CN106879147B - 一种单火线全功率触摸开关电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种单火线全功率触摸开关电路，包括直流电源单元、人体电容触摸检测单元、串设在主电路中的主开关元件以及主开关元件控制单元，所述主开关元件包括一个双向晶闸管、一个继电器KA，所述双向晶闸管和继电器的常开触头并联后串设在主电路中。本发明通过在开关电路中以并联的方式同时在主电路中串设双向晶闸管和继电器的常开触头，负载检测电路通过检测负载电流将储能电容充电至设定电压值的时间判断开关电路负载，电路结构非常简单且工作可靠，产品成本低廉，在小负载状态下，所述屏蔽电路屏蔽所述人体电容触摸检测单元输出至继电器控制电路输入端的开启控制信号从而断开继电器，而在大负载状态下，保持开启控制信号从而闭合继电器，因此同时适合大小功率的负载，应用前景广阔。

Description

一种单火线全功率触摸开关电路

技术领域

本发明涉及一种墙壁触摸开关控制电路，特别是单火线全功率触摸开关电路。

背景技术

墙壁触摸开关外形美观、大方，触摸无磨损，使用寿命长，防尘、隔水安全可靠，深受广大用户的喜爱，因此应用越来越为广泛。墙壁触摸开关控制的用电器根据其额定功率的大小分为小功率开关和大功率开关，通常额定功率在200W以下为小功率开关，大于500W为大功率开关。根据开关电路中作为负载电流主要通路的主电路中采用的主开关元件的不同，现有的墙壁触摸开关大体分为KA式触摸开关和SCR式触摸开关两种，分别以继电器（KA）和双向晶闸管作为主开关元件。由于其采用的主开关元件的特性不同，两种类型的触摸开关各有优点和不足：1）双向晶闸管（SCR）式触摸开关可设为零电压开关，驱动电流小，控制小功率灯具时无频闪和微亮的优点，但是双向晶闸管受到散热能力的限制，通常只适合控制500W以下负载，不能兼顾大功率负载；2）继电器式触摸开关能够使用在大功率用电器的场合，但是继电器式触摸开关线圈耗电大，不能兼顾小功率负载，且开关的开通、关断随机，电流冲击大、电磁干扰大、难以满足EMC的要求；采用磁保持继电器虽然大小功率能兼顾，但价格是普通继电器的3~4倍，性价比低，难以实现平民化，影响开关的应用领域。

发明内容

本发明的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种结构简单、成本低、且同时适合小功率和大功率负载的单火线全功率触摸开关电路。

为实现上述目的，本发明提供了一种单火线全功率触摸开关电路，包括直流电源单元、人体电容触摸检测单元、串设在主电路中的主开关元件以及主开关元件控制单元，其特征在于：所述主开关元件包括一个双向晶闸管、一个继电器，所述双向晶闸管和继电器的常开触头并联后串设在主电路中；所述主开关元件控制单元包括晶闸管控制电路、继电器控制电路及负载检测和屏蔽电路；所述主开关元件控制单元中的继电器控制电路包括第一开关三极管和由施密特反相器构成的第一整形电路，所述继电器线圈与第一开关三极管串联后连接在工作电源两极之间，所述第一开关三极管的控制极与电源负极之间连接有第一下拉电阻构成所述继电器驱动电路, 所述第一整形电路输出端与第一开关三极管的控制极连接，第一RC充放电电路为慢放快充充放电电路，设置在第一整形电路输入端，所述第一RC充放电电路包括第二放电电阻、第三储能电容和第一充电二极管,所述第三储能电容连接在第一整形电路输入端和工作电源负极之间，所述第二放电电阻和第一充电二极管并联后连接在人体电容触摸检测单元输出端和第一整形电路输入端之间，第一充电二极管阳极端与人体电容触摸检测单元输出端连接；

所述主开关元件控制单元中的晶闸管控制电路包括第一放大三极管、光电耦合器、第一限流电阻和由施密特反相器构成的第二整形电路，所述光电耦合器输入侧与第一放大三极管和第一限流电阻串联后连接在工作电源两极之间，所述光电耦合器的输出侧触发双向晶闸管触发极，第一放大三极管极与所述第二整形电路输出端连接构成触发电路；第二RC充放电电路为快放慢充充放电电路，设置在第二整形电路输入端，所述第二RC充放电电路包括第二充电电阻、第二储能电容和第一放电二极管,所述第二充电电阻和第一放电二极管并联并与第二储能电容后连接在人体电容触摸检测单元输出端和工作电源负极之间，第一放电二极管阴极与人体电容触摸检测单元输出端连接，所述第二充电电阻和第一放电二极管并联支路与第二储能电容的连接点经过输入电阻与第二整形电路输入端连接；

负载检测和屏蔽电路包括所述第一储能电容、第一分压电阻、第二分压电阻、由施密特反相器构成的第三整形电路、第四隔离二极管和第三限流电阻，所述第一储能电容同时作为采样电容，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后连接在第四充电二极管阳极和工作电源负极之间，分压支路的分压点与第三整形电路的输入端连接，所述第三整形电路的输出端经过第四隔离二极管和第三限流电阻与所述第一整形电路输入端连接；

