CN106027005B - 单火线开关 - Google Patents

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Abstract

一种单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元，通过电容式触摸按键控制可控交流开关电路的通断实现开关功能。所述单火线开关能够有效地将工频干扰及工频以上的干扰脉冲滤除，即允许宽度大于规定值的正常触摸操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整。所述单火线开关可以作为普通单火线开关的替代产品。

Description

单火线开关
技术领域
本发明涉及一种电器设备的控制开关，尤其是一种单火线开关。
背景技术
目前市场上采用MCU进行控制单火线开关，其MCU容易受到各种干扰影响，开关易出现非受控的误动作。采用触发式输出的触发IC模块，特别是电容触摸IC，其本身的抗干扰能力低，开关同样易出现非受控的误动作。
发明内容
为了解决现有单火线开关存在的容易出现误动作问题，本发明提供了一种单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元。
所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、n个单火线输出端、n个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端。
所述保持单元设置有n个单火线通断控制信号输出端和n个控制脉冲输入端；所述n个单火线通断控制信号输出端连接至n个单火线通断控制信号输入端。
所述抗扰单元设置有n个控制脉冲输出端和n个触摸脉冲输入端；所述n个控制脉冲输出端连接至n个控制脉冲输入端。
所述触摸单元设置有n个触摸脉冲输出端，所述n个触摸脉冲输出端连接至n个触摸脉冲输入端。
所述n为大于等于1的整数。
所述单火线通断控制模块由n个可控交流开关电路组成；所述n个可控交流开关电路分别由n个单火线通断控制信号输入端输入的n个单火线通断控制信号控制。
所述单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源；所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
所述触摸单元采用电容式触摸按键，输出n个触摸脉冲。
所述抗扰单元包括n个抗扰电路；所述抗扰电路包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路。
所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源；所述可控放电电路输入连接至触摸脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；所述可控充电电路输入连接至触摸脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；所述施密特电路的输出端为控制脉冲输出端。
所述可控放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门；所述快速放电二极管阴极连接至快速放电三态门输出端，阳极为可控放电电路输出端；所述充电电阻与快速放电二极管并联；所述可控充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门；所述快速充电二极管阳极连接至快速充电三态门输出端，阴极为可控充电电路输出端；所述放电电阻与快速充电二极管并联。
所述快速放电三态门输入端为可控放电电路输入端；所述快速充电三态门输入端为可控充电电路输入端；所述快速放电三态门由控制脉冲控制；所述快速充电三态门由控制脉冲控制。
所述快速放电三态门由控制脉冲控制以及快速充电三态门由控制脉冲控制的具体方法是，当施密特电路为同相施密特电路时，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态；当施密特电路为反相施密特电路时，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。
所述抗扰电路能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行控制；所述抗扰电路能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行控制。
所述充电时间常数为充电电阻与电容的乘积；所述放电时间常数为放电电阻与电容的乘积。
所述快速放电三态门与快速充电三态门同为同相三态门，或者是，所述快速放电三态门与快速充电三态门同为反相三态门。
本发明的有益效果是：所述单火线开关允许宽度大于规定值的正常触摸操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整；可以替代普通开关。
附图说明
图1是单火线开关实施例结构图；
图2是单火线单元实施例1电路；
图3是单火线单元实施例2电路；
图4是单火线单元实施例3电路；
图5是单火线单元实施例4电路；
图6是触摸单元实施例1电路；
图7是触摸单元实施例2电路；
图8为第1路开关抗扰电路实施例；
图9为抗扰电路实施例的触摸脉冲和控制脉冲波形。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示为单火线开关实施例结构图，包括单火线单元10、保持单元20、抗扰单元30和触摸单元40。
