CN113067570B - 一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，串联在火线和负载之间，该应用于交流供电系统的电子墙壁开关包括：电源电路，控制电路和MOS管，电源电路将交流电转化为直流电，为控制电路供电；控制电路控制MOS管的关闭或导通，所述电源电路包括关态供应电路和开态供应电路，关态供应电路用于电子墙壁开关处于关闭时为控制电路供电，开态供应电路用于电子墙壁开关处于导通时为控制电路供电，本发明的有益效果是：电子墙壁开关处于开态时，电子墙壁开关通过其内部的导体与大地之间的寄生电容补充电荷，维持储能电容两端电压的稳定，从而为控制电路提供稳定的工作电压，供电过程中不会带来额外的功率损耗，也不会对交流供电系统造成干扰。

Description

一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关
技术领域
本发明涉及电子、电气技术领域，具体是一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关。
背景技术
与传统的机械式墙壁开关相比，电子墙壁开关具有寿命长、控制方式灵活的优点，得到了越来越广泛的应用。
现有的应用于交流供电系统的电子墙壁开关的基本结构如图1所示。
从图1可见，二极管Z2与MOS管M1串联。在墙壁开关开通，负载电流流过MOS管M1的同时，也会流过二极管Z2，不可避免会带来额外的功率损耗P＝VZ·IL，其中VZ是二极管Z2两端的电压，IL是负载电流。
为了解决这个问题，专利《CN201620078284.0一种应用于交流照明系统的调光装置》提出了一种“开态分时供电”的方案。从结构上看，该方案与图1所示的方案相比，主要区别在于：
1.去掉了二极管Z2；
2.控制电路增加了过零点检测和延时功能。
该方案的优点很明显，去掉了串联在负载电流路径上的二极管Z2，开关开通时不会带来额外的功率损耗。该方案的缺点也同样很明显，请参阅图2：从图2(c)可见，加在负载两端的电压波形不是一个完整的正弦波，而是一个“缺角”的正弦波。斩波过程会引入高次谐波，进而对交流供电系统造成干扰。
本发明提出了一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，解决了现有电子墙壁的不足：供电过程中不会带来额外的功率损耗，也不会对交流供电系统造成干扰。
发明内容
本发明的目的在于提供一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，串联在火线L和负载L1之间，其特征在于，所述电子墙壁开关由电阻R1、R2、电容C1、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压管Z1、MOS管M1、M2、导体CON1和控制电路构成，MOS管M1的漏极与火线L相连，MOS管M2的漏极与负载L1相连，MOS管M1、M2的源极与电子墙壁开关的内部公共端(COM端)相连，MOS管M1、M2的栅极与控制电路的输出端(OUT端)相连，控制电路的电位参考端(VSS端)与COM端相连，控制电路的电源端(VCC端)与电子墙壁开关的内部电源端(VPS端)相连，电阻R1的一端与火线L相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，电阻R2的一端与负载相L1连，电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D1、D2的阴极与VPS端相连，二极管D3、D4的阳极与COM端相连，二极管D3的阴极与火线相连，二极管D4的阴极与负载L1相连，二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与导体CON1相连，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
进一步，所述电子墙壁开关，其特征在于，电子墙壁开关的电源电路由电阻R1、R2、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压管Z1、电容C1、导体CON1构成，电阻R1的一端与火线相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，电阻R2的一端与负载L1相连，电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D1、D2的阴极与VPS端相连，二极管D3、D4的阳极与COM端相连，二极管D3的阴极与火线L相连，二极管D4的阴极与负载L1相连，二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与导体CON1相连，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
