CN106033959B - 多地自复位开关控制的单火线开关 - Google Patents

Abstract

一种多地自复位开关控制的单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元，能实现在无限多地点控制照明灯或者其他电器设备。所述单火线开关允许宽度大于规定值的正常操作脉冲信号通过，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，消除开关脉冲的上升沿抖动和下降沿抖动；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开关的替代产品。

Description

多地自复位开关控制的单火线开关

技术领域

本发明涉及一种电器设备的控制开关，尤其是一种多地自复位开关控制的单火线开关。

背景技术

当要求对灯或者其他电器进行多地控制时，目前常用的方法一是采用双控开关和双刀双掷开关，现场接线复杂；二是采用智能开关，成本高，且智能开关内部的MCU容易受到各种干扰影响，开关易出现非受控的误动作。

发明内容

为了解决现有多地自复位开关控制的单火线开关存在的问题，本发明提供了一种多地自复位开关控制的单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元。

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、单火线输出端、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单火线通断控制信号输出端和控制脉冲输入端；所述单火线通断控制信号输出端连接至单火线通断控制信号输入端。

所述抗扰单元设置有控制脉冲输出端和开关脉冲输入端；所述控制脉冲输出端连接至控制脉冲输入端。

所述多地开关单元设置有开关脉冲输出端，所述开关脉冲输出端连接至开关脉冲输入端。

所述单火线通断控制模块由可控交流开关电路组成；所述可控交流开关电路由单火线通断控制信号输入端输入的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多地开关单元、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多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。

所述多地开关单元包括1个以上并联的自复位开关，输出开关脉冲。

所述抗扰单元包括快速放电电路、快速充电电路、电容、施密特电路；所述快速放电电路的输入为开关脉冲，输出端连接至施密特电路输入端；所述快速充电电路的输入为开关脉冲，输出端连接至施密特电路输入端；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；所述施密特电路的输出端为控制脉冲输出端。

所述快速放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关；所述快速放电二极管与充电电阻并联后，再与快速放电开关串联；所述快速充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关；所述快速充电二极管与放电电阻并联后，再与快速充电开关串联。

所述快速放电二极管上的单向电流流向为从快速放电电路输出端流向输入端；所述快速充电二极管上的单向电流流向为从快速充电二极管输入端流向输出端。

所述快速放电开关、快速充电开关由控制脉冲控制，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开关接通、快速充电开关关断，控制脉冲的高电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通；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开关接通、快速充电开关关断，控制脉冲的低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通。

所述快速放电开关和快速充电开关为数字控制的多路模拟开关，或者是均为电平控制的双向模拟开关。

所述抗扰单元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，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。

本发明的有益效果是：所述多地自复位开关控制的单火线开关能实现在无限多地点控制照明灯或者其他电器设备；允许宽度正常的自复位开关脉冲通过，能够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干扰，将他地控制时的因长线路产生的高频干扰脉冲滤除；能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲干扰信号和连续的负窄脉冲干扰信号，消除开关脉冲的上升沿抖动和下降沿抖动；可以替代普通开关。

附图说明

图1是多地自复位开关控制的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是多地开关单元实施例电路；

图7为抗扰单元实施例1；

图8为抗扰单元实施例1的开关脉冲和控制脉冲波形；

图9为抗扰单元实施例2；

图10为抗扰单元实施例3；

图11为抗扰单元实施例3的开关脉冲和控制脉冲波形；

图12为抗扰单元实施例4。

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所示为多地自复位开关控制的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和多地开关单元40。

多地开关单元输出的开关脉冲P1被送至抗扰单元，抗扰单元对开关脉冲P1进行抗干扰处理后，输出的控制脉冲M1被送至保持单元，保持单元对控制脉冲进行触发及状态保持处理后，输出的单火线通断控制信号G1被送至单火线单元。

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AC、单火线输出端AC1、单火线通断控制信号输入端G1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多地开关单元、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多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。

如图2所示为单火线单元实施例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、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；二极管D51、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连接至单火线输出端AC1，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。

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双向晶闸管开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，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。可控硅输出光耦U51为移相型，单火线单元实施例1中，型号为MOC3053。

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截止时，经二极管D51半波整流和电感L01、电容C02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继电器开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，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。

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断开时，经二极管D51半波整流和电感L01、电容C02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、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2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、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连接至单火线输出端AC1，输出连接至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC。