所述人体电容触摸检测单元输出端与晶闸管控制电路及继电器控制电路的输入端连接；所述负载检测和屏蔽电路包括一个串接在主电路中的采样电容，通过检测负载电流将储能电容充电至设定电压值的时间判断开关电路负载，在小负载状态下，所述负载检测和屏蔽电路屏蔽所述人体电容触摸检测单元输出至继电器控制电路输入端的开启控制信号。

本发明通过在开关电路中以并联的方式同时在主电路中串设作为主开关元件的双向晶闸管和继电器的常开触头，主开关元件控制单元包括晶闸管控制电路、继电器控制电路及负载检测和屏蔽电路；负载检测和屏蔽电路通过检测负载电流将储能电容充电至设定电压值的时间判断开关电路负载，使得负载检测电路结构非常简单且工作更加可靠，产品成本低廉，在小负载状态下，屏蔽人体电容触摸检测单元输出至继电器控制电路输入端的开启控制信号从而断开继电器，而在大负载状态下，保持开启继电器控制信号从而闭合继电器，因此同时适合大小功率的负载，应用前景广阔。

下面将结合附图及具体实施例对本发明作进一步的说明。

附图说明

附图1为本发明具体实施例1电路原理图；

附图2为本发明具体实施例2电路原理图；

附图3为本发明具体实施例3电路原理图；

附图4为本发明具体实施例4电路原理图。

具体实施方式

本发明的单火线全功率触摸开关电路包括直流电源单元、人体电容触摸检测单元、串设在主电路中的主开关元件以及主开关元件控制单元，所述主开关元件包括一个双向晶闸管、一个继电器KA，所述双向晶闸管和继电器的常开触头并联后串设在主电路（即负载电流的通道）中；所述主开关元件控制单元包括晶闸管控制电路、继电器控制电路及负载检测和屏蔽电路，所述人体电容触摸检测单元输出端与晶闸管控制电路及继电器控制电路的输入端连接，以同时向晶闸管控制电路及继电器控制电路发出导通（闭合）或截止（断开）的控制信号，负载检测和屏蔽电路再根据检测到的负载功率的大小确定是否屏蔽其中继电器控制电路的导通（闭合）控制信号；人体电容触摸检测单元的输出信号根据晶闸管控制电路和继电器控制电路的要求可以是脉冲信号，也可以是电平信号。所述负载检测和屏蔽电路包括一个串接在主电路中的采样电容，负载检测和屏蔽电路通过检测负载电流将储能电容充电至设定电压值的时间判断开关电路负载，在小负载状态下，所述屏蔽电路屏蔽所述人体电容触摸检测单元输出至继电器控制电路输入端的开启控制信号，使得电路在小负载时，双向晶闸管导通，继电器KA的常开触头断开，在大负载时，双向晶闸管截止，继电器KA的常开触头闭合。所述切换控制电路可以采用以单片机为核心的单片微型计算机系统或PLC实现，但是这会导致成本增加，同时单片微型计算机系统内部的控制程序也存在出错或死机的风险。

具体实施例1：

如图1所示，本具体实施例中，所述人体电容触摸检测单元由电容输入电路和电容触摸检测电路组成，并以电平的信号方式进行控制，以提高抗干扰能力。所述电容输入电路由触摸片M和触发灵敏度调节电容组成，电容输入电路由触摸片M和触发灵敏度调节电容C8组成，所述触发灵敏度调节电容C8一端接电源负极，另一端与触摸片M连接并同时作为电容输入电路的输出端，触摸片M由导电金属片制成，通过设置合适的灵敏度调节电容C8，可以得到合适的触摸灵敏度，防止误触发，灵敏度调节电容C8通常选择30-47pF为宜；所述电容触摸检测电路由单通道电容触摸开关集成电路U1为核心组成的双稳态电路构成，单通道电容触摸开关集成电路U1可选用如RH6030、TTP223、ASC0111B，SOT23-6等集成芯片，本具体实施例选用RH6030，单通道电容触摸开关集成电路U1的第4、5、6脚连接到直流电源的正极，第2脚连接到直流电源的负极，触摸片M与单通道电容触摸开关集成电路U1的第3脚连接，触发灵敏度调节电容C1连接在单通道电容触摸开关集成电路U1的第2脚和第3脚之间构成初始输出为高电平的双稳态电路，单通道电容触摸开关集成电路U1的第1脚为输出端，当所述电容触摸检测电路的输入端电容增加时，所述电容触摸检测电路的输出端电平翻转。

