CN105306028B - 开关设备 - Google Patents

Abstract

本发明的要解决的问题是提供一种实现了备用功率的减小的开关设备。在本发明的开关设备中，继电器(10)的接触件(101)插入并电气连接到将AC电源(200)连接到照明负载(300)的电路径中。继电器(11)的接触件(111)插入并电气连接到将AC电源(200)连接到风扇负载(400)的电路径中。第一驱动电路(20)被配置为从AC电源(200)接收用于驱动继电器(10、11)所需的电功率，并选择性地将每一个接触件(101、111)的接触状态切换到第一状态与第二状态中的任意一个。切换电路(30)被配置为改变使得电流流通的路径，以使得当接触状态为第一状态时，使得电流通过第一电流路径(RT1)从AC电源(200)流到第一驱动电路(20)，当接触状态为第二状态时，切断第一电流路径(RT1)并使得电流从AC电源(200)流到第二电流路径(RT2)，第二电流路径(RT2)的阻抗高于第一电流路径(RT1)的阻抗。

Description

开关设备

技术领域

本发明涉及开关设备，更具体而言，涉及用于在从AC电源向负载提供电力的状态与切断电力提供的状态之间进行转换的开关设备。

背景技术

传统上，提出了一种具有热射线传感器的自动开关，其包括用于检测从人体辐射的热射线的热射线传感器(例如参见JP 2005-183319 A，下文中称为“文献1”)。将具有热射线传感器的自动开关配置为基于热射线传感器的输出在风扇负载的开启状态与关闭状态之间进行切换。

在文献1中公开的具有热射线传感器的自动开关包括闭锁继电器和信号处理单元，闭锁继电器包括介于商用电源与风扇负载之间的接触件。当在接触件处于断开状态的同时热射线传感器检测到热射线，信号处理单元通过使得电流流到继电器的设置线圈并将接触件的状态从断开状态切换为接通状态来启动风扇负载。

将具有热射线传感器的自动开关配置为通过以整流器对来自商用电源的电压整流并在电源电路单元中稳定整流器的输出来向信号处理单元提供操作电压。齐纳二极管与电解电容器的并联电路经由二极管连接在整流器的输出端子之间。整流器的输出电压由齐纳二极管钳位为齐纳电压，并由电解电容器加以平滑。横跨电解电容器的电压向设置线圈或重置线圈提供励磁电流。

关于文献1中公开的具有热射线传感器的自动开关，即使在继电器处于断开状态时，如果整流器的输出电压变为高于齐纳电压，齐纳二极管会导通，电流经由齐纳二极管流动。此时，流过齐纳二极管的电流的量值与流过设置线圈或重置线圈的电流相同，因此存在即使风扇负载不运行也浪费电力的问题。

发明内容

鉴于上述问题做出了本发明，本发明的目的在于提供一种能够实现备用功率的减小的开关设备。

本发明的开关设备包括：插入并电气连接到将AC电源连接到负载的电路径中的至少一个开关元件；驱动电路，所述驱动电路被配置为从AC电源接收驱动所述至少一个开关元件所需的电功率，并选择性地将所述至少一个开关元件的接触状态切换到第一状态与第二状态中的任意一个；以及切换电路，所述切换电路被配置为改变使得电流通过其流动的路径，以使得当接触状态为第一状态时，使得电流通过第一电流路径从AC电源流至所述驱动电路，并且当接触状态为第二状态时，切断第一电流路径并使得电流从AC电源流至第二电流路径，所述第二电流路径的阻抗高于所述第一电流路径的阻抗。

根据本发明，提供了能够实现备用功率的减小的开关设备。

附图说明

现在将更详细地说明本发明的优选实施例。参考以下的详细说明和附图，将更好地理解本发明的其他特征和优点，在附图中：

图1是根据实施例的开关设备的电路图。

具体实施方式

在下文中，参考附图来说明本实施例的开关设备。下述的结构仅仅是本发明的一个示例。本发明不局限于以下的实施例，可以在不脱离本发明的技术构思的范围内根据设计等进行不同的变型。