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双向晶闸管开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，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。可控硅输出光耦U55为移相型，单火线单元实施例2中，U55的型号为MOC3023。

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截止时，经二极管D55半波整流和电感L05、电容C05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，当开关为开态时，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均为单火线通断控制模块中的可控交流开关电路。

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所示为有3个自复位开关的多地开关单元实施例电路，包括自复位开关S91、自复位开关S92、自复位开关S93、电阻R91、驱动器F91。3个自复位开关S91、自复位开关S92、自复位开关S93为并联关系，电阻R91为上拉电阻，自复位开关S91、自复位开关S92、自复位开关S93、电阻R91组成线与逻辑。由于自复位开关按下时输出低电平，或者是操作一次输出负开关脉冲，所以，3个自复位开关的操作与输出负开关脉冲之间为或逻辑关系。驱动器F91用于提高开关脉冲P1的驱动能力。图6中的自复位开关S91、电阻R91、驱动器F91与单火线单元、保持单元、抗扰单元的电路安装在一起，作为本地控制开关对负载进行控制。自复位开关S92、自复位开关S93分别安装在另外两个地方，作为多地控制中的他地控制开关；他地控制开关中的自复位开关都通过连接线并联在本地控制开关的自复位开关上。当有n个自复位开关时，其中的1个作为本地控制开关，与上拉电阻(电阻R91)、驱动器(驱动器F91)、单火线单元、保持单元、抗扰单元的电路安装在一起，作为本地控制开关对负载进行控制；其他n－1个自复位开关作为他地控制开关，全部都通过连接线并联在本地控制开关中的自复位开关上。自复位开关包括自复位按钮开关、自复位翘板开关等。

保持单元为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。T′触发器的输入输出为控制脉冲M1和单火线通断控制信号G1。

抗扰单元包括快速放电电路、快速充电电路、电容、施密特电路。

如图7所示为抗扰单元实施例1。图7所示实施例1中，快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关分别为二极管D11、电阻R11、开关T11，组成了快速放电电路；快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关分别为二极管D12、电阻R12、开关T12，组成了快速充电电路；电容为电容C11。施密特电路F11为同相施密特电路，实施例1中控制脉冲M1与开关脉冲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A2，另外一端连接至公共地。二极管D11的阳极连接至F11的输入端A2，阴极与开关T11串联后连接至开关脉冲端P1，当开关T11导通时，二极管D11的单向电流流向为从F11的输入端A2流向开关脉冲端P1。二极管D12的阴极连接至F11的输入端A2，阳极与开关T12串联后连接至开关脉冲端P1，当开关T12导通时，二极管D12的单向电流流向为从开关脉冲端P1流向F11的输入端A2。

快速放电开关、快速充电开关为电平控制的双向模拟开关。图7所示实施例1中，开关T11、开关T12均选择控制信号为高电平时开关接通，控制信号为低电平时开关关断的双向模拟开关，型号可以选择CD4066，或者是CD4016。实施例1中施密特电路F11为同相施密特电路，控制脉冲M1(图7中A3点)直接连接至开关T12的电平控制端，控制脉冲M1的高、低电平分别控制开关T12接通、关断；控制脉冲M1经过反相器F12后(图7中点)连接至开关T11的电平控制端，控制脉冲M1的高、低电平分别控制开关T11关断、接通。受到控制脉冲M1的控制，开关T11与开关T12中总是一个处于接通状态，另外一个处于关断状态。

图8为抗扰单元实施例1的开关脉冲和控制脉冲波形。图8中，P1为开关脉冲，M1为控制脉冲，当P1低电平为正常的负宽脉冲时，图7中A2点电位与A1点低电平电位一致，M1为低电平，开关T11接通、T12关断。正窄脉冲11的高电平通过充电电阻R11对电容C11充电，使A2点电位上升；由于窄脉冲11的宽度小于时间T1，A2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，开关T11维持接通；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A2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、正窄脉冲13的宽度均小于时间T1，因此，当窄脉冲12、窄脉冲13中的每一个结束时，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A2点电位与A1点低电平电位一致。

