CN1168210C

CN1168210C - 红外线感应照明灯电子开关

Info

Publication number: CN1168210C
Application number: CNB001168053A
Authority: CN
Inventors: 群宋; 宋群; 李健; 谢芳
Original assignee: Bailitong Electronic Co Ltd (shanghai)
Current assignee: Bailitong Electronic Co Ltd (shanghai)
Priority date: 2000-06-27
Filing date: 2000-06-27
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2020-06-27
Also published as: US6369517B2; US20020000758A1; CN1331514A

Abstract

本发明提供一种红外线感应照明灯电子开关，包括：整流电路；可控硅；同步信号取样电路；红外线感应器；触发控制发生器；限流器和充电电容器，限流器包括一个限流三极管和充电三极管，充电三极管的基极与限流三极管的集电极相连，充电三极管的集电极、限流三极管的集电极以及限流三极管的基极构成限流器的输入端，充电三极管的发射极和限流三极管的发射极构成限流器的输出端。本发明的电子开关只有两个外接端子。

Description

红外线感应照明灯电子开关

本发明涉及电子开关，尤其涉及一种红外线感应照明电子开关。

开关是各类电器必备的部件。本发明涉及的是用于楼道、过道等公共场所的照明灯用的开关，这种开关能够实现人到灯亮，人走灯熄的功能。实现这种功能的电子开关目前已经有成品出售，但目前这类电子开关由于其结构原因，大都具有三个外接端子。图11示出了这种三端电子开关的应用。从图11中可以看出，由于其具有三个外接端子，因此，在安装时，布线较为复杂。并且，对于现有电路的改造，也带来了不便。一般这种三端电子开关只能与灯头相结合，在安装位置上缺乏灵活性。

因此，本发明的目的在于提供二端的红外线感应照明灯电子开关，这种开关安装灵活，布线简单。

根据本发明的上述目的，本发明提供的红外线感应照明灯电子开关包括：

整流电路，用于将交流电整流成直流电；

可控硅，与所述整流电路并联，用于控制连接在交流回路中的负载；

同步信号取样电路，与所述整流电路的输出端相连，用于从所述整流电路的输出中取出同步信号；

红外线感应器，用于探测周围环境中的红外线；

触发控制发生器，分别与所述红外线感应器和所述同步信号取样电路相连，用于根据所述红外线感应器的信号，在所述同步信号取样电路输出的同步信号控制下，产生触发控制信号，控制所述可控硅的导通与截止；

还包括限流器和与所述限流器的输出端相连的充电电容器，所述限流器与所述整流电路的输出端相连，所述限流器包括一个限流三极管和充电三极管，所述充电三极管的基极与所述限流三极管的集电极相连，所述充电三极管的集电极、所述限流三极管的集电极以及所述限流三极管的基极构成所述限流器的输入端，所述充电三极管的发射极和所述限流三极管的发射极构成所述限流器的输出端，在所述限流三极管的集电极与所述限流器的输入端之间串接一个第一限流电阻器，在所述限流三极管的基极与所述限流器的输入端之间连接一个稳压二极管与第二限流电阻器的串联电路。

如上所述，由于本发明的电子开关中的限流器的作用，可以仅在较短的时间周期内向充电电容器充电，在保证了向红外线感应器、触发控制发生器等元件供电的前提下，大大减小了其自身的功耗。

下面结合附图详细描述本发明的实施例，同时，本发明的其它目的、特征以及效果通过下面的描述将更为明显。

图1是本发明的红外线感应照明灯电子开关的功能框图；

图2是图1所示的功能框图的一个具体的电路图；

图3A和B是用于解释限流器工作原理的示意图；

图4是图1中触发控制发生器的框图；

图5、图6和图7示出了图2中各点的波形；

图8、图9和图10示出了本发明的其它实施例；

图11是传统三端电子开关的应用接线图。

如图1所示，图1示出了红外线感应照明灯电子开关的功能框图。从图中可以看出，该电子开关主要包括整流电路1、限流器2、同步信号取样电路3、红外线感应器4、触发控制发生器5、可控硅TR1、充电电容器C1等。红外线感应器4用于探测周围环境中的红外线，例如人出现时产生的红外线。当其探测到红外线时，就会在其输出端产生输出信号，输入到其后的触发控制发生器5。触发控制发生器5根据同步信号取样电路3以及红外线感应器4的输出信号，产生触发控制信号，把该触发控制信号输出到可控硅TR1的控制端，控制可控硅TR1的导通和截止，从而控制与可控硅TR1串联的外部负载，例如电灯RL的点亮和熄灭。