触摸单元输出的n个触摸脉冲P1－Pn被送至抗扰单元，抗扰单元对n个触摸脉冲分别进行抗干扰处理后，输出的n个控制脉冲M1－Mn被送至保持单元，保持单元对n个控制脉冲分别进行触发及状态保持处理后，输出的n个单火线通断控制信号G1－Gn被送至单火线单元。n为单火线开关的开关数量，即所述单火线开关有n路开关。
所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端AC、n个单火线输出端AC1－ACn、n个单火线通断控制信号输入端G1－Gn和直流工作电源输出端+VCC。单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源。直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
如图2所示为n等于3的单火线单元实施例1的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U01及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容C01、电容C02、电感L01、电感L02，以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。单火线单元实施例1中，单火线稳压器U01的型号为MP-6V-02S，低压差稳压器U02的型号为HT7350。
单火线输入端AC是单火线单元的模拟地AGND，连接至单火线稳压器U01的交流电压公共端COM；电容C01的两端分别连接至单火线稳压器U01的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端COM；单火线稳压器U01的直流输出电压地GND端为单火线单元的公共地，电感L02的两端分别连接至单火线单元的公共地和模拟地AGND；二极管D51、二极管D61、二极管D71、电感L01和电容C02组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D51、二极管D61、二极管D71分别连接至3个单火线输出端AC1、AC2、AC3，输出连接至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC。单火线稳压器U01还设有直流电压输出端VCC、交流电压端AC。二极管D51、二极管D61、二极管D71组成或逻辑关系，3个单火线输出端AC1、AC2、AC3中只要有一个有220V交流电，则U01的直流高压输入端HDC得到直流高压输入。
低压差稳压器U02的输入端VIN连接至单火线稳压器U01的直流电压输出端VCC，U01的直流电压输出端输出直流电压+VCC1；低压差稳压器U02输出端VOUT输出+5V的直流工作电源+VCC；单火线稳压器U01的地端GND连接至单火线单元的公共地；电容C03、电容C04分别为低压差稳压器U02的输入电压、输出电压滤波电容。
单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为3个结构相同的双向晶闸管开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2、G3控制通断。第1路包括双向晶闸管V51、可控硅输出光耦U51、电阻R51、电阻R52、电阻R53；第2路包括双向晶闸管V61、可控硅输出光耦U61、电阻R61、电阻R62、电阻R63；第3路包括双向晶闸管V71、可控硅输出光耦U71、电阻R71、电阻R72、电阻R73。可控硅输出光耦U51、U61、U71为移相型，单火线单元实施例1中，他们的型号为MOC3053。增加开关数量时，需要增加结构相同的双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管；减少开关数量时，去掉1－2路双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
以图2中第1路双向晶闸管开关电路为例说明。双向晶闸管V51的两个阳极端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC；电阻R51并联在双向晶闸管V51的两个阳极端；可控硅输出光耦U51的输出可控硅与电阻R52串联，其串联支路连接至双向晶闸管V51的第一阳极和控制极；可控硅输出光耦U51的输入发光二极管与电阻R53串联，其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管V51导通，第1路开关为开态；单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V51截止，第1路开关为关态。
图2中，当双向晶闸管V51、V61、V71中有1个截止时，经二极管D51、二极管D61、二极管D71组成的或逻辑半波整流和电感L01、电容C02的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1，实现关态取电。当双向晶闸管V51、V61、V71全部导通时，负载电流经由单火线稳压器U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+VCC1与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。
