似地设置在印制电路板上。所述传感电路根据电容传感元件的电容值生成一个输出信号Out，相应的评估电路由这个输出信号可以判断出电容接触式开关10是否被启动。
至此，所述的电容接触式开关10与常规接触式开关一致。如图1所示，所述接触式开关10还包括一个附加电极24，这个附加电极类似地装配在印制电路板18上靠近测量电极20的位置。所述附加电极24与测量电极20是电绝缘的，并与测量电极20处于不同的电位(本发明所述的第二电位)。附加电极24为印制电路板18上的测量电极20提供了屏蔽，这种屏蔽进而使得传感电路产生一个受到干扰较小的输出信号Out，因此使得评估电路中具有更好的评估能力。
与测量电极20不同的是，由于附加电极24与控制面板16之间的距离足够大，并且未连接到相应的传感区域，因此附加电极24不会形成一个电容传感元件。可选地，可以附带地在电容传感元件的传感区域12和附加电极24之间设置一个由电绝缘材料制成的元件。
对于测量电极20和附加电极24的设置提供了不同实施例。在单面涂层的印制电路板18的情况下，附加电极24和测量电极20设置在印制电路板18的同一侧，最好是设置在朝向传感区12的一侧。附加电极24可例如以带状(参见图2和3)或面状(参见图4和5)的形式围绕测量电极20。在这种情况下，附加电极24的外形基本上与测量电极20的外形一致，例如都具有圆形、正方形或长方形的外形。
在双面涂层的印制电路板18的情况下，测量电极20例如设置在印制电路板18的一侧，最好是设置在朝向传感区12的一侧，而附加电极24设置在印制电路板8的与测量电极20相对的另一侧。在这种情况下，附加电极24的大小可以与测量电极20(参见图6)或者比测量电极20所占的面积大一些(参见图7)。
如图8所示，还可以在印制电路板18上与测量电极20相同的一侧附带地提供附加电极24。然后，例如类似于图2至5所示示范性实施例中的任一个实施例形成在印制电路板18同一侧上的附加电极24部分，同时印制电路板18的另一侧上的附加电极24部分最好形成比测量电极20更大的面积。在图8所示的这个示范性实施例中，很明显可以得到对测量电极20最大的屏蔽效果。
并且，在图6到图8所示的示范性实施例中，在任何情况下附加电极24的外形均基本上与测量电极20一致。
尽管未在图中明确示出，但是也可以想象，根据上述观点，可以围绕着测量电极20将所述附加电极24设置在印制电路板18的超过两个的平面上。
通过一种简单的方式，所述附加电极24改善了与测量电极20相连的传感电路的输出信号Out。同时，附加电极24的结构不受电容传感元件具体结构的影响，也就是说，例如可以在远端控制面板16上使用桥接或耦合元件。尽管上面已经基于具有与传感区12空间上分离的测量电极20的电容接触式开关10对本发明进行了描述，也可以在本发明中直接将传感区12本身用作测量电极，换句话说，直接将印制电路板18放置在控制面板16的后面。
正如已经描述的，根据上述实施例之一的电容接触式开关10连接到用于检测接触式开关10的启动、并启动相应切换操作的电路装置。现在将参考图9详细说明这种电路装置的一个优选示范性实施例。在这种情况下，图9所示的电路装置与德国专利申请102005001777.0中所描述的电路装置基本一致。
如图9中的连接①所示，具有电容Cs的电容传感元件或者与其相耦合的测量电极20通过第一电阻R1连接到第一pnp晶体管T1的基极。此外，第一pnp晶体管T1的基极进一步通过第二电阻R2连接到工作电压VDD，所述工作电压VDD由第一电压源提供。所述第一pnp晶体管T1的发射极类似地通过第三电阻RT1连接到工作电压VDD。
第一pnp晶体管T1的集电极连接到由第二电压电源提供的脉冲电压VP，其例如是微控制器的输出管脚的形式。此外，第一pnp晶体管T1的发射极进一步连接到第二pnp晶体管T2的基极。所述第二pnp晶体管T2的集电极连接到所述电路装置的参考电压，而所述第二pnp晶体管T2的发射极通过由第四电阻RT2和电容CT2构成的并联电路连接到工作电压VDD。
所有电路段的参考电压、工作电压VDD的参考电位以及脉冲电压VP的参考电位最好连接到地电位VE。
如图9中的连接②所示，附加电极24连接到第一pnp晶体管T1的集电极。因此，附加电极24处于脉冲电压VP的电位，也就是说，尤其是处于与测量电极20不同的电位上。在这种情况下显然具有优点的是：不是将附加电极连接到地电位VE，而是连接到脉冲电压VP。