整流电路1、限流器2和充电电容器C1构成电子开关的供电部分，为红外线感应器4和触发控制发生器5提供工作电源。整流电路1与外界的交流电相连，将交流电整流成直流电，然后把该直流电提供给限流器2，该直流电经过限流器2限流后向充电电容器C1充电，然后由充电电容器C1向红外线感应器4和触发控制发生器5提供工作电流。本发明的关键在于限流器2。

下面参照图2和图3详细描述该限流器2的结构和工作原理。

图2示出了图1所示的电子开关的一个具体电路图。对照图1和图2可以看出，在该具体电路中，整流电路1采用了电桥整流电路。应当理解，也可以采用例如全波整流、半波整流等电路，这里采用的电桥整流是一种较佳的电路。同步信号取样电路3采用电阻器R6和电容器C2的串联电路，用于从经整流的直流电中取出同步信号，提供给后面的触发控制发生器5使用。图2中的二个三极管T1和T2以及其周围的电阻R2-R5和稳压二极管ZD1构成了图1中的限流器2。其中的三极管T1为限流三极管，三极管T2为充电三极管，充电三极管T2的基极与限流三极管T1的集电极相连，充电三极管T2的集电极、限流三极管T1的集电极和基极构成限流器2的输入端，充电三极管T2的发射极和限流三极管T1的发射极构成所述限流器的输出端，在限流三极管T1的集电极与限流器2的输入端之间串接一个第一限流电阻器R4，在限流三极管T1的基极与限流器2的输入端之间连接一个稳压二极管ZD1与第二限流电阻器R2的串联电路。

下面参照图3A和3B来解释限流器2的工作原理。

通常第一限流电阻器R4和第二限流电阻器R2的阻值远比电阻器R5的阻值大。稳压二极管ZD1的击穿电压是VZ，通常VZ在几十伏左右。当限流器两端的电压VA在0.7～VZ之间时，稳压二极管ZD1不会被击穿，无电流流过第二限流电阻器R2。此时限流三极管T1的基极无电流，三极管T1处于截止状态。由于限流三极管T1截止，流过第一限流器R4的电流将全部流入充电三极管T2的基极，因此三极管T2会导通。当电压VA升高到一定值时，充电三极管T2处于饱和导通状态。参见图2B，由于电阻器R5电阻值较小，因此流过限流器2的电流IA随电压VA变化较大，也就是内阻较小，即图2B的0～B点之间的特性。当电压VA升高达到VZ时，稳压二极管ZD1开始击穿导通，第二限流器R2中会有电流流过，并且流入限流三极管T1的基极。此时三极管T1开始由截止状态向导通状态转变，三极管T1的集电极开始有电流，从而导致流入充电三极管T2基极电流减小，三极管T2导通减弱，并逐渐退出饱和导通状态，电流IA开始减小，见图2B的B～C点之间的特性。电压VA继续升高，充电三极管T2会进入截止状态，三极管T2的发射极完全无电流，电流IA也达到一个谷点，见图2B的C点。电压VA继续升高，三极管T1保持饱和导通状态，稳压二极管ZD1保持击穿导通，因此第一限流电阻器R4、稳压二极管ZD1及第二限流电阻器R2中仍有电流通过。但由于第一限流器R2和第二限流器R4的阻值较大，所以流过限流器2的电流IA比三极管T2进入截止状态前电流小，见图2B的C～D之间的特性。限流器2的电阻R3是一个辅助电阻，其功能是避免稳压二极管ZD1击穿导通之前漏电流的影响。

限流器2的输出电流IA向充电电容器C1进行充电，然后，由充电电容器C1向红外线感应器4和触发控制发生器5提供工作电流。从图3B可以看出，由于电流IA在0-B点时较大，在C-D点时较小，因此，对充电电容器C1的充电主要是在0-B点进行。

图1中的触发控制发生器5的进一步的框图如图4所示。触发控制发生器5包括有消毛刺处理电路51、脉冲发生电路52、定时电路53、触发脉冲调相电路54、噪声抑制电路55以及放大器56。消毛刺处理电路51与同步信号取样电路3相连，接收同步信号，其作用是把同步信号中的毛刺过滤掉。脉冲发生电路52根据定时电路53产生脉冲触发信号。噪声抑制电路55与红外线感应器4的输出端相连，用于消除外界误触发信号，以保证系统准确可靠。触发脉冲调相电路54根据定时电路53的定时信号、同步信号和红外线感应器4的输出信号对脉冲发生电路52的脉冲触发信号的相位进行调节。其工作原理如下：

