CN101895216A - 宽电压开关状态转换电路 - Google Patents

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Abstract

一种宽电压开关状态转换电路，在宽电源交流电压输入经开关S及其后面的降压电容C1和分压电阻R1后，与D1～D4构成的桥式整流电路连接，整流电路输出经滤波电阻R2、电容C2滤波后，与电压箝位电路连接，箝住电路输出，经一稳压二极管与光电耦合电路连接，光电耦合电路的负载输出为低电平数字信号0/1。本发明的优点是能有效而不受干扰地将在宽电源电压范围的电源开关的通/断两种状态转换成直流低电压0/1数字控制信号；同时实现了交流电源输入端与低压直流输出电路的电隔离。

Description

宽电压开关状态转换电路
技术领域
本发明涉及一种控制信号转换电路，特别涉及一种宽电压开关状态转换电路。
背景技术
利用电网交流电压供电的电气设备或器具，最为基本的控制是利用一只电源开关直接控制电源的通或断。
电气设备或器具适应的电源电压通常有所谓“单电压”和“宽电压”之分。所谓单电压是指电气设备或器具只能适应在供电系统规定范围(如±10％)内波动的某个固定的电网电压，如中国为220V，日本为100V，欧洲为240V，美国为120V或277V等等。适应单电压的电气设备或器具，在规定电网电压正常波动范围以外的条件下使用时，不但性能难以保证，有的还会造成损坏的不良后果。
用作切换电源通断的开关，除了使用最为普遍的手动机械式开关，还有以半导体器件(如可控硅)或电磁器件(如继电器触点)构成的自动控制开关，例如用于感应人体移动的光电开关。这些开关所起的作用仅是在电源开关接通时使电气设备或器具工作，而在电源断开时停止工作。
当要求这种开关的动作使电气设备或器具不是在“工作”和“不工作”之间切换，而是在“正常”和“降额”两种状态之间切换时，就要将开关的通/断两种状态进行转换，转换为电气设备或器具的工作状态控制电路能够识别的信号，最为通用的是低压直流数字信号0/1。一般还要求低压直流电路与交流电源供电电路之间有良好的电气绝缘。
一个典型的实例是，一种由可控硅或继电器构成的感应人体移动的光电开关，在可调定的背景光条件和可调定的感光区域范围内出现移动物体时，开关接通照明设备，经过可调定的一段时间之后，开关断开，关闭照明设备。现在要做的是在上述光电开关处于“断开”状态时，不是完全关闭照明设备，而是使之降低亮度。为此，首先要将电源开关的通/断两种状态进行转换，使成为照明设备的亮度控制电路能够识别的、与交流电源电气绝缘的低压直流数字信号0/1。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是要提供一种将交流宽电源电压供电的电源开关的通/断两种状态转换成与交流电源输入端电位隔离的直流低电压0/1数字控制信号的宽电压开关状态转换电路。
为了解决以上的技术问题，本发明提供了一种宽电压开关状态转换电路，在宽电源交流电压输入经开关S及其后面的降压电容C1和分压电阻R1后，与D1～D4构成的桥式整流电路连接，整流电路输出经滤波电阻R2、电容C2滤波后，与电压箝位电路连接，箝住电路输出，经一稳压二极管与光电耦合电路连接，光电耦合电路的负载输出为低电平数字信号0/1。
所述箝位电路由二个共集电极共基极-发射极串接、发射极输出的二极管构成，其中共极的集电极与整流滤波输出电压连接，并通过一分压电阻R3与一个三极管基极连接，该三极管基极通过一稳压管ZD1接地。
所述分压电阻R1选择其阻值在输出宽电源电压低端时，使整流输出的电压值，不能使箝位电路中的稳压二极管ZD1击穿。
所述宽电压开关状态转换电路对电源中线N和经电源通/断切换开关S的电源相线L送来的电源电压经降压电容C1降压，在分压电阻R1上分得的交流电压通过桥式整流器D1～D4整流，滤波电阻R2和滤波电容C2滤波，获得一个代表电源开关闭合的直流电压Ua。在由稳压二极管ZD1，晶体管Q1，Q2，偏置电阻R3和旁路电阻R4组成的电压箝位电路中，无论在电源电压低端还是高端合上电源开关S，电压箝位电路都输出一个相对恒定、并能使稳压二极管ZD2击穿的箝位电压Ub。通过起电气绝缘和信号传递作用的光电耦合器U，经输出电阻R5输出低压直流数字信号0/1。
当电源开关S合上时，所述降压电容C1上承担了大部分电源电压。选取所述分压电阻R1的阻值远小于所述降压电容C1的容抗，当电源电压在一个很宽的范围内变化，例如从AC 100V变动到AC 277V时，在所述分压电阻R1上分得的电压经所述桥式整流器D1～D4整流和所述滤波电阻R2，滤波电容C2滤波后在A点获得的整流电压Ua降低到仅有几伏特的变化。