如图3所示为n等于3的单火线单元实施例2的电路。单火线单元实施例2的单火线取电模块结构与工作原理与单火线单元实施例1完全一样，包括单火线稳压器U01及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容C01、电容C02、电感L01、电感L02，以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。
单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为3个结构相同的继电器开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2、G3控制通断。第1路包括继电器开关J54、继电器线圈J50、三极管V50、二极管D50、电阻R50、电阻R54；第2路包括继电器开关J64、继电器线圈J60、三极管V60、二极管D60、电阻R60、电阻R64；第3路包括继电器开关J74、继电器线圈J70、三极管V70、二极管D70、电阻R70、电阻R74。增加开关数量时，需要增加结构相同的继电器开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管；减少开关数量时，去掉1－2路继电器开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
以图3中第1路继电器开关电路为例说明。继电器开关J54的两端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC；电阻R54并联在继电器开关J54的两端；继电器线圈J50为三极管V50的集电极负载，继电器线圈J50的供电电源为U01输出端输出的直流电压+VCC1；二极管D50为继电器线圈J50的续流二极管；电阻R50为三极管V50基极的限流电阻，连接单火线通断控制信号输入端G1与三极管V50基极。单火线通断控制信号G1为高电平时，三极管V50导通，继电器线圈J50得电，继电器开关J54闭合，第1路开关为开态；单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管V50截止，继电器线圈J50失电，继电器开关J54断开，第1路开关为关态。
图3中，当继电器开关J54、J64、J74中有1个断开时，经二极管D51、二极管D61、二极管D71组成的或逻辑半波整流和电感L01、电容C02的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1，实现关态取电。当继电器开关J54、J64、J74全部闭合导通时，负载电流经由单火线稳压器U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+VCC1与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。
如图4所示为n等于2的单火线单元实施例3的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U05及其外围元件电容C05、电容C06、电感L05、二极管D55、二极管D65、整流桥U56，以及低压差稳压器U06及其外围元件电容C07、电容C08。单火线单元实施例3中，单火线稳压器U05的型号为BSW-6V-03S，低压差稳压器U06的型号为HT7350。
单火线稳压器U05设置有直流高压输入端HDC、直流输出电压地端GND、直流电压输出端VCC、开态输入直流电压端ACC，其直流输出电压地GND为单火线单元的公共地。
二极管D55、二极管D65、电感L05和电容C05组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D55、二极管D65分别连接至2个单火线输出端AC1、AC2，输出连接至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC。二极管D55、二极管D65组成或逻辑关系，2个单火线输出端AC1、AC2中只要有一个有220V交流电，则U05的直流高压输入端HDC得到直流高压输入。
低压差稳压器U06的输入端VIN连接至单火线稳压器U05的直流电压输出端VCC，U05的直流电压输出端输出直流电压+VCC2；低压差稳压器U06输出端VOUT输出+5V的直流工作电源+VCC；电容C07、电容C08分别为低压差稳压器U06的输入电压、输出电压滤波电容。
单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为2个结构相同的双向晶闸管开关电路，分别由单火线通断控制信号G1、G2控制通断。第1路包括双向晶闸管V55、可控硅输出光耦U55、电阻R55、电阻R56、电阻R57、稳压管D56、稳压管D57；第2路包括双向晶闸管V65、可控硅输出光耦U65、电阻R65、电阻R66、电阻R67、稳压管D66、稳压管D67。可控硅输出光耦U55、U65为移相型，单火线单元实施例3中，U55、U65的型号为MOC3023。增加开关数量时，需要增加与第2路结构相同的双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管；减少开关数量时，去掉第2路双向晶闸管开关电路，以及相应的组成或逻辑关系的半波整流二极管即可。
