CN1516534A

CN1516534A - 可集控双模式自动开关及其在建筑照明中的应用方案

Info

Publication number: CN1516534A
Application number: CNA031003303A
Authority: CN
Inventors: 陈有毅
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2003-01-09
Filing date: 2003-01-09
Publication date: 2004-07-28

Abstract

本发明是一个可集控、可自动/手动转换的双控制模式自动延时开关系列以及它的应用方案，可用于对各种场所室内外照明灯或其他电器进行多重控制。本自动开关包括以远红外传感的手动/自动延时开关或者声光控手动/自动延时开关和触摸式控制手动/自动延时开关。它兼普通开关和自动传感延时开关为一体，可以通过面板的手动操作完成开关的自动和手动两种工作模式转换，可使用搬闸开关进行分控/集控的转换，实际产品是墙体嵌入式的。开关本身和负载可以是串连的，没有零线接入。面板上指示灯可提示开关当前工作状态。这种可集控/分控的有多重控制功能的开关具有特别的方便性和广泛的适用性，可以满足火灾或其他意外事件发生时的应急照明需要。

Description

可集控双模式自动开关及其在建筑照明中的应用方案

技术领域：

本发明涉及电学领域，是一种用于一般照明用途的民用电源控制开关及其在建筑照明中的应用方案。

发明背景：

现有技术的自动照明开关仅有声光控、远红外感应、微波传感等几种单一控制模式的，除有少部分灯头式或吸顶式声光控自动延时开关结合了应急照明的转换功能以外，其余的自动照明开关基本上都属传统意义上的“节电开关”，不具有组成复杂的多功能、多重控制的照明系统所需要的条件，不仅功能单一而且不能满足应急照明和多重控制方式灵活选择需要。以往，单纯的远红外或其他种类的延时照明开关的应用场合非常狭窄，虽然它可以起到节能的效果，但是它的功能比较单一，所以限制了它的使用。比如说它只能应用于建筑内的走廊和过道的照明，如果想令这个开关换一种工作状态，保持持续照明，普通的自动控制延时开关就做不到了，显然它的功能决定了对它的使用是死板的。在一些要求高档豪华的场合，这样功能死板的产品无法满足应用要求，所以在这样的地点，往往是不能安装类似的延时节能开关，宁可让灯长明。所以以往的远红外延时开关或其他控制形式的延时节能开关都无法对有多样性要求的应用场合充分适应，满足使用者多种不同需要。

原有技术的任何一种免零线接入的二线电源自动控制开关由于没计上的困难，它们都以可控硅作为功率开关元件，这样的开关往往因可控硅器件的耐受过电流能力差，常引起可控硅烧坏，造成该开关产品报废。使用继电器器件将大大减少自动控制开关的损坏几率，继电器比可控硅器件有更好的耐受大电流冲击的能力。但是以继电器作为功率开关元件，在两线制的接线方式也就是无零线接入、开关和负载相串连的设计框架中，它是一个长期悬而未决的技术难题。本发明的设计很好的突破了这个设计难点，并且开关可以设计成工作于双稳态状态的任何一种控制方式。另外，采用继电器作为开关元件，不像可控硅式开关那样必然产生谐波污染电源，对解决电网的电磁干扰问题非常有利。这种类型的电路设计，有静耗电少、抗干扰能力强，产品成本低廉，负载不仅限于纯阻性负荷的特点。在以往的中国专利里是没有的，更无实际产品问世。本发明的目的是给出一种具体的产品设计以及它在照明系统中的应用方法。它可以提供非常完备、最大程度满足实用要求的照明系统方案和具体的产品技术设计的方法。

发明内容：

本发明可集控双模式自动延时开关是一种全新类型的照明控制开关，它兼普通电源控制开关、远红外延时开关(或声光双控延时开关)为一体，有双重控制功能，两种控制模式可以随意方便的相互转换，并且此开关具有集控和分控功能，由搬闸开关或大功率继电器进行集控和集控/分控的转换控制。依照特定的建筑照明施工配线方案，可结合应急照明的需要组成日常照明体系和应急照明体系兼容的集成系统，并具有允许各系统来自不同的电源，相位差可以随机任意的特点。

本发明做成的实际产品可以是墙体嵌入式的，面板上有一个或两个按键和两只发光二极管指示灯或一只双色发光二极管可以提示开关当前工作状态。其中一个按键是开、关控制键，另一个键是工作模式转换键。开关共有三种工作状态，手动的开启、关断和人体感应(或声感应)启动的自动延时状态。这种开关有两个火线连接端点和一个灯线端点，两个火线连接端点可以连接来自不同来源的两个220V电源，双火线间允许同时加电并且相位差任意(零线共用)。一个火线端点用于分控照明，另一个火线端点可用于集控照明。在分控照明时，开关自身的控制作用有效，集控照明时开关自身的控制作用无效。集控火线端子可受另一开关的控制，这个集控转换开关可以并连多个本型开关的集控接点。经由这个搬闸式(或继电器)集控转换开关或者是应急照明转换开关(或继电器)转接，本开关的集控火线端子可以连接到应急备用电源上。当发生火灾或其他意外事故时，由本开关和其他配用装置构成的系统能起到应急照明的作用。