图1是根据本实施例的开关设备1的电路图。

本实施例的开关设备1包括继电器10和11(开关元件)、第一驱动电路20(驱动电路)和切换电路30。除了上述的结构，本实施例的开关设备1还包括双向晶闸管12、信号处理单元40、第二驱动电路50、电涌吸收器电路60、人体传感器70和电源电路80。

开关设备1包括连接到诸如商用AC电源之类的AC电源200的两个输入端子90和92，连接到照明负载300的两个负载端子93和94，以及连接到风扇负载400的两个负载端子95和96。输入端子92经由开关设备1的内部线路电气连接到负载端子93和95。照明负载300是LED发光设备，LED发光设备例如包括作为光源的发光二极管(LED)。

作为开关元件的电磁继电器10的接触件101连接在输入端子91与负载端子94之间。限流电阻器R1连接在负载端子93与负载端子94之间。在AC电源200连接在输入端子91和92之间，且照明负载300连接在负载端子93和94之间的状态中，AC电源200经由电阻器R1与照明负载300的并联电路连接在接触件101的两端之间。

由双向晶闸管12和线圈L1构成的串联电路连接在接触件101的两端之间。在光耦合器51的输出侧的双向晶闸管512经由电阻器R2电气连接在双向晶闸管12的端子T2与栅极端子G1之间。电阻器R3和电容器C1的并联电路连接在双向晶闸管12的栅极端子G1与端子T1之间。

作为开关元件的电磁继电器11的接触件111连接在输入端子91与负载端子96之间。在AC电源200连接在输入端子91和92之间，且风扇负载400连接在负载端子95和96之间的状态中，由AC电源200与风扇负载400构成的串联电路电气连接在接触件111的两端之间。

由二极管电桥构成的整流器DB1经由由电阻器R5与电容器C3构成的串联电路连接在输入端子91与输入端子92之间。

切换电路30连接到整流器DB1的输出侧。切换电路30包括电阻器R6、齐纳二极管ZD1和ZD2、及晶体管31。

由电阻器R6与齐纳二极管ZD1构成的串联电路连接在整流器DB1的DC(直流)输出端子DB11与DB12之间。齐纳二极管ZD1的阴极连接到电阻器R6，齐纳二极管ZD1的阳极连接到整流器DB1的低电位侧的输出端子DB12(电流的地)。

晶体管31是NPN晶体管。晶体管31的集电极经由齐纳二极管ZD2连接到整流器DB1的高电位侧的DC输出端子DB11。在此，齐纳二极管ZD2的阴极连接到整流器DB1的高电位侧的DC输出端子DB11，齐纳二极管ZD2的阳极连接到晶体管31的集电极。晶体管31的基极连接到位于电阻器R6与齐纳二极管ZD1之间的连接点。

例如由电解电容器构成的平滑电容器C4连接在晶体管31的发射极与电路的地之间。晶体管31的发射极经由电阻器R7电气连接到包括在光耦合器51中的LED(发光二极管)511的阳极。LED 511的阴极经由开关元件52(例如晶体管)连接到电路的地。开关元件52的控制端子连接到信号处理单元40的输出端口P3，根据输出端口P3的电压电平来接通或断开关元件52。

包括在继电器10中的继电器线圈102的一端电气连接到晶体管31的发射极。继电器线圈102的另一端经由由电阻器R10与开关元件21(例如晶体管)构成的串联电路连接到电路的地。二极管D1并联连接到继电器线圈102。二极管D1的阴极连接到晶体管31的发射极，二极管D1的阳极连接到电阻器R10。出于以下目的布置了二极管D1：当切断流过继电器线圈102的电流时，形成了由在继电器线圈102中出现的反电动势使得电流流通的路径。开关元件21的控制端子连接到信号处理单元40的输出端口P1，开关元件21响应于输出端口P1的电压电平而被接通或断开。