进一步，所述电子墙壁开关的电源电路，其特征在于，电源电路的开态供电电路由二极管D5、D6、稳压管Z1、电容C1、导体CON1构成，二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与导体CON1相连，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
所述电子墙壁开关的电源电路，其特征在于，电源电路的关态供电电路由电阻R1、R2、二极管D1、D2、D3、D4、稳压管Z1、电容C1构成，电阻R1的一端与火线相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，电阻R2的一端与负载L1相连，电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D1、D2的阴极与VPS端相连，二极管D3、D4的阳极与COM端相连，二极管D3的阴极与火线L相连，二极管D4的阴极与负载L1相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：当应用于交流供电系统的电子墙壁开关处于开态时，电子墙壁开关通过其内部的导体与大地之间的寄生电容上的感应电荷为储能电容补充电荷，维持储能电容两端电压的稳定，从而为控制电路提供稳定的工作电压，供电过程中不会带来额外的功率损耗，也不会对交流供电系统造成干扰。
附图说明
图1是现有技术1中应用于交流供电系统的电子墙壁开关的结构图。
图2是现有技术2中各点的电压波形图。
图3是一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关的结构图。
图4是本发明实施例1的结构图。
图5是本发明实施例1中控制电路的电路图。
图6是本发明实施例1中开态供电电路的电流路径图。
图7是本发明实施例2的结构图。
图8是本发明实施例2中控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，请参阅图3和图4，一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，控制方式为按压式，串联在火线和负载之间，由电阻R1、R2、电容C1、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压管Z1、MOS管M1、M2、导体CON1和控制电路构成,导体CON1是一段长度为6cm，截面积为2.5mm2的导线，MOS管M1的漏极与火线相连，MOS管M2的漏极与负载相连，MOS管M1、M2的源极与电子墙壁开关的内部公共端(COM端)相连，MOS管M1、M2的栅极与控制电路的输出端(OUT端)相连，控制电路的电位参考端(VSS端)与COM端相连，控制电路的电源端(VCC端)与电子墙壁开关的内部电源端(VPS端)相连，电阻R1的一端与火线相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，电阻R2的一端与负载相连，电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D1、D2的阴极与VPS端相连，二极管D3、D4的阳极与COM端相连，二极管D3的阴极与火线相连，二极管D4的阴极与负载相连，二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与导体CON1相连，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
请参阅图5，进一步，所述电子墙壁开关的控制电路由电阻R3、电容C2、开关S1、D触发器U2构成，电阻R3的一端与控制电路的电源端相连，电阻R3的另一端与D触发器U2的时钟输入端(CLK端)相连，开关S1的一端与控制电路的电位参考端相连，开关S1的另一端与D触发器U2的时钟输入端(CLK端)相连，电容C2并联在开关S1的两端，D触发器U2的电源端(VDD端)与控制电路的电源端相连，D触发器U2的电位参考端(GND端)与控制电路的电位参考端相连，D触发器U2的正输出端(Q端)与控制电路的输出端相连，D触发器U2的负输出端(QN端)与D触发器U2的数据输入端(D端)相连。
所述电子墙壁开关的工作原理如下：
1.D触发器U2的负输出端(QN端)与数据输入端(D端)相连，构成双稳态触发电路。每按下一次开关S1，控制电路的输出状态翻转一次。
2.当控制电路输出低电平时，MOS管不通，墙壁开关处于关断状态，此时由关态供电电路为控制电路供电。在交流正半周，火线电位高于零线电位，交流电通过电阻R1、二极管D1、电容C1、二极管D4、负载L1为电容C1充电；在交流负半周，火线电位低于零线电位，交流电通过负载L1、电阻R2、二极管D2、电容C1、二极管D3、为电容C1充电。