以图4中第1路双向晶闸管开关电路为例说明。双向晶闸管V55的第一阳极连接至单火线输出端AC1、第二阳极连接至单火线输入端AC；电阻R55并联在双向晶闸管V55的两个阳极端；稳压管D56与稳压管D57反向串联后，一端连接至可控硅输出光耦U55的输出可控硅的一端和整流桥U56的一个交流输入端，另外一端连接至双向晶闸管V55的控制极；可控硅输出光耦U55的输出可控硅的另外一端连接至双向晶闸管V55的第一阳极；整流桥U56的另外一个交流输入端连接至单火线输入端AC；电阻R56并联在双向晶闸管V55的控制极和第二阳极；可控硅输出光耦U55的输入发光二极管与电阻R57串联，其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管V55导通，第1路开关为开态；单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V55截止，第1路开关为关态。
图4中，当双向晶闸管V55、V65中有1个截止时，经二极管D55、二极管D65组成的或逻辑半波整流和电感L05、电容C05的滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC，单火线稳压器U05经DC/DC后输出直流电压+VCC2，实现关态取电。
图4中，当2路开关全部为开态时，可控硅输出光耦U55的输出可控硅导通，由于其触发通道有2个反向串联的稳压管D56、稳压管D57，在交流电压过零但小于稳压管D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57截止，双向晶闸管V55截止；整流桥U56的2个交流输入端经由U55的输出可控硅连接至单火线输出端AC1和单火线输入端AC；整流桥U56的整流输出负端连接至公共地，正端连接至单火线稳压器U05的开态输入直流电压端ACC，实现开态取电；电容C06为整流桥U56的整流输出滤波电容。当交流电压过零后电压达到稳压管D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57导通，控制双向晶闸管V55导通向负载供电。因此，图4所示的单火线单元实施例3在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。
如图5所示为n等于1的单火线单元实施例4的电路。单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路，由二极管D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88、单向晶闸管V85组成。二极管D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88组成单相桥式整流电路，其2个交流输入端分别为单火线输入端AC、单火线输出端AC1。单相桥式整流电路的整流输出正端为全波整流端AD1，整流输出负端为公共地GND。单向晶闸管V85的阳极、阴极分别连接至全波整流端AD1、公共地。
单火线取电模块为DC/DC稳压电路。图5实施例中，单火线取电模由DC/DC稳压器U85、三端稳压器U86、电阻R85、二极管D89、电容C85、电容C86、电容C87、电容C88组成，DC/DC稳压器U85的型号是DY10、三端稳压器U86的型号是HT7250。电容C85、电阻R85、电容C86组成滤波电路；滤波电路的输入连接至二极管D89阴极、输出连接至DC/DC稳压器U85输入端；二极管D89阳极连接至全波整流端AD1；三端稳压器U86输入端连接至DC/DC稳压器U85输出端，DC/DC稳压器U85输出端输出的是直流电压+VCC3；三端稳压器U86输出端为直流工作电源+VCC；电容C87为DC/DC稳压器U85的输出滤波电容，电容C88为三端稳压器U86的输出滤波电容。
HT7250输出+5V电压。如果DC/DC稳压器U85的输出电压满足的直流工作电源的供电要求，三端稳压器U86可以省略。DC/DC稳压器U85还可以选择其他具有宽范围的电压输入特性的DC/DC稳压器。
图5实施例中，单向晶闸管V85的触发控制电路由三极管V86、稳压管V87、电阻R86、电阻R87、电阻R88、电阻R89组成；三极管V86集电极串联电阻R86后连接至稳压管V87阳极，稳压管V87阴极连接至全波整流端AD1；三极管V86发射极经电阻R87连接至公共地；三极管V86基极分别连接至电阻R88、电阻R89的一端；电阻R88的另外一端连接至公共地；三极管V86发射极为触发信号输出端，连接至单向晶闸管V85控制极；电阻R89的另外一端为单火线通断控制信号G1输入端。
当单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管V86截止，单向晶闸管V85截止，全波整流端AD1得到的是220V交流整流后的全波电压，经电容C85、电阻R85、电容C86后，DC/DC稳压器U85输入端得到超过300V的直流电压，单火线取电模块实现了关态取电。
交流电源过零时，单向晶闸管V85关断。当单火线通断控制信号G1为高电平时，因三极管V85集电极经由稳压管V87连接至全波整流端AD1，只有当全波整流端AD1的电压大于稳压管V87的稳压值，三极管V85才导通，单向晶闸管V85才能被触发导通。全波整流端AD1的电压波形为窄电压脉冲，其脉冲幅度由稳压管V87的稳压值决定，其作用是为单火线取电模块提供开态供电电压。单火线单元实施例4在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。
单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为3个结构相同的双向晶闸管开关电路；单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为3个结构相同的继电器开关电路；单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为2个结构相同的双向晶闸管开关电路；单火线单元实施例4的单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路。所述双向晶闸管开关电路、继电器开关电路、单向晶闸管交流开关电路为单火线通断控制模块中的可控交流开关电路；包括n个触摸开关的单火线通断控制模块中有n个可控交流开关电路。