包括在继电器11中的继电器线圈112的一端电气连接到晶体管31的发射极。继电器线圈112的另一端经由由电阻器R11与开关元件22(例如晶体管)构成的串联电路连接到电路的地。二极管D2并联连接到继电器线圈112。二极管D2的阴极连接到晶体管31的发射极，二极管D2的阳极连接到电阻器R11。出于以下目的布置了二极管D2：当切断流过继电器线圈112的电流时，形成了由在继电器线圈112中出现的反电动势使得电流流通的路径。开关元件22的控制端子连接到信号处理单元40的输出端口P2，开关元件22响应于输出端口P2的电压电平而被接通或断开。

因而，第一驱动电路20由限流电阻器R10和R11以及开关元件21和22构成。第一驱动电路20被配置为选择性地将作为开关元件的继电器10和11的接触状态切换为第一状态(接通状态)和第二状态(断开状态)中的任意一个。

信号处理单元40例如是微机，被配置为通过借助微机执行存储在存储器中的程序来实现期望的功能。

电涌吸收器电路60包括由电阻器R4与电容器C2构成的串联电路(RC串联电路)。电涌吸收器电路60连接在AC电源200与照明负载300之间，并与双向晶闸管12并联。

人体传感器70包括热释红外探测元件，用于探测从人体辐射的热射线(红外射线)。人体传感器70基于红外探测元件的探测结果探测在探测区域中是否存在人。当探测到人的存在时，人体传感器70将探测信号输出到信号处理单元40。

电源电路80被配置为减小从AC电源200输入的AC电压，随后将减小的AC电压转换为期望电压值的DC电压，并向诸如信号处理单元40的内部电路提供操作电压。

本实施例的开关设备1具有上述的结构，下面说明开关设备1的操作。

首先，说明当在人体传感器70的探测区域中不存在人时的开关设备1的操作。

当在人体传感器70的探测区域中不存在人时，信号处理单元40没有从人体传感器70接收到探测信号。信号处理单元40执行以下操作，关闭照明负载300并停止风扇负载400。

在没有从人体传感器70输入探测信号时，信号处理单元40将输出端口P1、P2和P3所有电压电平设定为低电平，并断开所有开关元件21、22和52。在此情况下，电流不流过继电器线圈102和112，且接触件101和111都处于断开状态。电流也不流过LED 511，且双向晶闸管512处于关断状态，以使得双向晶闸管12处于关断状态。因此，当在人体传感器70的探测区域中不存在人时，关闭照明负载300并停止风扇负载400。当所有开关元件21、22和52处于断开状态中时，基极电流不流过晶体管31，晶体管31处于关断状态。在整流器DB1的输出电压高于齐纳二极管ZD1的齐纳电压的期间，电流从整流器DB1经由电阻器R6和齐纳二极管ZD1流动。在此，第二电流路径RT2由电阻器R6和齐纳二极管ZD1构成，使得在第二状态中(在该状态中励磁电流不流过继电器线圈102和112)电流从AC电源200流动。第二电流路径RT2连接到用于限制流过第二电流路径RT2的电流的电阻器R6。

接下来，说明当在人体传感器70的探测区域中存在人时的开关设备1的操作。

当在人体传感器70的探测区域中存在人，并且将探测信号从人体传感器70输入到信号处理单元40时，信号处理单元40执行以下操作，开启照明负载300并使得风扇负载400执行通风。

信号处理单元40首先将输出端口P2和P3的电压电平从低电平切换为高电平，同时将输出端口P1的电压电平保持为低电平。此时，将开关元件21保持在断开状态，并将开关元件22和52从断开状态切换为接通导通状态。

当开关元件22被接通时，基极电流流过晶体管31以将晶体管31从断开状态切换为接通状态，并且电容器C4对从整流器DB1输入的脉动电压进行平滑处理。此时，电流从电容器C4依次流过继电器线圈112、电阻器R11和开关元件22，使得励磁电流流过继电器线圈112，以接通继电器11的接触件111。当接触件111被接通时，AC电流从AC电源200经由接触件111提供给风扇负载400，风扇负载400使电机旋转以执行通风。