日常使用情况下，集控转换开关搬到集控位置时，本开关的控制功能失效，集控开关连接的所有本开关所对应的照明电器均点亮。集控转换开关搬到分控位置时，本开关的各种控制功能有效，可以通过开关自身选择自动工作模式和手控开关照明灯。

可以用这个集控转换开关对日常照明电源和应急照明电源进行转接，也可以用另一开关对日常照明电源和应急照明电源进行转接。如果装备一个简单的转换继电器，将继电器线圈和应急照明电源连接，当应急照明电源启动时，还可以自动切断日常照明电源，起到切断电源保证消防安全的作用。

以远红外形式的本开关为例说明日常情况下的本开关的使用方法：

按下开/关控制键电源开启，再按一下开/关控制键电源关断，如此循环。当按下工作模式转换键后开关转向远红外启动的自动延时工作状态，它在探测范围内探测到有人体活动时自动打开电源，在延时时间完了，照明灯自动熄灭。再次按下模式转换键，开关回到手动控制模式，如此循环。

在一些应急照明方案实际应用当中，有可能采用小燃油发动机提供的电能作为应急照明的供电电源，在这种情况下，两个220V电源的相位角可能存在任意的相位差，最大时，相位角差为180度。因此集控火线端和两个火线端和分控火线端之间的有效隔离是特别重要的。在本专利所提供的设计当中，可以圆满的解决双火线间的有效隔离问题。同时提出了一个比较完美的建筑照明系统的实际解决方案。

设计原理：

本发明的电路原理请见附图1，介绍如下：

附图1中IC1A~IC1C是一块运放，它们和周围元件一起组成一个低通放大电路，将红外传感头拾得的人体红外信号加以放大，这是个典型的远红外信号处理电路。当有红外感应信号时IC1C产生输出，通过N1给IC2D的一个输入端所连接的电容C11充电。该电容的缓慢放电产生延时。

IC3A和IC3B是两个D触发器，都连接成标准的双稳态电路，其中一个复位端受另一个的控制。IC3A起本双模式开关的模式转换作用，IC3B是手动模式下的开/关转换电路。当IC3A翻转到手动模式状态时IC3B的复位端处于低电位，IC3B可以产生翻转。当IC3A翻转到自动模式状态时IC3B的复位端处于高电位，IC3B不能产生翻转，处于强制复位状态，手动开关的功能受到抑制，同时IC2D的另一输入端被置于高电位，此时由于IC2D是与非门电路，在接受到前级电路的输出时，可以产生一个负输出信号经过N2、N3的倒向和放大驱动继电器动作。R23是一个光敏电阻，当环境黑暗时，R22和R23的分压可以让IC2D满足翻转的条件，环境亮度较高时R22和R23的分压不足满足IC2D翻转的条件，这样可以抑制自动开关产生动作，由此实现人体感应和环境照度条件相结合的自动照明。只有环境照度不足时开关才在有人体感应的条件下动作，点亮照明。

触发两个双稳态触发器使用两个按键开关，S1用于改变工作模式，S2用作手动触开触关。

IC2C是个可控多谐震荡器。当开关无输出时，IC2C输出的是高电位。这时IC3A和IC3B所处的状态也就是当前开关工作模式，可以由两只发光管显示出来，但是它们或亮或熄不闪烁。当开关有输出时，IC2C起振，输出脉冲方波，驱动LED1和LED2。可令两只发光管出现闪烁，所以它能以更加丰富的方式显示出开关的工作状态。两个发光二极管可以合为一个双色发光管，当开关处于手动控制模式时，它发出红或橙色光；当开关处于自动控制模式时，它发出绿色光。开关有输出处于开态时，发光管是闪烁的；处于关态无输出时发光管不闪烁。这种极其丰富的显示方式不但给出使用者以最清晰易懂的操作提示，也使产品的工艺效果大增，具有强烈的美感和现代感。

本电路是一个和负载完全串连的以继电器为开关触点的电子开关，继电器触点关闭时，本开关的自身电源供给通过一个单二极管半波整流、电阻降压，二极管稳压电路获得。D2是整流管，R13、R19、R20是降压限流电阻，DW1起稳压作用。继电器触点打开时，本开关电路的供电方式发生改变。交流电的一个半波经D7直接流走，另一个半波经D6给继电器提供维持吸合的工作电源，同时通过R20和D4给开关电路的其他部分提供工作电源。可控硅SCR、DW2等的作用是帮助开关电路在接通的状态下稳压，这样即使开关的功率负荷很大，也能保证维持继电器导通所多余的电流被旁路掉，否则过大的功率负荷使串接于电路当中的开关电路承受很大的流经电流，将可能烧毁继电器线圈或者稳压管。