所述直流电源单元包括充电电路、预稳压电路和精稳压电路，预稳压电路包括第一储能电容C3、稳压开关管V4、第四反相器U3-2、第五反相器U3-1、第三下拉电阻R3、第一上拉电阻R20、第一阈值稳压二极管VD3和第三隔离二极管VD8，所述稳压开关管V4选用场效应管，优选为低压驱动场效应管，所述稳压开关管V4的源极和漏极与所述双向晶闸管和继电器KA的常开触头并联支路串联后形成主电路中，两端作为电路的对外连接点L1、L，所述第四反相器U3-2的输入端与工作电源负极之间连接有第二下拉电阻R4，所述第一阈值稳压二极管VD3连接在第四反相器U3-2的输入端与第一储能电容C3正极端之间，第一阈值稳压二极管VD3的阴极与第一储能电容C3正极端连接，所述第三隔离二极管VD8连接在第四反相器U3-2的输出端与第五反相器U3-1输入端之间，所述第三隔离二极管VD8阴极连接在第四反相器U3-2的输出端上对第四反相器U3-2的高电平输出进行隔离，所述第三下拉电阻R3连接在第五反相器U3-1输入端工作电源负极之间，所述第一上拉电阻R20连接在第五反相器U3-1输入端工作电源正极之间，第五反相器U3-1输出端与稳压开关管V4栅极连接；所述精稳压电路包括滤波电容C1、三端稳压器U2和第一储能电容C3，所述滤波电容C1连接在三端稳压器U2输出端和工作电源负极之间，所述第一储能电容C3连接在三端稳压器U2输入端；所述充电电路包括第三充电二极管VD2、第四充电二极管VD5、第二限流电阻R1，第三充电二极管VD2与第二限流电阻R1串联后连接在双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路的一端及第一储能电容C3的正极端之间构成第一电源充电支路，第四充电二极管VD5阳极连接在双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路的另一端，第四充电二极管VD5负极连接在第一储能电容C3的正极端构成第二电源充电支路。

所述主开关元件控制单元中的继电器控制电路包括第一开关三极管V3和由施密特反相器构成的第一整形电路。所述第一整形电路根据输入与输出的电平关系确定施密特反相器的数量，所述第一整形电路的输入电平要求与输出电平相反，因此仅由第一反相器U5-3构成所述第一整形电路，第一开关三极管V3优选低压驱动稳压开关管，所述继电器KA线圈与第一开关三极管V3漏极串联后连接在工作电源两极之间，第一开关三极管V3的源极与工作电源负极连接，所述第一反相器U5-3（第一整形电路）输出端与第一开关三极管V3的控制极（即栅极）连接，所述第一开关三极管V3的控制极与工作电源负极之间连接有第一下拉电阻R13,所述第一反相器U5-3（第一整形电路）输入端设有慢放快充的第一RC充放电电路，所述第一RC充放电电路包括第二放电电阻R8、第三储能电容C6和第一充电二极管VD10,所述第三储能电容C6连接在第一反相器U5-3（第一整形电路）输入端和工作电源负极之间，所述第二放电电阻R8和第一充电二极管VD10并联后连接在人体电容触摸检测单元输出端和第一反相器U5-3（第一整形电路）输入端之间，第一充电二极管VD10阳极端与人体电容触摸检测单元输出端连接。这样的设置，当人体电容触摸检测单元输出高电平信号时，可经过第一充电二极管VD10对第三储能电容C6快速充电至高电平，当人体电容触摸检测单元输出低电平信号时，第三储能电容C6中电量经过第二放电电阻R8延时释放，达到慢放快充，这样以保证继电器相对于双向晶闸管VT1后接通、先断开，避免产生火花和电磁干扰。

所述主开关元件控制单元中的晶闸管控制电路包括第一放大三极管V2、光电耦合器OP1、第一限流电阻R12和由施密特反相器构成的第二整形电路，同样地，所述第二整形电路根据输入与输出的电平关系确定施密特反相器的数量，本第二整形电路由一个施密特反相器第二反相器U5-1构成。单火线全功率触摸开关电路在零电压状态导通，零电流状态关断是最理想的工作模式，因为是零电压，对应刚导通的电流很小，电磁干扰小，而零电流状态关断，触头之间就不会产生火花，可以延长继电器KA的使用寿命，因此，所述光电耦合器OP1优选电压过零导通型的光电耦合器，第一放大三极管V2根据具体情况选择型号，本具体实施例中为NPN型，所述光电耦合器OP1输入端串接在第一放大三极管V2的集电极上，第一限流电阻R12串联在第一放大三极管V2的发射极上，然后连接在工作电源两极之间构成放大电路，所述光电耦合器OP1的输出侧两端串联第四限流电阻R14后连接在双向晶闸管VT1的G极和T2之间控制所述双向晶闸管VT1，所述第二反相器U5-1（第二整形电路）输入端设有快放慢充的第二RC充放电电路，所述第二RC充放电电路包括第二充电电阻R7、第二储能电容C5和第一放电二极管VD11,所述第二充电电阻R7和第一放电二极管VD11并联并与第二储能电容C5后连接在人体电容触摸检测单元输出端和工作电源负极之间，第一放电二极管VD11阴极与人体电容触摸检测单元输出端连接，所述第二充电电阻R7和第一放电二极管VD11并联支路与第二储能电容C5的连接点经过输入电阻R17与第二反相器U5-1（第二整形电路）输入端连接，所述第二反相器U5-1（第二整形电路）输出端与第一放大三极管V2基极连接，这样的设置，当人体电容触摸检测单元输出低电平信号时，第二储能电容C5中电量经过第一放电二极管VD11快速放电至低电平，当人体电容触摸检测单元输出高电平信号时，经过第二充电电阻R7对第二储能电容C5延时充电至高电平，这样以保证继电器相对于双向晶闸管VT1后接通、先断开，避免产生火花和电磁干扰。