脉冲14为正常的正宽脉冲，P1在上升沿20之后维持高电平时间达到T1时，P1的高电平通过充电电阻R11对电容C11充电，使A2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25处从低电平变为高电平，使开关T11关断、T12接通；A1点的高电平通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A2点电位与A1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A2点电位下降；由于窄脉冲15的宽度小于时间T2，A2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，开关T12维持接通；窄脉冲15结束时，A1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A2点电位与A1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、负窄脉冲17、负窄脉冲18的宽度均小于时间T2，因此，当窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18中的每一个结束时，M1维持为高电平，A1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A2点电位与A1点高电平电位一致。

P1在下降沿21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，P1的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A2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输出M1在下降沿26处从高电平变为低电平，使开关T11接通、T12关断；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A2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19宽度大于T2，在负宽脉冲19的上升沿22之后维持高电平时间达到T1时，M1在上升沿27处从低电平变为高电平。

抗扰单元将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18都过滤掉，而正宽脉冲14、负宽脉冲19能够通过，使M1信号中出现相应的正宽脉冲23和负宽脉冲24。控制脉冲M1与开关脉冲P1同相，而输出的宽脉冲23上升沿比输入的宽脉冲14上升沿滞后时间T1，下降沿滞后时间T2。

窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13为正窄脉冲，其中窄脉冲11为干扰脉冲，窄脉冲12、窄脉冲13为连续的触点抖动脉冲。时间T1为抗扰单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、开关脉冲P1的高电平电位、开关脉冲P1的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，开关脉冲P1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7中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。

窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为负窄脉冲，其中窄脉冲15为干扰脉冲，窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为连续的触点抖动脉冲。时间T2为抗扰单元能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、开关脉冲P1的高电平电位、开关脉冲P1的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，开关脉冲P1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7中，放电时间常数为放电电阻R12与电容C11的乘积。

图7中，二极管D11与电阻R11并联后再与开关T11串联，开关脉冲P1从A1点先经过开关T11、然后经过二极管D11与电阻R11的并联电路到达A2点，按照脉冲信号流向关系，快速放电开关串联连接在快速放电二极管与充电电阻的并联电路的前面；二极管D12与电阻R12并联后再与开关T12串联，按照脉冲信号流向关系，快速充电开关串联连接在快速充电二极管与放电电阻的并联电路的前面。快速放电开关的串联位置也可以放在快速放电二极管与充电电阻的并联电路的后面，同样地，快速充电开关的串联位置也可以放在快速充电二极管与放电电阻的并联电路的后面。另外，电容C11接公共地的一端也可以改接在抗扰单元的供电电源端，即接在直流工作电源+VCC。

图7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与开关脉冲P1反相，控制脉冲M1及其反相信号控制开关T11、开关T12的连接方式需要按照控制脉冲M1的高、低电平分别控制开关T12关断、接通，控制脉冲M1的高、低电平分别控制开关T11接通、关断来进行。

图9所示为抗扰单元实施例2，快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关分别为二极管D21、电阻R21、开关T21，快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关分别为二极管D22、电阻R22、开关T22，电容为电容C21。施密特电路F21为同相施密特电路，控制脉冲M1(图9中B3点)直接连接至开关T22的电平控制端；控制脉冲M1经过反相器F22后(图9中点)连接至开关T21的电平控制端。图9所示实施例2与图7所示的实施例1结构类似，不同之处一是电容C21的一端接施密特电路的输入端，另外一端连接至直流工作电源+VCC，不同之处二是按照脉冲信号流向关系，快速放电开关的串联位置在快速放电二极管与充电电阻的并联电路的后面，即开关T21串联在二极管D21与电阻R21并联电路的后面。实施例2的工作原理与实施例1相同。

如图10所示为抗扰单元实施例3，快速放电二极管、充电电阻分别为二极管D31、电阻R31，快速充电二极管、放电电阻分别为二极管D32、电阻R32，快速放电开关与快速充电开关为数字控制的多路模拟开关T31，T31的常开开关为快速放电开关，常闭开关为快速充电开关；二极管D31、电阻R31与多路模拟开关T31的常开开关(图10中C1)组成快速放电电路，二极管D32、电阻R32与多路模拟开关T31的常闭开关(图10中C0)组成快速充电电路；电容为电容C31，电容C31的一端接施密特电路的输入端，即F31的输入端C2，另外一端连接至公共地。施密特电路F31为反相施密特电路，要求控制脉冲M1的高电平控制快速放电开关接通、快速充电开关关断，低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通；图10中，控制脉冲M1(图10中C3点)直接连接至多路模拟开关T31的数字控制端，控制脉冲M1的高电平控制多路模拟开关T31的常开开关接通、常闭开关关断，即控制脉冲M1的高电平控制快速放电开关接通、快速充电开关关断；控制脉冲M1的低电平控制多路模拟开关T31的常开开关关断、常闭开关接通，即控制脉冲M1的低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通。