当开关元件52被接通时，电流从电容器C4依次流过电阻器R7、LED511和开关元件52，双向晶闸管512在从AC电源200输入的AC电压的跨零点处从关断状态切换为导通状态。当双向晶闸管512被导通时，高于导通电压的电压施加到双向晶闸管12的栅极端子(栅极电极)G1，双向晶闸管12从关断状态切换为导通状态。当双向晶闸管12被导通时，AC电源从AC电源200经由双向晶闸管12提供给照明负载300，以开启照明负载300。

在此，照明负载300是电阻负载。因此，当双向晶闸管12被导通时，冲流从AC电源200流到照明负载300。当开启照明负载300时，冲流不流过继电器10的接触件101，但流过作为半导体开关的双向晶闸管12。即，当开启照明负载300时，由于接触件101处于接通状态，且双向晶闸管12导通，冲流流过双向晶闸管12。因此，可以保护接触件101。风扇负载400是感性负载，当接触件101被接通时，冲流不流入风扇负载400中。因此，双向晶闸管没有并联连接到接触件111，并且仅借助接触件111来导通或切断传送给风扇负载400的电流。

在从双向晶闸管12的状态由关断状态切换为导通状态的时刻起经过了预设第一延迟时间段后，信号处理单元40将输出端口P1的电压电平从低电平切换到高电平。此时，开关元件21的状态从断开状态切换到接通状态，使励磁电流流过继电器线圈102，以使得接触件101接通。在从接触件101的状态由断开状态切换到接通状态的时间起经过了预设第二延迟时间段后，信号处理单元40将输出端口P3的电压电平从高电平切换为低电平。此时，开关元件52的状态从接通状态切换到断开状态，以停止电流流过LED511，从而使得双向晶闸管512关断。当双向晶闸管512被关断时，双向晶闸管12关断，电流仅经由接触件101从AC电源200流到照明负载300。第一延迟时间段仅需设定为略长于在照明负载300导通时冲流流动的时间段，例如约为1秒。第二延迟时间段仅需设定为略长于自继电器线圈102传送电流的时刻起至接触件101闭合的时刻所需的操作时间段，并且按照继电器10的操作性能而被设定为适当的时间段。

因而，当人体传感器70探测到人时，开关设备1开启照明负载300并使得风扇负载400执行通风。开关设备1通过将双向晶闸管12的状态从关断状态切换为导通状态来开启照明负载300，以便抑制接触件101由于在开启开始时流动的冲流的熔接。在从照明负载300开启的时刻起经过了第一延迟时间段和第二延迟时间段后，开关设备1使得电流经由接触件101流到照明负载300。因此，可以减小双向晶闸管12由于电流传输的产热或者双向晶闸管12中的功耗。

在使得励磁电流流过继电器线圈101和112的第一状态中，励磁电流从整流器DB1经由齐纳二极管ZD2和晶体管31流到继电器线圈102和112。在本实施例中，电容器C4连接在晶体管31的发射极与电路的地之间，以便将从整流器DB1经由齐纳二极管ZD2和晶体管31输入的电压由电容器C4平滑为基本上恒定的电压。由电容器C4平滑的电压施加到继电器线圈102和112，以使得稳定的电流流过继电器线圈102和112。在此，齐纳二极管ZD2和晶体管31组成第一电流路径RT1，通过它，电流从AC电源200流到第一驱动电路20。第二电流路径RT2包括与第一电流路径RT1不同的电阻器R6，以使得第二电流路径RT2的阻抗高于第一电流路径RT1的阻抗。因此，与使得励磁电流流过继电器线圈102和112的第一状态相比，能够抑制从AC电源200流入切换电路30中的电流，并且能够在不使得励磁电流流过继电器线圈102和112的第二状态中减小备用功率。

接下来，说明在开启照明负载300且风扇负载400执行通风的状态中，当所有人都离开人体传感器70的探测区域时执行的开关设备1的操作。

当所有人都离开人体传感器70的探测区域时，从人体传感器70到信号处理单元40的探测信号的输入停止。在从探测信号的输入停止的时刻起经过了预设操作保持时间段后，信号处理单元40执行以下操作，以关闭照明负载300并停止风扇负载400。