负载检测和屏蔽电路包括第一储能电容C3、第一分压电阻R10、第二分压电阻R11、由施密特反相器构成的第三整形电路、第四隔离二极管VD14和第三限流电阻R18，所述第一储能电容C3同时作为采样电容，所述第一分压电阻R10和第二分压电阻R11串联后的分压支路连接在第四充电二极管VD5阳极和工作电源负极之间，所述第三整形电路由两个施密特反相器第六反相器U5-4和第七反相器U5-5串接构成，所述分压支路的分压点与第七反相器U5-5的（第三整形电路）输入端连接，所述第六反相器U5-4的（第三整形电路）输出端经过第四隔离二极管VD14和第三限流电阻R18与所述第一反相器U5-3（第一整形电路）输入端连接。

所述直流电源单元工作原理如下：本电路与负载一起串接在火线中，初始状态下，市电经过第三充电二极管VD2与第二限流电阻R1串联后构成第一电源充电支路对第一储能电容C3的充电，第一储能电容C3上电压逐步上升，当上升至第一阈值稳压二极管VD3的击穿电压（稳压值）时，由于第二限流电阻R1取值较大，充电电流很小，因此第一储能电容C3上的电压不再上升，电压基本保持稳定。

当有人触摸所述触摸片M后，人体电容触摸检测单元的输出转变为低电平，第二储能电容C5中的高电平经过第一放电二极管VD11快速放电至低电平，再经过第二反相器U5-1后翻转为高电平，第一放大三极管V2导通，光电耦合器OP1输入侧流过电流，输出侧流过触发电流，双向晶闸管VT1即时导通；同时，第三储能电容C6中的高电平信号通过第二放电电阻R8延时释放至低电平，再经过第一反相器U5-3后翻转为高电平，第一开关三极管V3导通，继电器KA延时吸合，负载上有电流，同时该负载电流经过双向晶闸管VT1和/或继电器KA触头后，则第五反相器U3-1输入高电平，输出低电平，稳压开关管V4截止，负载电流经过第四充电二极管VD5对第一储能电容C3进行充电，当充电至第一储能电容C3上的电压（VCC1）大于第一阈值稳压二极管VD3的稳压值与第五反相器U3-1开通电压之和时，第一阈值稳压二极管VD3反向击穿导通，第四反相器U3-2的输入端变为高电平，输出变为低电平，并将第五反相器U3-1输入端下拉至低电平，第五反相器U3-1输出变为高电平，驱动稳压开关管V4导通，负载电流经过双向晶闸管VT1和/或继电器KA触头及稳压开关管V4流出，停止对第一储能电容C3充电。当第一储能电容C3上的电压由于内部电路的消耗逐渐减低至第一阈值稳压二极管VD3稳压值与第五反相器U3-1关断电压之和以下时，第一阈值稳压二极管VD3恢复截止时，由于存在第一上拉电阻R20，所述第五反相器U3-1输入端输入端变为高电平，输出端变为低电平，稳压开关管V4恢复截止，在市电为正半周时，又恢复对第一储能电容C3充电，周而复始，使得第一储能电容C3上的电压基本稳定，电压值基本与第一阈值稳压二极管VD3稳压值相关，每次充电的时间与负载电流（即负载）有关，负载越大，充电的时间越短，反之，负载越小，充电的时间越长。第一储能电容C3上的电压再经过三端稳压器U2的进一步稳压后输出稳定的工作电源VCC2为其他电路供电。

负载检测和屏蔽电路工作原理如下：由直流电源单元工作原理可知，在本单火线全功率触摸开关电路处于开通状态时，负载电流通过第四充电二极管VD5对第一储能电容C3进行充电，当充电至第一储能电容C3上的电压（VCC1）大于第一阈值稳压二极管VD3的稳压值与第五反相器U3-1开通电压之和时，第四反相器U3-2的输入端变为高电平，输出变为低电平，并将第五反相器U3-1输入端下拉至低电平，第五反相器U3-1输出变为高电平，驱动稳压开关管V4导通，也即分压支路的电压为零，经过第六反相器U5-4和第七反相器U5-5串接构成第三整形电路整形后输出为低电平，该低电平由于第四隔离二极管VD14的隔离作用，第三储能电容C6无法经过第四隔离二极管VD14放电，放电电流只能经过第二放电电阻R8延时释放。