为了进一步减小整流电压Ua在宽电压范围的低端和高端时的变化，由稳压二极管ZD1，晶体管Q1，Q2，旁路电阻R4组成电压箝位电路。设置在宽电源电压范围的低端时的整流电压Ua1略低于所述稳压二极管ZD1的击穿(稳压)电压VZ1在整流电压从Ua1升高到宽电源电压范围高端时整流电压Uah之前，只要到达所述稳压二极管ZD1的击穿(稳压)电压VZ1所述稳压二极管ZD1便击穿，将所述晶体管Q1的基极电位稳定在所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1上。
当电源开关S在宽电源电压的低端电压如AC 100V合上时，由于整流电压Ua1低于所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1所述稳压二极管ZD1不工作。整流电压Ua1使所述晶体管Q1和Q2的导通。在电压箝位电路的输出点B获得的电压Ub1等于Ua1减去所述晶体管Q1和Q2的约为0.3V的饱和导通电压。
在宽电源电压的高于低端电压的某个电压上，当整流电压Uah到达高于所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1时，所述稳压二极管ZD1击穿，电压箝位电路的输出点B的电压Ubh便被嵌位在所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1减去所述晶体管Q1，Q2的基极-发射极电压(约1.2V)的电位上。所述晶体管Q1和Q2连接成达林顿管，是为了可以比单个晶体管将基极-发射极电压增大一倍，使得电源电压在一个较宽的范围内变动时，通过电压箝位电路，使得电压Ub只有零点几伏的微小变动。
设置电压箝位电路的输出电压Ub和所述稳压二极管ZD2的击穿电压VZ2使在电源开关S闭合时，识别电路输出电压Ub高于所述稳压二极管ZD2的击穿电压VZ2与所述光电耦合器U光发射管的正向电压之和。电源开关S无论在宽电压范围的低端还是高端闭合时，所述光电耦合器U的光发射器中都有电流流通，所述光电耦合器U的光接收器件经所述输出电阻R5输出数字低电平“0”。
当电源开关S断开时，整流电压Ua接近于零，所述稳压二极管ZD1，ZD2，和所述晶体管Q1，Q2均不工作，整流电压Ua和电压箝位电路输出电压Ub也都接近于零，没有电流流经所述光电耦合器U的光发射器，所述光电耦合器U的光接收器件经所述输出电阻R5输出数字高电平“1”。这种电路结构能排除来自输入端产生的低于所述稳压二极管ZD1，ZD2击穿电压的干扰，避免输出端产生误动作。
本发明的优越功效在于：本发明能有效而不受干扰地将在宽电源电压范围的电源开关的通/断两种状态转换成直流低电压0/1数字控制信号；同时实现了交流电源输入端与低压直流输出电路的电隔离。
附图说明
图1为本发明宽电压开关状态转换电路图；
图中标号说明
L-交流电源相线；          ZD1、ZD2-稳压二极管；
N-交流电源中线；          DC-直流0/1数字输出；
S-电源开关；              +Vcc-低压直流电源电压；
1-输入分压器电路；        R1-分压电阻；
2-整流滤波电路；          R2-滤波电阻；
3-电压箝位电路；          R3-偏置电阻；
4-隔离输出电路；          R4-旁路电阻；
C1-降压电容；             R5-输出电阻；
C2-滤波电容；             U-光电耦合器；
D1～D4-桥式整流器二极管； Q1、Q2-晶体管。
具体实施方式
以下参阅附图所示，对本发明作进一步的描述。
本发明提供了一种宽电压开关状态转换电路，在宽电源交流电压输入经开关S及其后面的降压电容C1和分压电阻R1后，与D1～D4构成的桥式整流电路连接，整流电路输出经滤波电阻R2、电容C2滤波后，与电压箝位电路连接，箝住电路输出，经一稳压二极管与光电耦合电路连接，光电耦合电路的负载输出为低电平数字信号0/1。
所述箝位电路由二个共集电极共基极-发射极串接、发射极输出的二极管构成，其中共极的集电极与整流滤波输出电压连接，并通过一分压电阻R3与一个三极管基极连接，该三极管基极通过一稳压管ZD1接地。
所述分压电阻R1选择其阻值在输出宽电源电压低端时，使整流输出的电压值，不能使箝位电路中的稳压二极管ZD1击穿。