在从来自人体传感器70的探测信号的输入停止的时刻起经过了操作保持时间段后，信号处理单元40将输出端口P1和P2的电压电平从高电平切换为低电平。信号处理单元40将输出端口P3的电压电平保持为低电平。在此情况下，电流不流过继电器线圈102和112，接触件101和111从接通状态切换为断开状态，关闭照明负载300并停止风扇负载400的通风。

在此，风扇负载400是感性负载，以使得在停止风扇负载400的通风时在风扇负载400中出现反电动势，该反电动势比额定电压约大几倍。

当开关设备1不包括电涌吸收器电路60，并且在连接到负载端子94的导线与连接到负载端子95的导线之间由于导线彼此靠近而产生杂散电容时，在风扇负载400中出现的反电动势会进入光耦合器51。当在风扇负载400中出现的反电动势进入光耦合器51且高于导通电压的电压施加到双向晶闸管512时，双向晶闸管512和双向晶闸管12短时导通。照明负载300包括作为光源的LED，其敏感度高于白炽灯的敏感度，以至于照明负载300由于双向晶闸管512和双向晶闸管12的短时导通状态而暂时开启。

在本实施例的开关设备1中，由电阻器R4与电容器C2的串联电路构成的电涌吸收器电路60并联连接到双向晶闸管12。换句话说，电涌吸收器电路60并联连接到由电阻器R2、双向晶闸管512和电阻器R3构成的串联电路。因此，即使在接触件111被断开时在风扇负载400中出现反电动势，电压的上升也变得平缓，借助经由电阻器R4为电容器C2充电而减小了施加到双向晶闸管512的电涌电压。因而，在风扇负载400中出现的反电动势不太易于使得双向晶闸管512导通，并且不太易于导致照明负载300暂时点亮的事件。电涌吸收器电路60不局限于由电阻器R4和电容器C4构成的RC串联电路。电涌吸收器电路60可以是其他电路结构或变阻器。

在从人体传感器70对人体的探测停止的时刻起经过了操作保持时间段后，信号处理单元40停止负载(照明负载300和风扇负载400)。但操作保持时间段可以是预设的或者是可调的。例如，开关设备1可以包括设置开关，例如双列直插式开关(dip switch)或旋转开关，并且可以借助该设置开关来将操作保持时间段设置为期望的时间段。信号处理单元40可以在来自人体传感器70的探测信号输入停止(即人体传感器70对人体的探测停止)后，立即关闭照明负载300并停止风扇负载400。

如上解释的，本实施例的开关设备1包括继电器10和11(开关元件)、第一驱动电路20(驱动电路)和切换电路30。继电器10的接触件101插入并电气连接到将AC电源200连接到照明负载300(负载)的电路径中。继电器11的接触件111插入并电气连接到将AC电源200连接到风扇负载400(负载)的电路径中。第一驱动电路20被配置为从AC电源200接收驱动继电器10和11所必需的电功率，并选择性地将继电器10和11的接触状态切换到第一状态与第二状态中的任意一个。当接触状态为第一状态时，切换电路30使得电流从AC电源200通过第一电流路径RT1流到第一驱动电路20。当接触状态为第二状态时，切换电路30改变使得电流通过其流动的路径，以便切断第一电流路径RT1，并使得电流从AC电源200流到第二电流路径RT2，第二电流路径RT2的阻抗高于第一电流路径RT1的阻抗。

因而，当接触状态为第二状态时电流从AC电源200通过其流动的第二电流路径RT2的阻抗高于第一电流路径RT1的阻抗。因此，与使得电流通过第一驱动电路20流动的第一状态相比，在不使得电流通过第一驱动电路20流动的第二状态中减小了从AC电源200输入的电流，因此可以减小在第一驱动电路20不驱动继电器10和11的备用状态中消耗的功率。