当第一储能电容C3上的电压由于内部电路的消耗逐渐减低至第一阈值稳压二极管VD3稳压值与第五反相器U3-1关断电压之和以下，所述第四反相器U3-2的输入端变为低电平，输出端变为高电平，第三隔离二极管VD8将第四反相器U3-2的输出端与第五反相器U3-1输入端隔离，由于存在第一上拉电阻R20，所述第五反相器U3-1输入端输入端变为高电平，输出端变为低电平，稳压开关管V4恢复截止，在市电为正半周时，负载电流通过第四充电二极管VD5再次恢复对第一储能电容C3充电，周而复始。

所述第一分压电阻R10和第二分压电阻R11串联后的分压支路的分压电压由零升高至高电平，经过第六反相器U5-4和第七反相器U5-5串接构成第三整形电路整形后输出由低电平变为高电平，周而复始，形成脉冲列，对第三储能电容C6充电，脉冲的宽度与负载电流的大小成反比，也就是说当负载为大负载时，脉冲的宽度较小，不足以补充第三储能电容C6经过第二放电电阻R8释放的电流，第三储能电容C6上电压变低，第一反相器U5-3输出翻转为高电平，第一开关三极管V3导通，继电器KA吸合，触头延时闭合；反之，当负载为小负载时，脉冲的宽度较大，足以补充第三储能电容C6经过第二放电电阻R8释放的电流，第三储能电容C6上电压维持高电平，第一反相器U5-3输出翻转为低电平，第一开关三极管V3截止，继电器KA失电，触头断开，而双向晶闸管VT1保持导通。

本单火线全功率触摸开关电路工作原理如下：本电路中，第三充电二极管VD2阳极端及相连的双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路的一端L1作为开关电路的一个接线端，工作电源的负极端L作为开关电路的另一个接线端。本电路与负载一起串接在火线中，初始状态下，市电经过第三充电二极管VD2与第二限流电阻R1串联后构成第一电源充电支路对第一储能电容C3的充电，再经过三端稳压器U2稳压后输出，为人体电容触摸检测单元和第五反相器U3-1等提供工作电源，此时，第五反相器U3-1的输入端由于第三下拉电阻R3存在为低电平，第五反相器U3-1的输出端输出高电平，稳压开关管V4导通。人体电容触摸检测单元的初始输出为高电平，该高电平信号通过第一充电二极管VD10对第三储能电容C6快速充电至高电平，再经过第一反相器U5-3后翻转为低电平，第一开关三极管V3截止，继电器KA触头保持断开；同时，人体电容触摸检测单元输出的高电平经过第二充电电阻R7对第二储能电容C5充电至高电平，再经过第二反相器U5-1后翻转为低电平，第一放大三极管V2截止，光电耦合器OP1输入侧没有电流，输出侧没有触发电流，双向晶闸管VT1截止，因此负载上没有电流。

当人们触摸一次触摸片M后，人体电容触摸检测单元的输出转变为低电平，第二储能电容C5中的高电平经过第一放电二极管VD11快速放电至低电平，再经过第二反相器U5-1后翻转为高电平，第一放大三极管V2导通，光电耦合器OP1输入侧流过电流，输出侧流过触发电流，双向晶闸管VT1先于继电器KA即时导通；同时，第三储能电容C6中的高电平信号通过第二放电电阻R8延时释放至低电平，再经过第一反相器U5-3后翻转为高电平，第一开关三极管V3导通，继电器KA延时吸合，触头延时闭合；双向晶闸管VT1导通和触头闭合，因此，负载上有电流。

当人们再一次触摸触摸片M后，人体电容触摸检测单元的输出再次翻转，重新为高电平，该高电平信号通过第一充电二极管VD10对第三储能电容C6快速充电至高电平，再经过第一反相器U5-3后翻转为低电平，第一开关三极管V3截止，继电器KA触头即时断开；同时，人体电容触摸检测单元输出的高电平经过第二充电电阻R7对第二储能电容C5延时充电至高电平，再经过第二反相器U5-1后翻转为低电平，第一放大三极管V2截止，光电耦合器OP1输入侧没有电流，输出侧没有触发电流，双向晶闸管VT1在继电器KA触头断开后截止，切断负载上电流。

具体实施例2：

具体实施例1中的单火线全功率触摸开关电路虽然达到了同时适合大小功率的负载的目的，当负载为大功率负载时，双向晶闸管VT1和继电器KA同时导通，但是应优选继电器KA单独导通，而双向晶闸管VT1断开，这样可以减少直流工作电流和延长双向晶闸管VT1使用寿命。为了达到上述目的，如图2所示，本具体实施例中在具体实施例1基础上优选还设有封锁电路。所述封锁电路包括第三反相器U5-2、第三RC充放电电路、第二放电二极管VD13、第二充电二极管VD9和第一隔离二极管VD12，所述第三RC充放电电路包括第一放电电阻R9、第四储能电容C7，所述第四储能电容C7连接在第三反相器U5-2输入端和工作电源负极之间，所述第二充电二极管VD9连接在人体电容触摸检测单元输出端和第三反相器U5-2输入端之间，第二充电二极管VD9的阳极与人体电容触摸检测单元输出端连接，所述第一放电电阻R9和第二放电二极管VD13串联后连接在第三反相器U5-2输入端和第一开关三极管V3的输出端之间，第二放电二极管VD13阴极与第一开关三极管V3的输出端即漏极连接，所述第三反相器U5-2输出端经过第一隔离二极管VD12连接在第二反相器U5-1输入端上。设置第三RC充放电电路是为了保证有足够的时间先让继电器KA的常开触头可靠地闭合后，再断开双向晶闸管VT1。