由附图1可以看出，继电器的动触点连接到灯线端，继电器的常闭触点连接到“分控火线端”，继电器的常开触点连接于本开关的“集控火线端”上。当集控火线端子加电时，负载回路是导通的，受控灯直接点亮。灯线端不分继电器开关处于何种状态，或者连接到集控火线端或者连接到分控火线端，这样在集控火线端和分控火线端之间永远不会直接相连，这就保证了两个接线端的有效隔离。当共用零线的两个不同来源的电源分别连接在这两个端子时，即使它们可能完全不同向，也将不会发生短路的问题。

本专利提出的一个很全面的可集控双模式自动开关在建筑照明中的应用方案(见附图4)。这个图概要的介绍采用了小燃油发电机作为意外和灾害性事件应急备用电源的建筑照明系统的布线方法和如何实现照明灯的分控和集控。在一些要求比较高的办公写字楼、公寓、宾馆、单位以及其他场所，这个方案是非常适用的。它的分控/集控功能对方便电源管理，千起到增加使用者的舒适感和使用灵活性的作用，同时也能满足应急照明的需要。

附图2是一个可集控声光控双模式自动延时开关的实用电路。这个电路的原理大部分和附图1类同，所不同的是它用声光控电路取代了附图1中的远红外感应电路。另外它是单键操作的，将两个触点开关合并成一个，兼模式转换和手动开闭键合二为一。长按该键S1(时间可选择1-2秒间)产生模式转换，短按该键可以手动开闭。这主要是利用了R15、C6和R16、C7的充放电时间差。R15、C6取值比较大，短按S1，IC2C并不会产生翻转，所以IC3A不会改变状态，不产生模式转换作用。长按S1则可以发生模式转换。

附图3基本与由附图1相同，略有不同的是，它采用类似附图2的单键操作，但是它选择了触摸式感应原理。整体电路实现了只由一个触摸点的多重控制，这是从产品外观设计的角度考虑的，也可以简化产品结构。

技术特征：

本专利的电路具有如下特征：

它由1、信号传感、放大电路(附图1中的红外感应头和IC1A~IC1C运放IC和周围元件一起组成的电路和附图2中M1、N1、N2和周围元件一起组成的电路)；2、逻辑处理、延时和继电器驱动电路(附图1中的N1 IC2D、R14、C11、N2、N3等；以及附图2中的IC2A、P1、N4、等和周围元件)；3、工作模式转换电路(附图1中的S1、S2、IC3A、IC3B等和周围元件；附图2中S1、IC2A、IC2B、IC3A、IC3B等)；4、开关状态显示电路(附图1中的IC2C、R26、C17、LED1-2等；附图2中的IC2B、N3、LED1-2等)；5、继电器功率开关电路；6、自身工作电源供给电路(附图1中的D3、D4、R18、R19、R20、DW1、C16、D6、D7、SCR、DW2；附图2中的D2、D3、D1、D4、R11、R12、R28、DW1、DW2、C2、C4)等几个部分组成。这些电路具有如下特点：

1、其信号传感、放大电路可以是一个普通的远红外传感、信号放大电路，也可以是一个声控、声光双控信号放大电路或者是其他种类的电路，如触摸式人体感应信号放大电路。

2、其逻辑处理、延时和继电器驱动电路可以由D触发器或与非门电路组成，也可以由J-K触发器和或非门电路组成。

3、其工作模式转换电路可以由连接成双稳态电路的D触发器组成，也可以由J-K触发器以及其他可以构成双稳态电路的分立元件电路组成。手动操作可以使用机械式开关也可以采用触摸感应；可以是双键(点)也可以是单键(点)操作(附图3)。在单键操作形式中，长触控制键(点)为模式转换，短触控制键(点)为手动开关切换。在附图3所示的电路，采用两个施密特非门电路做反向器，由R20、C14、R21、C15组成两个积分式电路提供延时差和抗干扰措施，R20、C14的RC系数大与R21、C15。触摸感应信号的放大器可以是三极管电路，也可以由运放电路构成。模式转换双稳态电路的一个输出端连接在另一个双稳态触发器的复位端。后一个双稳态触发器负责手动操作功能，在开关处于自动工作模式下可以抑制其手动开关功能，在手动工作模式下可以抑制其自动功能。

4、其开关状态显示电路由发光二极管和驱动它们的可控振荡器组成，可控振荡器可以是一个门电路构成的振荡电路，也可以是D触发器、J触发器或三极管分立元件构成的振荡电路。可以采用两个独立的发光二极管提供状态显示，也可以采用一个双色发光二极管提供状态显示。