数字控制的多路模拟开关可以选择CD4051、CD4052、CD4053等不同型号的器件。实施例3中，T31选择数字控制的2通道模拟开关CD4053。

图11为抗扰单元实施例3的开关脉冲和控制脉冲波形。图11中，P1为开关脉冲，M1为控制脉冲，当P1低电平为正常的负宽脉冲时，图10中C2点电位与脉冲输入端C4点低电平电位一致，M1为高电平，T31常开开关接通、常闭开关关断。正窄脉冲31的高电平通过充电电阻R31对电容C31充电，使C2点电位上升；由于窄脉冲31的宽度小于时间T1，C2点电位在窄脉冲31结束时仍低于施密特电路F31的上限门槛电压，因此，M1维持为高电平，T31状态维持；窄脉冲31结束，C4点重新变为低电平且通过快速放电二极管D31使电容C31快速放电，使C2点电位与C4点低电平电位一致，恢复至窄脉冲31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32、正窄脉冲33的宽度均小于时间T1，因此，当窄脉冲32、窄脉冲33中的每一个结束时，M1维持为高电平，C4点重新变为低电平且通过快速放电二极管D31使电容C31快速放电，使C2点电位与C4点低电平电位一致。

脉冲34为正常的正宽脉冲，P1在上升沿40之后维持高电平时间达到T1时，P1的高电平通过充电电阻R31对电容C31充电，使C2点电位上升达到施密特电路F31的上限门槛电压，施密特电路F31输出M1在下降沿45处从高电平变为低电平，使T31常开开关关断、常闭开关接通；C4点的高电平通过快速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与C4点高电平电位一致，M1维持为低电平。

负窄脉冲35的低电平通过放电电阻R32对电容C31放电，使C2点电位下降；由于窄脉冲35的宽度小于时间T2，C2点电位在窄脉冲35结束时仍高于施密特电路F31的下限门槛电压，因此，M1维持为低电平，T31状态维持；窄脉冲35结束，C4点重新变为高电平且通过快速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与C4点高电平电位一致，恢复至窄脉冲31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36、负窄脉冲37、负窄脉冲38的宽度均小于时间T2，因此，当窄脉冲36、窄脉冲37、窄脉冲38中的每一个结束时，M1维持为低电平，C4点重新变为高电平且通过快速充电二极管D32使电容C31快速充电，使C2点电位与C4点高电平电位一致。

P1在下降沿41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，P1的低电平通过放电电阻R32对电容C31放电，使C2点电位下降达到施密特电路F31的下限门槛电压，施密特电路F31输出M1在上升沿46处从低电平变为高电平，使T31常开开关接通、常闭开关关断；C4点的低电平通过快速放电二极管D31使电容C31快速放电，使C2点电位与C4点低电平电位一致，M1维持为高电平。P1的负宽脉冲39宽度大于T2，在负宽脉冲39的上升沿42之后维持高电平时间达到T1时，M1在下降沿47处从高电平变为低电平。

抗扰单元将P1信号中的窄脉冲31、窄脉冲32、窄脉冲33、窄脉冲35、窄脉冲36、窄脉冲37、窄脉冲38都过滤掉，而正宽脉冲34、负宽脉冲39能够通过，使M1信号中出现相应的、且与P1反相的负宽脉冲43和正宽脉冲44。窄脉冲31、窄脉冲32、窄脉冲33为正窄脉冲，其中窄脉冲31为干扰脉冲，窄脉冲32、窄脉冲33为连续的触点抖动脉冲。窄脉冲35、窄脉冲36、窄脉冲37、窄脉冲38为负窄脉冲，其中窄脉冲35为干扰脉冲，窄脉冲36、窄脉冲37、窄脉冲38为连续的触点抖动脉冲。

图11中，时间T1为抗扰单元能够过滤的输入的最大正窄脉冲宽度，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10中，充电时间常数为充电电阻R31与电容C31的乘积。时间T2为抗扰单元能够过滤的输入的最大负窄脉冲宽度。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10中，放电时间常数为放电电阻R32与电容C31的乘积。