如果负载为非电感性负载，前面所述的可控硅输出光耦还可以选择过零触发型器件。
如图6所示为n等于3触摸单元实施例1的电路，包括电容触摸集成模块U41、电容C41、电容C42、电容C43、电容C44、电阻R41、电阻R42、电阻R43、电阻R44、电阻R45、电阻R46、电阻R47、驱动器F41、驱动器F42、驱动器F43，K1、K2、K3为触摸点。触摸单元实施例1中，电容触摸集成模块U41选择型号为TS04的4通道触摸IC。TS04设置有输入端CS1－CS4、输出端OUT1－OUT4、配置端RB、噪声监控端DUMMY以及电源端VDD、电源地端GND。电源端VDD、电源地端GND分别连接至直流工作电源+VCC和公共地；噪声监控端DUMMY悬空；电阻R44并联在配置端RB和公共地，电容C44并联在配置端RB和直流工作电源+VCC；输入端CS1－CS3分别经电阻R41、电阻R42、电阻R43连接至触摸点K1、K2、K3，电容C41、电容C42、电容C43分别并联在输入端CS1－CS3和公共地；电阻R45、电阻R46、电阻R47分别为开漏输出OUT1－OUT3的上拉电阻；OUT1－OUT3分别经驱动器F41－F43驱动后输出触摸脉冲P1－P3。TS04当输入端有触摸输入时，输出端输出低电平。驱动器F41－F43的作用是提高触摸脉冲P1－P3的高电平驱动能力和低电平驱动能力。图6中驱动器F41－F43为反相驱动器，因此，当输入端有触摸输入时，触摸单元输出的触摸脉冲P1－P3均为正脉冲。如果F41－F43选择同相驱动器，则当输入端有触摸输入时，触摸单元输出的触摸脉冲P1－P3为负脉冲。TS04为4通道触摸IC，可以做4个触摸开关；如果需要其他数量的触摸开关，可以选择增加TS04芯片，或者是采用单通道的TS01芯片、2通道的TS02芯片、6通道的TS06芯片、8通道的TS08芯片，等等。
如图7所示为n等于2的触摸单元实施例2的电路，包括电容触摸集成模块U45、电容C45、电容C46。触摸集成模块U45采用双键电容触摸感应开关芯片ASC0104-2，ASC0104-2的2个触摸输入端TP0、TP1分别连接触摸点K1、K2，同时，触摸输入端TP0、TP1分别经由电容C45、电容C46接地；ASC0104-2的2个触摸信号输出端TPQ0、TPQ1分别为触摸脉冲P1、P1；ASC0104-2的输出类型选择端和电源负端VSS连接至电源地，ASC0104-2工作在直接模式，触摸生效时输出端OUT输出高电平或者低电平；ASC0104-2的高/低有效电平选择端AHLB和电源正端VDD连接至直流工作电源+VCC，触摸生效时输出端OUT输出低电平，触摸脉冲P1、M1为负脉冲。
保持单元为n个T′触发器，T′触发器可以使用D触发器、JK触发器构成，或者是用二进制计数器等来实现。每个T′触发器的输入输出为对应的控制脉冲和单火线通断控制信号，例如，第1路开关的输入为控制脉冲M1、输出为单火线通断控制信号G1，第2路开关的输入为控制脉冲M2、输出为单火线通断控制信号G2。
如图8所示为第1路开关抗扰电路实施例。抗扰单元共有n个相同的抗扰电路，每个抗扰电路的输入输出为对应的触摸脉冲和控制脉冲，例如，第1路开关的输入为触摸脉冲P1、输出为控制脉冲M1，第2路开关的输入为触摸脉冲M1、输出为控制脉冲M2。
抗扰电路实施例中，快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门分别为二极管D11、电阻R11、三态门T11，组成了可控放电电路；快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门分别为二极管D12、电阻R12、三态门T12，组成了可控充电电路；电容为电容C11。施密特电路F11为同相施密特电路，因此，实施例中控制脉冲M1与触摸脉冲P1同相。电容C11的一端接施密特电路的输入端，即F11的输入端A3，另外一端连接至公共地。
抗扰电路实施例中，施密特电路F11为同相施密特电路，控制脉冲M1(图8中A4点)直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端，三态门T11、三态门T12分别为低电平、高电平使能有效。控制脉冲M1的高、低电平分别控制三态门T12为工作状态、为禁止状态，控制脉冲M1的高、低电平分别控制三态门T11为禁止状态、为工作状态。受到控制脉冲M1的控制，三态门T11与三态门T12中总是一个处于为工作状态状态，另外一个处于为禁止状态状态。当三态门T11、三态门T12同时采用低电平使能有效或者是高电平使能有效的器件时，其中一个的由控制脉冲M1的反相信号控制。
图9为抗扰电路实施例的触摸脉冲和控制脉冲波形。图9中，P1为触摸脉冲，M1为控制脉冲，当P1低电平为正常的负宽脉冲时，图8中A3点电位与A1点低电平电位一致，M1为低电平，三态门T11为工作状态，其输出的A1点电平与A0点一致；T12为禁止状态，输出为高阻态。正窄脉冲11的高电平通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升；由于窄脉冲11的宽度小于时间T1，A3点电位在窄脉冲11结束时仍低于施密特电路F11的上限门槛电压，因此，M1维持为低电平，三态门T11维持为工作状态；窄脉冲11结束时，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致，恢复至窄脉冲11来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的正窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。正窄脉冲12的宽度也小于时间T1，因此，当窄脉冲12结束时，M1维持为低电平，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致。