封锁电路工作原理如下：当人体电容触摸检测单元的输出转变为低电平，第三储能电容C6中的高电平信号通过第二放电电阻R8延时释放至低电平，再经过第一反相器U5-3后翻转为高电平，使第一开关三极管V3导通，继电器KA吸合触头闭合后，第四储能电容C7中的高电平信号通过第一放电电阻R9、第二放电二极管VD13和第一开关三极管V3延时释放至低电平，第三反相器U5-2输出转变为高电平，该高电平经过第一隔离二极管VD12输入到第二反相器U5-1输入端上，进而第二反相器U5-1输出低电平，第一放大三极管V2截止，光电耦合器OP1输入侧没有电流，输出侧没有触发电流，双向晶闸管VT1截止，有利于双向晶闸管VT1散热，延长使用寿命，而继电器KA保持吸合，触头继续闭合，为负载电流提供通路。

具体实施例3：

本开关电路在具体实施例1或2的基础上进一步还包括正电压过零充电控制电路，本具体实施例中，在具体实施例2基础上还设置有正电压过零充电控制电路，如图3所示，所述正电压过零充电控制电路包括比较器U4A、第五限流电阻R2、第二上拉电阻R16和微分电容C10，所述比较器U4A的反相输入端与工作电源负极连接，所述第五限流电阻R2连接在第四充电二极管VD5阳极和比较器U4A的同相输入端之间，所述微分电容C10连接在比较器U4A的输出端和第五反相器U3-1输入端之间，所述第二上拉电阻R16连接在工作电源正极和比较器U4A的输出端之间。

正电压过零充电控制电路工作原理如下：当有人触摸所述触摸片M后，人体电容触摸检测单元的输出转变为低电平，稳压开关管V4、双向晶闸管VT1或继电器KA导通，负载上有电流，在市电从负半周转为正半周时，稳压开关管V4上的正向压降使比较器U4A输出变为高电平，经过微分电容C10使第五反相器U3-1输入端变为高电平，输出端变为低电平，稳压开关管V4截止，负载电流经过第四充电二极管VD5对第一储能电容C3进行充电，当充电至第一储能电容C3上的电压（VCC1）大于第一阈值稳压二极管VD3的稳压值与第五反相器U3-1开通电压之和时，第四反相器U3-2的输入端变为高电平，输出变为低电平，并将第五反相器U3-1输入端下拉至低电平，第五反相器U3-1输出变为高电平，驱动稳压开关管V4导通，负载电流经过双向晶闸管VT1和/或继电器KA触头及稳压开关管V4流出，停止对第一储能电容C3充电。在市电从正半周转为负半周时，比较器U4A输出变为低电平，微分电容C10电压为零，当市电从负半周再次转为正半周时，重复上述过程。

上述过程中对预稳压电路中对第一储能电容C3的充电方式，其优点是每次的充电均是在市电从负半周转为正半周时开始，充电冲击电流小，而停止充电期间，稳压开关管V4处于导通状态，压降低，发热少，温升低，因而有利于延长使用寿命，工作更加可靠。

具体实施例4：

由于专用的单通道电容触摸开关集成电路，如RH6030、TTP223、ASC0111B，SOT23-6等集成芯片在电源为2.5-5V时具有极小的工作电流，只有2-9μA，非常适合用于低功耗的单火线墙壁触摸开关电路，然而，此类专用的单通道电容触摸开关集成电路由于设计的原因也存在一个特点，即芯片在上电启动时，需要电源至少提供毫安级的电流，待芯片正常启动后，工作电流才会降至2-9μA。为了适应这类专用的单通道电容触摸开关集成电路对电源的要求，可以在具体实施例1-3的基础上再设置单独为人体电容触摸检测单元提供工作电源的检测单元独立电源。本具体实施例中，在具体实施例3基础上，直流电源单元中增设了单独为人体电容触摸检测单元提供工作电源的检测单元独立电源，如图4所示，所述检测单元独立电源包括第八反相器U3-3、第九反相器U3-4、反馈电阻R6、反馈电容C2、第四限流电阻R5和第二阈值稳压二极管VD4，所述第八反相器U3-3和第九反相器U3-4串联连接，所述反馈电容C2连接在第八反相器U3-3输入端和工作电源负极之间，所述反馈电阻R6连接在第八反相器U3-3输入端和第九反相器U3-4输出端之间形成正反馈，所述第四限流电阻R5与第二阈值稳压二极管VD4串联后连接在第八反相器U3-3输入端和第一储能电容C3的正极端之间，第二阈值稳压二极管VD4阴极连接在第一储能电容C3的正极端上，所述第九反相器U3-4输出端为人体电容触摸检测单元提供工作电源。