触发控制发生器5有两个输入端，一个是控制输入端IN，另一个是同步信号输入端SYNC。参见图5，波形W1是图2中V1点的电压波形。此电压波形经过同步信号取样电路(R6和C2)，同时在触发控制发生器5的SYNC输入端自身的钳位特性作用下，形成图5中W2所示的同步信号，同步参考点位于W2波形低电平脉冲的中心位置。注意，由于采用桥形整流，因此，此时同步信号频率是交流电源频率的两倍。图5中W3波形是红外感应器4的输出端OUT1信号，也是触发控制发生器5的输入端IN信号。这里W3波形采用高电平指示有人，低电平指示无人。OUT2端是触发控制发生器5的输出端，其输出信号主要用于触发双向可控硅TR1。图5中W4波形是OUT2的输出信号。当IN信号是低电平时，触发控制发生器5的输出端OUT2无脉冲输出，其输入端IN信号转为高电平时，输出端OUT2将输出脉冲。注意OUT2输出信号与SYNC输入信号的相位关系，也就是输出端OUT2的输出信号的脉冲比同步信号SYNC的脉冲有一个延时，见图5所示的Td。延时Td的大小可以决定双向可控硅的导通角大小，通常延时Td可在5～175°之间选择。延时Td在最小值时，双向可控硅TR1导通角最大，负载获得交流电流的供电功率也最大。在延时Td为5°时，双向可控硅TR1的导通角为175°。在延时Td为175°时，双向可控硅TR1的导通角为5°。注意延时Td不可取值过小，过小容易引起图2中V2点的电压下降，红外线感应器4与触发控制发生器5无法得到合适的稳定供电电压。本发明可以通过调节延时Td的大小，实现负载或照明灯泡的功率调节。上述的延时Td调节，是利用触发控制发生器5中的触发脉冲调相电路54来实现的。

整个电子开关的工作可以分为未探测到人员和探测到人员两种情况：

一、未探测到人员时：参见图2，可控硅TR1处于关闭状态，由于负载RL阻值较小，与输入端子AC1、AC2相连的交流电压会施加到整流桥D1～D4组成的整流电路1上。由于整流电路1的作用，V1点的电压波形如图6的W5所示。当AC1、AC2是有效值110～220V交流电时，V1点的峰值电压约是155～310V。稳压二极管ZD2通常击穿电压比较小(通常3～5V)，远比V1的峰值电压要小，因此电流I1主要由限流器2的特性决定。按照前面讨论的限流器特性，电流I1应是图6的W6的波形。注意此时电流I1波形中有两个电流峰值，一个是V1电压在上升时产生，另一个是V1电压在回落时产生。电流I1向与稳压二极管ZD2并联的充电电容器C1充电，过多充电时，电容器C1两端电压升高，导致稳压二极管ZD2击穿导通，泄放掉多余电荷，维持电容器C1两端电压保持在稳压二极管ZD2击穿电压附近。当充电结束以后，电容器C1释放贮存的电荷向其它内部部件供电。只要电容器C1的容量足够大，并且电流I1充电电荷数量大于内部各部件消耗的电荷数量，图2的V2点就可得到一个稳定的电压，其电压数值与稳压二极管ZD2击穿电压相等。由于探测区域无人员移动，红外线感应器4的输出端OUT1输出始终是低电平，触发控制发生器5的输出端OUT2无脉冲输出，可控硅TR1将保持关闭状态。