脉冲13为正常的正宽脉冲，P1在上升沿17之后维持高电平时间达到T1时，A1点高电平的通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升达到施密特电路F11的上限门槛电压，施密特电路F11输出M1在上升沿18处从低电平变为高电平，使三态门T11为禁止状态、T12为工作状态，其输出的A2点电平与A0点一致；A2点的高电平通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，M1维持为高电平。
负窄脉冲15的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降；由于窄脉冲15的宽度小于时间T2，A3点电位在窄脉冲15结束时仍高于施密特电路F11的下限门槛电压，因此，M1维持为高电平，三态门T12维持为工作状态；窄脉冲15结束时，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，恢复至窄脉冲15来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的负窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。负窄脉冲16的宽度也小于时间T2，因此，当窄脉冲16结束时，M1维持为高电平，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致。
P1在下降沿19之后维持低电平时间达到T2时，表示P1有一个正常的负宽脉冲，A2点的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降达到施密特电路F11的下限门槛电压，施密特电路F11的输出M1在下降沿20处从高电平变为低电平，使三态门T11为工作状态、T12为禁止状态；A1点的低电平通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致，M1维持为低电平。P1的负宽脉冲21宽度大于T2，在负宽脉冲21的上升沿23之后维持高电平时间达到T1时，M1在上升沿24处从低电平变为高电平。
抗扰电路将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲15、窄脉冲16都过滤掉，而正宽脉冲13、负宽脉冲21能够通过，使M1信号中出现相应的正宽脉冲14和负宽脉冲22。控制脉冲M1与触摸脉冲P1同相，而输出的宽脉冲14上升沿比输入的宽脉冲13上升沿滞后时间T1，下降沿滞后时间T2。
窄脉冲11、窄脉冲12为正窄脉冲，时间T1为抗扰电路能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、三态门T11输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T11输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T1的值可以通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行。图8中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。所述抗扰电路允许宽度大于T1的正脉冲信号通过。
窄脉冲15、窄脉冲16为负窄脉冲，时间T2为抗扰电路能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、三态门T12输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的下限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T12输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T2的值可以通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行。图8中，放电时间常数为放电电阻R12与电容C11的乘积。所述抗扰电路允许宽度大于大于T2的负脉冲信号通过。
图8中，电容C11接公共地的一端也可以改接在直流工作电源的电源端。
图8中，施密特电路F11也可以选择反相施密特电路，此时控制脉冲M1的高电平应该控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。例如，当图8中施密特电路F11选择反相施密特电路，仍将控制脉冲M1直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端时，三态门T11应该相应地改为高电平使能有效，三态门T12相应地改为低电平使能有效。选择反相施密特电路时电路的工作原理与图8相同，只是此时控制脉冲与触摸脉冲反相。
快速放电三态门与快速充电三态门还可以同时选择具有反相功能的反相三态门。当快速放电三态门与快速充电三态门同时选择反相三态门时，相当于在触摸脉冲端增加一个反相器，即先将触摸脉冲反相后再进行抗窄脉冲干扰，工作原理与图8相同。