检测单元独立电源工作原理如下：当本电路与负载一起串接在火线中接通电源后，市电经过第三充电二极管VD2、第二限流电阻R1、第一储能电容C3的正极端串联构成第一电源充电支路对第一储能电容C3进行充电，当第一储能电容C3上电压（VCC1）未达到设定值时，第八反相器U3-3输入端为低电平，第九反相器U3-4输出也为低电平，检测单元独立电源无输出，无功耗；当第一储能电容C3上电压（VCC1）达到设定值时，经过反馈电阻R6的正反馈，第八反相器U3-3输入端快速转为高电平，第九反相器U3-4输出也为高电平，输出专供单通道电容触摸开关集成电路的工作电压VCC4。检测单元独立电源利用了大容量的第一储能电容C3为小电容C13充电以提供单通道电容触摸开关集成电路启动时所需的启动电流，电流结构简单成本低。

为了进一步减小待机状态的工作电流，本具体实施例中还设有待机节能电路，所述待机节能电路包括第二开关三极管V5、基极电阻R19，所述第二开关三极管V5发射极与所述人体电容触摸检测单元的工作电源正极连接，第二开关三极管V5基极经过基极电阻R19与人体电容触摸检测单元的输出端连接，所述第二开关三极管V5集电极作为输出端为所述比较器U4A提供工作电源。通过设置该待机节能电路，比较器U4A只有在人体电容触摸检测单元有被触摸导通状态时才会有工作电源，降低了待机电流。

对于个别特殊的负载，如负载为电感式日光灯时，本电路可能还会存在启辉过程中会导致第一储能电容C3电压下降，引起所述精稳压电路的输出电压不稳定，造成整个电路工作失常的现象。如图4所示，为了解决这个问题，本具体实施例中，在所述第一储能电容C3与三端稳压器U2输入端之间还串接有第五隔离二极管，所述三端稳压器U2输入端与工作电源负极之间并联有第五储能电容C4。当然，这个方案同样适合具体实施例1-3中的任何一种具体实施例，并达到同样的效果。

为了避免本全功率开关为适应大功率负载采用单一大功率继电器而到导致开关盒高度过高，以及减少电路PCB板的种类，本单火线全功率触摸开关电路中优选设有多个继电器KA，所述多个继电器KA为并联设置。

Claims (10)

1.一种单火线全功率触摸开关电路，包括直流电源单元、人体电容触摸检测单元、串设在主电路中的主开关元件以及主开关元件控制单元，其特征在于：所述主开关元件包括一个双向晶闸管、一个继电器，所述双向晶闸管和继电器的常开触头并联后串设在主电路中；所述主开关元件控制单元包括晶闸管控制电路、继电器控制电路及负载检测和屏蔽电路；所述主开关元件控制单元中的继电器控制电路包括第一开关三极管和由施密特反相器构成的第一整形电路，所述继电器线圈与第一开关三极管串联后连接在工作电源两极之间，所述第一开关三极管的控制极与电源负极之间连接有第一下拉电阻构成所述继电器驱动电路, 所述第一整形电路输出端与第一开关三极管的控制极连接，第一RC充放电电路为慢放快充充放电电路，设置在第一整形电路输入端，所述第一RC充放电电路包括第二放电电阻、第三储能电容和第一充电二极管,所述第三储能电容连接在第一整形电路输入端和工作电源负极之间，所述第二放电电阻和第一充电二极管并联后连接在人体电容触摸检测单元输出端和第一整形电路输入端之间，第一充电二极管阳极端与人体电容触摸检测单元输出端连接；

所述主开关元件控制单元中的晶闸管控制电路包括第一放大三极管、光电耦合器、第一限流电阻和由施密特反相器构成的第二整形电路，所述光电耦合器输入侧与第一放大三极管和第一限流电阻串联后连接在工作电源两极之间，所述光电耦合器的输出侧触发双向晶闸管触发极，第一放大三极管极与所述第二整形电路输出端连接构成触发电路；第二RC充放电电路为快放慢充充放电电路，设置在第二整形电路输入端，所述第二RC充放电电路包括第二充电电阻、第二储能电容和第一放电二极管,所述第二充电电阻和第一放电二极管并联并与第二储能电容后连接在人体电容触摸检测单元输出端和工作电源负极之间，第一放电二极管阴极与人体电容触摸检测单元输出端连接，所述第二充电电阻和第一放电二极管并联支路与第二储能电容的连接点经过输入电阻与第二整形电路输入端连接；

负载检测和屏蔽电路包括第一储能电容、第一分压电阻、第二分压电阻、由施密特反相器构成的第三整形电路、第四隔离二极管和第三限流电阻，所述第一储能电容同时作为采样电容，所述第一分压电阻和第二分压电阻串联后连接在第四充电二极管阳极和工作电源负极之间，分压支路的分压点与第三整形电路的输入端连接，所述第三整形电路的输出端经过第四隔离二极管和第三限流电阻与所述第一整形电路输入端连接；