图10中，多路模拟开关T31采用的是分配器接法，由数字信号C3控制开关脉冲P1分配至快速放电电路或者是快速充电电路；多路模拟开关T31也可以采用选择器接法，即开关脉冲P1同时送至快速放电电路与快速充电电路，由数字信号控制选择快速放电电路或者是快速充电电路的信号连接至施密特电路。

图10中，电容C31接公共地的一端也可以改接在抗扰单元的供电电源端，即接在直流工作电源+VCC。

图10中，施密特电路F31也可以选择同相施密特电路。

图12所示为抗扰单元实施例4，快速放电二极管、充电电阻分别为二极管D41、电阻R41，快速充电二极管、放电电阻分别为二极管D42、电阻R42，快速放电开关与快速充电开关为数字控制的多路模拟开关T41；电容为电容C41，电容C41的一端接施密特电路的输入端，即F41的输入端D2，另外一端连接至公共地。实施例4与实施例3的结构类似，不同之处在于一是多路模拟开关T41采用了选择器接法，选择器接法与分配器接法从工作原理上没有什么不同；二是施密特电路F41为同相施密特电路，控制脉冲M1与开关脉冲P1同相，控制脉冲M1(图12中D3点)直接连接至多路模拟开关T41的数字控制端，所以T41的常闭开关为快速放电开关，常开开关为快速充电开关；二极管D41、电阻R41与多路模拟开关T41的常闭开关(图12中D0)组成快速放电电路，二极管D42、电阻R42与多路模拟开关T41的常开开关(图12中D1)组成快速充电电路。

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。

对自复位开关进行操作时，正常的触点抖动时间低于20ms，而正常的开关脉冲宽度不小于100ms；两次操作之间的间隔也不会小于100ms。他地控制开关中的自复位开关全部都通过长连接线连接至本地控制开关中，有可能产生高频干扰脉冲。抗扰单元允许宽度大于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20ms至100ms，典型值均取50ms时，能够有效地将开关触点抖动干扰以及他地控制的线路高频干扰脉冲滤除。

Claims (9)

1.一种多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：

包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元；

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、单火线输出端、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单火线通断控制信号输出端和控制脉冲输入端；所述单火线通断控制信号输出端连接至单火线通断控制信号输入端；

所述抗扰单元设置有控制脉冲输出端和开关脉冲输入端；所述控制脉冲输出端连接至控制脉冲输入端；

所述多地开关单元设置有开关脉冲输出端，所述开关脉冲输出端连接至开关脉冲输入端；

所述抗扰单元包括快速放电电路、快速充电电路、电容、施密特电路；

所述快速放电电路的输入为开关脉冲，输出端连接至施密特电路输入端；

所述快速充电电路的输入为开关脉冲，输出端连接至施密特电路输入端；

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；

所述施密特电路的输出端为控制脉冲输出端；

所述快速放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电开关；所述快速放电二极管与充电电阻并联后，再与快速放电开关串联；所述快速充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电开关；所述快速充电二极管与放电电阻并联后，再与快速充电开关串联。

2.根据权利要求1所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述单火线通断控制模块由可控交流开关电路组成；所述可控交流开关电路由单火线通断控制信号输入端输入的单火线通断控制信号控制。

3.根据权利要求1所述的多地自复位开关控制的单火线开关，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多地开关单元、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多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。

4.根据权利要求1所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述多地开关单元包括1个以上并联的自复位开关，输出开关脉冲。

5.根据权利要求1－4中任一项所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述快速放电二极管的单向电流流向为从快速放电电路输出端流向输入端；所述快速充电二极管的单向电流流向为从快速充电二极管输入端流向输出端；所述快速放电开关、快速充电开关由控制脉冲控制。

6.根据权利要求5所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述快速放电开关、快速充电开关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开关接通、快速充电开关关断，控制脉冲的高电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通；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开关接通、快速充电开关关断，控制脉冲的低电平控制快速放电开关关断、快速充电开关接通。

7.根据权利要求5所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述快速放电开关和快速充电开关为数字控制的多路模拟开关，或者是均为电平控制的双向模拟开关。

8.根据权利要求5所述的多地自复位开关控制的单火线开关，其特征在于：所述抗扰单元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，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。

9.根据权利要求8所述的多地自复位开关控制的单火线开关，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。