所述施密特电路的输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、74HC14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非门CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特与非门的上限门槛电压、下限门槛电压均为与器件相关的固定值，因此，调整能够过滤的输入的正窄脉冲宽度、负窄脉冲宽度需要通过改变充电时间常数、放电时间常数来进行。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。
施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。
对触摸开关进行操作时，正常的触摸时间不低于100ms，即正常的触摸脉冲宽度不小于100ms；两次触摸之间的间隔也不会小于100ms。所述抗扰电路允许宽度大于T1的正脉冲和宽度大于T2的负脉冲信号通过，因此，T1、T2的取值范围均为10ms至100ms，典型值均取30ms时，能够有效地将工频干扰及工频以上的干扰脉冲滤除。

Claims (9)

1.一种单火线开关，其特征在于：
包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和触摸单元；
所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、n个单火线输出端、n个单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端；
所述保持单元设置有n个单火线通断控制信号输出端和n个控制脉冲输入端；所述n个单火线通断控制信号输出端连接至n个单火线通断控制信号输入端；
所述抗扰单元设置有n个控制脉冲输出端和n个触摸脉冲输入端；所述n个控制脉冲输出端连接至n个控制脉冲输入端；
所述触摸单元设置有n个触摸脉冲输出端，所述n个触摸脉冲输出端连接至n个触摸脉冲输入端；
所述n为大于等于1的整数；
所述抗扰单元包括n个抗扰电路；所述抗扰电路包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路；
所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源；
所述可控放电电路输入连接至触摸脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；所述可控充电电路输入连接至触摸脉冲端，输出连接至施密特电路输入端；
所述施密特电路的输出端为控制脉冲输出端。
2.根据权利要求1所述的单火线开关，其特征在于：所述单火线通断控制模块由n个可控交流开关电路组成；所述n个可控交流开关电路分别由n个单火线通断控制信号输入端输入的n个单火线通断控制信号控制。
3.根据权利要求1所述的单火线开关，其特征在于：所述单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源；所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及触摸单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
4.根据权利要求1所述的单火线开关，其特征在于：所述触摸单元采用电容式触摸按键，输出n个触摸脉冲。
5.根据权利要求1－4中任一项所述的单火线开关，其特征在于：所述可控放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门；所述快速放电二极管阴极连接至快速放电三态门输出端，阳极为可控放电电路输出端；所述充电电阻与快速放电二极管并联；所述可控充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门；所述快速充电二极管阳极连接至快速充电三态门输出端，阴极为可控充电电路输出端；所述放电电阻与快速充电二极管并联；
所述快速放电三态门输入端为可控放电电路输入端；所述快速充电三态门输入端为可控充电电路输入端；所述快速放电三态门由控制脉冲控制；所述快速充电三态门由控制脉冲控制。
6.根据权利要求5所述的单火线开关，其特征在于：所述快速放电三态门由控制脉冲控制以及快速充电三态门由控制脉冲控制的具体方法是，当施密特电路为同相施密特电路时，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态；当施密特电路为反相施密特电路时，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。
7.根据权利要求5所述的单火线开关，其特征在于：所述抗扰电路能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行控制；所述抗扰电路能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行控制。
8.根据权利要求7所述的单火线开关，其特征在于：所述充电时间常数为充电电阻与电容的乘积；所述放电时间常数为放电电阻与电容的乘积。
9.根据权利要求6所述的单火线开关，其特征在于：所述快速放电三态门与快速充电三态门同为同相三态门，或者是，所述快速放电三态门与快速充电三态门同为反相三态门。
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