所述传感电路的输出信号Out从第二pnp晶体管T2的发射极被分接出来，并被馈送到评估电路中，也就是说，例如馈送到微控制器的ADC输入端。
基于图9所示的这种电容接触式开关10的电路装置，可以简单地构造出具有多个传感电路的电路装置，其中在任何情况下所述多个传感电路被分配给所述多个电容接触式开关中的一个。
由于图9所示的上述电路装置的结构和功能，以及具有多个传感电路的上述电路装置的结构，已在本申请人的德国专利申请102005001777.0中详细阐述，因此在这里不再做更详细的描述。关于这方面的信息请参考DE 102005001777.0的整个内容。
具有上述结构的电容接触式开关可方便地应用于例如炊具、架子、微波炉、洗碗机、洗衣机、滚筒式甩干机及类似设备的家用电器的控制设备中。

Claims (14)

1.一种电容接触式开关(10)，包括：
作为电容传感元件一部分的传感区(12)，当被触碰时其电容(Cs)会发生变化；以及
耦合到传感区(12)的测量电极(20)，被设置在印制电路板(18)上，并处于第一电位，
其特征在于，
所述接触式开关(10)还包括附加电极(24)，该附加电极类似地设置在印制电路板(18)上靠近测量电极(20)的位置，与测量电极(20)电绝缘，并且处于不同于第一电位的第二电位。
2.根据权利要求1所述的接触式开关，其特征在于，所述测量电极(20)及所述附加电极(24)被设置在印制电路板(18)的同一侧。
3.根据权利要求2所述的接触式开关，其特征在于，所述附加电极(24)以带状和/或面状的方式围绕所述测量电极(20)。
4.根据权利要求1所述的接触式开关，其特征在于，所述测量电极(20)设置在印制电路板(18)的一侧，而所述附加电极(24)设置在印制电路板(18)的与所述测量电极(20)相对的另一侧。
5.根据权利要求4所述的接触式开关，其特征在于，所述附加电极(24)的大小与所述测量电极(20)一致，或者比所述测量电极(20)所占的面积更大。
6.根据权利要求4或5所述的接触式开关，其特征在于，所述附加电极(24)被附带地设置在印制电路板(18)上与所述测量电极(20)相同的一侧，并且以带状或面状的方式围绕所述测量电极(20)。
7.根据前述权利要求任一项所述的接触式开关，其特征在于，所述附加电极(24)的外形与所述测量电极(20)的外形一致。
8.根据前述权利要求任一项所述的接触式开关，其特征在于，附加电极(24)所处的第二电位是不同于地电位的电位。
9.根据前述权利要求任一项所述的接触式开关，其特征在于，所述测量电极(20)通过一弹性压缩元件(22)电连接到所述传感区(12)。
10.根据前述权利要求任一项所述的接触式开关，其特征在于，所述传感区(12)设置在一电绝缘的、且至少部分透光的控制面板(16)的后面。
11.用于如权利要求1至10之一所述电容接触式开关的电路装置，包括具有接触开关(10)的传感电路，还包括评估电路，所述传感电路的输出信号(Out)被馈送到所述评估电路，用于判断接触式开关是否被启动，其中
所述传感电路具有：
第一电压电源，用于提供工作电压(VDD)，
第一pnp晶体管(T1)，其基极通过第一电阻(R1)连接到测量电极(20)，并通过第二电阻(R2)连接到工作电压(VDD)，其发射极通过第三电阻(RT1)连接到工作电压(VDD)，
第二电压电源，用于提供脉冲电压(VP)，所述脉冲电压被施加到所述第一pnp晶体管的集电极，以及
第二pnp晶体管(T2)，其基极连接到第一pnp晶体管(T1)的发射极，其集电极连接到参考电位(VE)，并且其发射极通过由第四电阻(RT2)和一电容(CT2)构成的并联电路连接到工作电压(VDD)；
所述附加电极(24)连接到所述第一pnp晶体管(T1)的集电极；以及
所述传感电路的输出信号(Out)从所述第二pnp晶体管(T2)的发射极被分接出来。
12.根据权利要求11所述的电路装置，其特征在于，所述电路装置包括多个如权利要求11所述的传感电路，在任何情况下，用于如权利要求1至10之一所述的电容接触式开关(10)。
13.用于家用电器的控制设备，包括如权利要求1至10之一所述的至少一个电容接触式开关(10)。
14.用于家用电器的控制设备，包括如权利要求1至10之一所述的至少一个电容接触式开关(10)，以及如权利要求11或12所述的电路装置。
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