探测到有人员时：参见图2，红外线感应器4探测到有人员移动时，其输出端OUT1端会输出高电平。按照前面讨论的触发控制发生器5的逻辑特性，触发控制发生器5的输出端OUT2会输出一串脉冲，见图5的W4。此脉冲送至光电耦合器OP1的输入端，光电耦合器OP1的输出端与电阻器R1形成通路，触发脉冲电流由AC1出发，流过电阻器R1及光电耦合器OP1输出端，最后到达可控硅TR1的触发端，可控硅TR1立即转为导通状态。在脉冲电流消失后，可控硅TR1仍保持导通状态。参见图7，波形W7是图2的V1点电压波形，W8是此时流过限流器2的电流I1的波形。在双向可控硅TR1导通之前的一小段时间中，V1处在低电压段，限流器2产生的充电电流I1幅度较大，因此并联稳压二极管ZD2及电容器C1仍然可以获得较大的电荷补充。只要此时补充的电荷比红外线感应器4和触发控制发生器5消耗的电荷多，并联稳压二极管ZD2及电容器C1就可以使V2点的电压保持稳定。本发明的另一个特征就是：利用双向可控硅TR1导通之前的一小段非导通时间，由限流器2产生幅度较大的充电电流脉冲，使充电电容器C1得到必要的电荷补充，从而维持红外线感应器4及触发控制发生器5正常工作。

从上面的描述以及附图中可以看出，本发明的红外线感应照明灯电子开关只有两个外接端子。因此，与传统的三个端子的电子开关相比，在安装上简化了布线结构。而且，对于改装现有的线路，电子开关的安装位置也不再受到限制，可以根据需要安装在原有的开关处等。

以上详细描述了本发明的一个实施例。但是应当理解，上面的描述仅是实施例而已，并不是对本发明的限制。上述实施例在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以作出种种变化。例如，如图8所示，在该实施例如，图2中的光电耦合器OP1用一个触发脉冲耦合变压器T1来代替。在图9所示的例子中，省略了光电耦合器OP1或者耦合变压器T1。用半波整流的方式代替了桥式整流。

图10示出了本发明的又一个实施例，该实施例与图2的实施例的不同之处在于，增加两个三极管TA和TB以及电阻器RA、RB和RC，其目的是进一步减少电子开关的自身功耗。在未检测到人员移动时，V1点在由0V上升到接近稳压二极管ZD1击穿电压VZ时，三极管T2保持饱和导通状态。当V1点的电压上升达到或略超过击穿电压VZ时，三极管TB导通，导致三极管TA也导通，三极管TA与TB形成与可控硅相似的互锁现象。这时，即使V1电压回落到VZ以下时，三级管TA、TB仍然维持导通，同时导致三极管T1也维持导通，因而三极管T2无法退回到开始时的饱和导通状态。这种电路的特点是：当V1电压上升时，电流I1会有一个冲电电流峰值，而在V1电压回落时，不产生冲电电流峰值，比图2的电路少了一个充电电流峰值，可以获得更小的自身功率消耗。

另外，也可将三极管替换成MOS管或达林顿管实现其它应用。如果将红外线感应器替换成其它探测器，如压力、温度、烟雾等探测器等，同样可以制造二个端子输出的其它感应开关。

Claims

1、一种红外线感应照明灯电子开关，包括：

整流电路，用于将交流电整流成直流电；

红外线感应器，用于探测周围环境中的红外线；

其特征在于，还包括限流器和与所述限流器的输出端相连的充电电容器，所述限流器与所述整流电路的输出端相连，所述限流器包括一个限流三极管和充电三极管，所述充电三极管的基极与所述限流三极管的集电极相连，所述充电三极管的集电极、所述限流三极管的集电极以及所述限流三极管的基极构成所述限流器的输入端，所述充电三极管的发射极和所述限流三极管的发射极构成所述限流器的输出端，在所述限流三极管的集电极与所述限流器的输入端之间串接一个第一限流电阻器，在所述限流三极管的基极与所述限流器的输入端之间连接一个稳压二极管与第二限流电阻器的串联电路。

2、如权利要求1所述的红外线感应照明灯电子开关，其特征在于，还包括光电耦合器，连接在所述触发控制发生器的输出端与所述可控硅的控制端之间。

3、如权利要求1所述的红外线感应照明灯电子开关，其特征在于，还包括触发脉冲耦含变压器，连接在所述触发控制发生器的输出端与所述可控硅的控制端之间。

4、如权利要求1所述的红外线感应照明电子开关，其特征在于，所述触发控制发生器包括：

消毛刺处理电路，与所述同步信号取样电路相连，接收同步信号，用于过滤同步信号中的毛刺；

定时电路，产生定时信号；

脉冲发生电路，根据定时电路产生脉冲触发信号；

噪声抑制电路，与所述红外线感应器的输出端相连，用于消除外界误触发信号；

触发脉冲调相电路，根据所述定时电路的定时信号、同步信号和所述红外线感应器的输出信号对所述脉冲发生电路的脉冲触发信号的相位进行调节。