3.当控制电路输出高电平时，MOS管导通，墙壁开关处于开通状态，此时由开态供电电路为控制电路供电。请参阅图6，当火线电位升高时，交流电通过MOS管M1、二极管D6为导体CON1和大地之间的寄生电容充电；当火线的电位降低时，导体CON1和大地之间的寄生电容上的电荷通过二极管D5、电容C1、MOS管M1向火线释放。在放电过程中，储能电容C1上的电荷得到了补充。
4.当电容C1两端的电压高于稳压管Z1的开启电压时，稳压管Z1导通泄流，从而维持电容C1两端的电压的稳定，为控制电路提供稳定的工作电压。
实施例2，请参阅图7，一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，控制方式为触摸式，串联在火线和负载之间，由电阻R1、电容C1、二极管D1、D5、D6、稳压管Z1、MOS管M1、整流桥B1、导体CON1和控制电路构成，其中导体CON1是直径为2cm的圆形PCB铜箔。从整体结构上看，实施例2与实施例1的主要区别在于：用“整流桥+MOS管”取代了双MOS管。整流桥B1的交流输入端AC1与火线相连，整流桥B1的交流输入端AC2与负载相连，整流桥B1的负输出端(-端)与电子墙壁开关的内部公共端(COM端)相连，整流桥B1的正输出端(+端)与MOS管M1的漏极相连，MOS管M1的源极与COM端相连，MOS管M1的栅极与控制电路的输出端(OUT端)相连，控制电路的电位参考端(VSS端)与COM端相连，控制电路的电源端(VCC端)与电子墙壁开关的内部电源端(VPS端)相连，电阻R1的一端与整流桥B1的正输出端相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，二极管D1的阴极与VPS端相连，二极管D5的阳极、二极管D6的阴极与导体CON1相连，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端。
请参阅图8，进一步，所述电子墙壁开关的控制电路由电阻R3、R4、触摸板TP1、TP2、或非门U2A、U2B构成，或非门U2A、U2B交叉连接，构成一个标准RS触发器，触摸板TP1与RS触发器的复位端(R端)、电阻R3的一端相连，电阻R3的另一端与控制电路的电位参考端相连，触摸板TP2与RS触发器的置位端(S端)、电阻R4的一端相连，电阻R4的另一端与控制电路的电位参考端相连，RS触发器的输出端(Q端)与控制电路的输出端相连，或非门U2A、U2B的电源端(VDD端)与控制电路的电源端相连，或非门U2A、U2B的电位参考端(GND端)与控制电路的电位参考端相连。
所述电子墙壁开关的工作原理如下：
1.人体接触触摸板TP1时，在RS触发器的复位端(R端)产生一个脉冲，RS触发器复位，控制电路输出低电平；人体接触触摸板TP2时，在RS触发器的置位端(S端)产生一个脉冲，RS触发器置位，控制电路输出高电平。
2.当控制电路输出低电平时，MOS管不通，墙壁开关处于关断状态，此时由关态供电电路为控制电路供电，交流电通过整流桥B1、电阻R1、二极管D1、电容C1、负载L1为电容C1充电。
3.当控制电路输出高电平时，MOS管导通，墙壁开关处于开通状态，此时由开态供电电路为控制电路供电。忽略整流桥和MOS管的导通压降，COM端与火线等电位，当火线电位升高时，交流电通过二极管D6为导体CON1和大地之间的寄生电容充电；当火线的电位降低时，导体CON1和大地之间的寄生电容上的电荷通过二极管D5、电容C1、向火线释放。在放电过程中，储能电容C1上的电荷得到了补充。
4.当电容C1两端的电压高于稳压管Z1的开启电压时，稳压管Z1导通泄流，从而维持电容C1两端的电压的稳定，为控制电路提供稳定的工作电压。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (1)

1.一种应用于交流供电系统的电子墙壁开关，串联在火线L和负载L1之间，其特征在于，所述电子墙壁开关由电阻R1、R2、电容C1、二极管D1、D2、D3、D4、D5、D6、稳压管Z1、MOS管M1、M2、导体CON1和控制电路构成，所述MOS管M1的漏极与火线L相连，MOS管M2的漏极与负载L1相连，MOS管M1、M2的源极与电子墙壁开关的COM端相连，MOS管M1、M2的栅极与控制电路的OUT端相连，控制电路的VSS端与COM端相连，控制电路的VCC端与电子墙壁开关的VPS端相连，电阻R1的一端与火线L相连，电阻R1的另一端与二极管D1的阳极相连，电阻R2的一端与负载L1相连，电阻R2的另一端与二极管D2的阳极相连，二极管D1、D2的阴极与VPS端相连，二极管D3、D4的阳极与COM端相连，二极管D3的阴极与火线相连，二极管D4的阴极与负载相连，二极管D5的阳极连接二极管D6的阴极、导体CON1，二极管D5的阴极与VPS端相连，二极管D6的阳极与COM端相连，稳压管Z1的阴极与VPS端相连，稳压管Z1的阳极与COM端相连，电容C1并联在稳压管Z1的两端，COM端为电子墙壁开关的内部公共端，VPS端为电子墙壁开关的内部电源端。
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