所述宽电压开关状态转换电路包括由降压电容C1和分压电阻R1组成的输入分压器电路1，由桥式整流器D1～D4，滤波电阻R2和滤波电容C2组成的整流滤波电路2，由稳压二极管ZD1，晶体管Q1，Q2，偏置电阻R3和旁路电阻R4组成的电压箝位电路3，由稳压二极管ZD2，光电耦合器U和输出电阻R5组成的电位隔离和信号输出电路4。
电源开关S的一端与电源相线L相连接，电源开关S的另一端与所述降压电容C1的一端连接。
在所述降压电容C1的另一端和电源中线N上，并联连接有所述桥式整流器Q1～Q4的两个二极管的正极与负极相接的输入端(～)和所述分压电阻R1，所述桥式整流器Q1～Q4对所述分压电阻R1上的电压整流。在所述桥式整流器D1～D4的两个二极管的负极相接的正输出端(+)和两个二极管的正极相接的负输出端(-)上并联连接所述滤波电阻R2和所述滤波电容C2，对整流电压进行滤波。
所述桥式整流器D1～D4的正输出端(+)，所述滤波电容C2的正极及所述滤波电阻R2的公共连接点A再与所述偏置电阻R3的一端以及所述晶体管Q1，Q2的集电极连接在一起。
所述桥式整流器D1～D4的负输出端(-)，所述滤波电阻R2的另一端，所述滤波电容C2的负端，所述稳压管ZD2的阳极，所述旁路电阻R4的一端，以及所述光电耦合器U的光发射器件的阴极，在低电位点G上连接在一起。
所述偏置电阻R3的一端，所述晶体管Q1的基极以及所述稳压二极管ZD2的阴极连接在一起。所述晶体管Q1，Q2以达林顿方式连接。所述晶体管Q2的发射极，所述旁路电阻R4的一端以及所述稳压管ZD1的阴极连接在一起，是电压箝位电路的输出点B。
所述稳压管ZD2的阳极与所述光电耦合器U的光发射器件的阳极相连，构成隔离输出电路的信号发送端电路。所述光电耦合器U的光接收器件从与所述输出电阻R5的连接点上输出DC直流0/1数字信号。
在电源开关S合上时，电源电压经所述降压电容C1降压，在所述分压电阻R1分得的电压经所述桥式整流器D1～D4整流，经所述滤波电阻R2和所述滤波电容C2滤波，在A点得到整流电压Ua。
当电源开关S在宽电源电压的低端电压合上时，整流电压Ua1低于所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1所述稳压二极管ZD1不工作，整流电压Ua1使所述晶体管Q1和Q2的导通，电压箝位电路的输出电压Ub1使包括所述稳压管ZD2和所述光电耦合器U的光发射器件的隔离输出电路的信号发送端电路中有电流流通，所述光电耦合器U的光接收器件饱和导通，从接在低压直流电源电压+Vcc上的所述输出电阻R5输出“0”数字信号。
当电源开关S在宽电源电压的高端电压合上时，整流电压Uah高于所述稳压二极管ZD1的击穿电压VZ1所述稳压二极管ZD1击穿，所述晶体管Q1，Q2的达林顿连接方式，使电压箝位电路的输出电压Ubh与Ub1非常接近，同样使包括所述稳压管ZD2和所述光电耦合器U的光发射器件的隔离输出电路的信号发送端电路中有电流流通，所述光电耦合器U的光接收器件从所述输出电阻R5输出“0”数字信号。
当电源开关S断开时，整流电压Ua接近于零，所述稳压二极管ZD1，ZD2，和所述晶体管Q1，Q2均不工作，电压箝位电路没有电压输出，所述光电耦合器U的光发射器件的隔离输出电路的信号发送端电路中没有电流流通，所述光电耦合器U的光接收器件从所述输出电阻R5输出“1”数字信号。
这种电路结构不但能适应很宽的电源电压的变化范围，还可以排除来自输入端产生的低于所述稳压二极管ZD1，ZD2击穿电压的干扰，避免输出端产生误动作。
这样，所述状态转换电路能有效而不受干扰地将在宽电源电压范围的电源开关的通/断两种状态转换成直流低电压0/1数字控制信号；同时，通过光电耦合器还使输出端与输入端实现了电隔离。

Claims (3)

1.一种宽电压开关状态转换电路，其特征在于：
在宽电源交流电压输入经开关S及其后面的降压电容C1和分压电阻R1后，与D1～D4构成的桥式整流电路连接，整流电路输出经滤波电阻R2、电容C2滤波后，与电压箝位电路连接，箝住电路输出，经一稳压二极管与光电耦合电路连接，光电耦合电路的负载输出为低电平数字信号0/1。
2.按权利要求1所述的宽电压开关状态转换电路，其特征在于：
所述箝位电路由二个共集电极共基极-发射极串接、发射极输出的二极管构成，其中共极的集电极与整流滤波输出电压连接，并通过一分压电阻R3与一个三极管基极连接，该三极管基极通过一稳压管ZD1接地。
3.按权利要求1所述的宽电压开关状态转换电路，其特征在于：
所述分压电阻R1选择其阻值在输出宽电源电压低端时，使整流输出的电压值，不能使箝位电路中的稳压二极管ZD1击穿。
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