此外，本实施例的开关设备1包括两个继电器10和11。作为开关元件的继电器的数量不限于两个，可以是三个或更多个，并可以适当地改变。与开关设备1包括一个开关元件的情况相比，在开关设备1包括多个开关元件的情况下，增大了驱动开关元件的第一驱动电路20中消耗的功率，同时还增大了在备用状态中减小消耗的功率的效果。

本实施例的开关设备1可以进一步具有以下结构。开关元件包括继电器10和11。切换电路30包括晶体管31、电阻器R6和齐纳二极管ZD1。晶体管31的集电极和发射极连接到第一电流路径RT1。电阻器R6连接在晶体管31的集电极和基极之间。齐纳二极管ZD1连接在切换电路的基极与地之间，同时齐纳二极管ZD1的阳极连接到基极的一侧。晶体管31的发射极连接到继电器10和11的继电器线圈102和112。为第一电流路径RT1提供晶体管31，为第二电流路径RT2提供由电阻器R6和齐纳二极管ZD1构成的串联电路。

在此，当继电器10和11的接触状态为第一状态时，励磁电流经由晶体管31流过继电器10和11的继电器线圈102和112。当接触状态为第二状态时，电流经由电阻器R6和齐纳二极管ZD1从AC电源200流到切换电路30的地。因此，流过第二电流路径RT2的电流受到电阻器R6的限制，因此与第一状态相比，在第二状态中减小了从AC电源200输入的电流，可以减小在第一驱动电路20不驱动继电器10和11的备用状态中消耗的功率。

在本实施例的上述开关设备1中，继电器10和11是非闭锁继电器。但继电器10和11可以是闭锁继电器。当继电器10和11是闭锁继电器的情况下，继电器10和11的每一个都包括接触件、设置线圈和重置线圈。当电流流过设置线圈时，接通接触件，即使在传送到设置线圈的电流停止时也保持接触件的接通状态。当电流流过重置线圈时，断开接触件，即使在传送到重置线圈的电流停止时也保持接触件的断开状态。

在本实施例的开关设备1中，将照明负载300和风扇负载400用作负载。但开关设备1的负载不局限于照明负载300和风扇负载400，可以是其他电气装置。

本实施例的开关设备1响应于作为触发器的从人体传感器70输入的探测信号，来控制负载的操作。但用以改变负载的操作状态的触发器不局限于人体传感器70对人体的探测。开关设备1可以使用作为触发器的人对操作单元的操作或者从遥控发射器发射的无线电信号的接收单元的接收来改变负载的操作状态。

尽管参考特定优选实施例说明了本发明，但本领域技术人员可以在不脱离本发明的真实精神和范围(即权利要求书)的情况下做出许多变型和变化。

Claims (2)

1.一种开关设备，包括：

插入并电气连接到电路径中的至少一个开关元件，所述电路径将AC电源连接到负载；

驱动电路，所述驱动电路被配置为从所述AC电源接收用于驱动所述至少一个开关元件所需的电功率，并选择性地将所述至少一个开关元件的接触状态切换到作为接通状态的第一状态和作为断开状态的第二状态中的任意一个状态；以及

切换电路，所述切换电路被配置为改变使得电流流通的路径，以使得当所述接触状态为第一状态时，使得电流通过第一电流路径从所述AC电源流至所述驱动电路，并且当所述接触状态为第二状态时，切断所述第一电流路径并使得电流从所述AC电源流至第二电流路径，所述第二电流路径的阻抗高于所述第一电流路径的阻抗，

其中，所述至少一个开关元件包括继电器，

所述切换电路包括：

晶体管，所述晶体管包括连接到所述第一电流路径的集电极和发射极；

电阻器，所述电阻器连接在所述晶体管的集电极与基极之间；以及

齐纳二极管，所述齐纳二极管连接在所述基极与所述切换电路的地之间，同时所述齐纳二极管的阳极被连接到所述基极的一侧，

所述发射极连接到所述继电器的继电器线圈，并且

所述第二电流路径包括由所述电阻器和所述齐纳二极管的构成串联电路。

2.根据权利要求1所述的开关设备，其中，所述至少一个开关元件包括多个开关元件。