所述人体电容触摸检测单元输出端与晶闸管控制电路及继电器控制电路的输入端连接；所述负载检测和屏蔽电路包括一个串接在主电路中的采样电容，通过检测负载电流将储能电容充电至设定电压值的时间判断开关电路负载，在小负载状态下，所述负载检测和屏蔽电路屏蔽所述人体电容触摸检测单元输出至继电器控制电路输入端的开启控制信号。

2.根据权利要求1所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：所述人体电容触摸检测单元由电容输入电路和电容触摸检测电路组成，所述电容输入电路由触摸片和触发灵敏度调节电容组成，所述触发灵敏度调节电容一端接电源负极，另一端与触摸片连接并同时作为电容输入电路的输出端；所述电容触摸检测电路为由单通道电容触摸开关集成电路为核心组成的双稳态电路构成，所述电容触摸检测电路的输入端电容增加时，输出端电平翻转；

所述直流电源单元包括充电电路、预稳压电路和精稳压电路，所述预稳压电路切换控制电路中的负载检测电路包括第一储能电容、稳压开关管、第四反相器、第五反相器、第三下拉电阻、第一阈值稳压二极管和第三隔离二极管，所述稳压开关管为场效应管，所述稳压开关管的源极和漏极与所述双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路串联后串设在主电路中，所述第四反相器的输入端与工作电源负极之间连接有第二下拉电阻，所述第一阈值稳压二极管连接在第四反相器的输入端与第一储能电容正极端之间，第一阈值稳压二极管的阴极与第一储能电容正极端连接，所述第三隔离二极管连接在第四反相器的输出端与第五反相器输入端之间，所述第三下拉电阻连接在第五反相器输入端工作电源负极之间，第五反相器输出端与稳压开关管栅极连接；所述精稳压电路包括滤波电容、三端稳压器和第一储能电容，所述滤波电容连接在三端稳压器输出端和工作电源负极之间，所述第一储能电容连接在三端稳压器输入端；所述充电电路包括第三充电二极管、第四充电二极管、第二限流电阻，第三充电二极管与第二限流电阻串联后连接在双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路的一端及第一储能电容的正极端之间构成第一电源充电支路，第四充电二极管阳极连接在双向晶闸管和继电器的常开触头并联支路的另一端，第四充电二极管负极连接在第一储能电容的正极端构成第二电源充电支路。

3.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：还设有封锁电路，所述封锁电路包括第三反相器、第三RC充放电电路、第二放电二极管、第二充电二极管和第一隔离二极管，所述第三RC充放电电路包括第一放电电阻、第四储能电容，所述第四储能电容连接在第三反相器输入端和工作电源负极之间，所述第二充电二极管连接在人体电容触摸检测单元输出端和第三反相器输入端之间，第二充电二极管的阳极与人体电容触摸检测单元输出端连接，所述第一放电电阻和第二放电二极管串联后连接在第三反相器输入端和第一开关三极管的输出端之间，第二放电二极管阴极与第一开关三极管的输出端连接，所述第三反相器输出端经过第一隔离二极管连接在第二反相器输入端上。

4.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：所述光电耦合器为零电压导通型光电耦合器。

5.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：所述稳压开关管为低压驱动场效应管。

6.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：还包括单独为人体电容触摸检测单元提供工作电源的检测单元独立电源，所述检测单元独立电源包括第八反相器、第九反相器、反馈电阻、反馈电容、第四限流电阻和第二阈值稳压二极管，所述第八反相器和第九反相器串联连接，所述反馈电容连接在第八反相器输入端和工作电源负极之间，所述反馈电阻连接在第八反相器输入端和第九反相器输出端之间形成正反馈，所述第四限流电阻与第二阈值稳压二极管串联后连接在第八反相器输入端和第一储能电容的正极端之间，第二阈值稳压二极管阴极连接在第一储能电容的正极端上，所述第九反相器输出端为人体电容触摸检测单元提供工作电源。

7.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：还包括正电压过零充电控制电路，所述正电压过零充电控制电路包括比较器、第五限流电阻、第二上拉电阻和微分电容，所述比较器的反相输入端与工作电源负极连接，所述第五限流电阻连接在第四充电二极管阳极和比较器的同相输入端之间，所述微分电容连接在比较器的输出端和第五反相器输入端之间，所述第二上拉电阻连接在工作电源正极和比较器的输出端之间。

8.根据权利要求7所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：还设有待机节能电路，所述待机节能电路包括第二开关三极管、基极电阻，所述第二开关三极管发射极与所述人体电容触摸检测单元的工作电源正极连接，第二开关三极管基极经过基极电阻与人体电容触摸检测单元的输出端连接，所述第二开关三极管集电极作为输出端为所述比较器提供工作电源。

9.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于：所述第一储能电容与三端稳压器输入端之间还串接有第五隔离二极管，所述三端稳压器输入端与工作电源负极之间并联有第五储能电容。

10.根据权利要求2所述的单火线全功率触摸开关电路，其特征在于设有多个继电器，所述多个继电器为并联设置。