5、继电器功率开关电路可以是一个单刀双掷触点的继电器，也可以是一个有双刀双掷触点的继电器。其动触点连接灯线端子，常开触点连接集控火线端子，常闭触点连接分控火线端子。

6、自身工作电源供给电路可以采用电阻降压、稳压二极管稳压的电路，也可以采用电容降压、稳压二极管稳压的电路。它的供电方式是双重的，在开关处于分控状态时，开关的开态和闭态分别依靠两个不同的供电措施供电。在附图1所示的电路中，闭态时整个电路的电源供应得自D3、R19、R20，开态时整个电路的电源供应得自D6、R20、D4，SCR、DW3等起到帮助稳压和旁路掉继电器所需的吸合电流之外的过剩电流的作用。

7、在可集控双模式自动开关应用方案(附图4)中的应急备用电源既可以是小燃油发动机，也可以是市电的其他同相或异相电源以及来源于另一个供电系统的任何220V交流电源。集控/分控转换开关，既可以是任何手动搬闸式开关也可以是功率继电器的转换触点。应急电源转换开关既可以是任何手动搬闸式开关也可以是功率继电器的转换触点。本开关集控火线端子连接应急电源转换开关(或应急电源转换继电器的触点)，再由此连接到应急电源的火线端。本开关分控火线端子集控/分控转换开关上，并经由此连接220V照明线的火线上。

Claims

1、一种可集控双模式自动延时开关和它在建筑照明中的应用方案。可用于对照明灯或其他用电器进行多重控制。其特征在于其构成具有以下部分：1、信号传感、放大电路；2、逻辑处理、延时和继电器驱动电路；3、在分控状态下的工作模式转换电路；4、开关状态显示电路；5、继电器功率开关电路；6、自身工作电源供给电路。

2、如权利要求1所述的装置其特征在于：其信号传感、放大电路可以是一个普通的远红外传感、信号放大电路，也可以是一个声控、声光双控信号放大电路或者是其他种类的电路，如触摸式人体感应信号放大电路。

3、如权利要求1所述的装置其特征在于：其逻辑处理、延时和继电器驱动电路可以由与非门电路或D触发器组成，也可以由J-K触发器和或非门电路组成。它受工作模式转换电路的控制。

4、如权利要求1所述的装置其特征在于：其工作模式转换电路可以由连接成双稳态电路的D触发器组成，也可以由J-K触发器以及其他可以构成双稳态电路的分立元件电路组成。手动操作可以使用机械式开关也可以采用触摸感应；可以是双键(点)也可以是单键(点)操作。在单键操作形式中，长触控制键(点)为模式转换，短触控制键(点)为手动开关切换。在附图3所示的电路，采用两个施密特非门电路做反向器，由R20、C14、R21、C15组成两个积分式电路提供延时差和抗干扰措施。触摸感应信号的放大器可以是三极管电路，也可以由运放电路构成。模式转换双稳态电路的一个输出端连接在另一个双稳态触发器的复位端，后一个双稳态触发器负责手动操作功能。在开关处于自动工作模式下可以抑制其手动开关功能，在手动工作模式下可以抑制其自动功能。

5、如权利要求1所述的装置其特征在于：其开关状态显示电路由发光二极管和驱动它们的可控振荡器组成，可控振荡器可以是一个门电路构成的振荡电路，也可以是D触发器、J触发器或三极管分立元件构成的振荡电路。可以采用两个独立的发光二极管提供状态显示，也可以采用一个双色发光二极管提供状态显示。

6、如权利要求1所述的装置其特征在于：其电路以继电器为功率开关触点，继电器功率开关及整体电路和负载是串连的，没有零线接入。功率开关继电器的供电措施是双重的，在继电器未吸合时它的得电是由电阻降压、稳压管稳压的简单电路供应的；在继电器吸合时它的得电方式发生改变，被自身的触点转换为直接串连于负载回路中，利用半波电流供电。这个继电器可以是一个单刀双掷触点的继电器，也可以是一个有双刀双掷触点的继电器。其动触点连接灯线端子，常开触点连接集控火线端子，常闭触点连接分控火线端子。

7、如权利要求1所述的装置其特征在于：自身工作电源供给电路可以采用电阻降压、稳压二极管稳压的电路，也可以采用电容降压、稳压二极管稳压的电路。它的供电方式是双重的，在开关处于分控状态时，开关的开态和闭态分别依靠两个不同的供电措施供电。闭态时整个电路的电源供应得自电阻降压、稳压二极管稳压的电路，开态时整个电路串连接进负载回路当中，有一个可控硅稳压电路起到帮助稳压和旁路掉继电器所需的吸合电流之外的过剩电流的作用。

8、如权利要求1所述的装置其特征在于：在可集控双模式自动开关应用方案中的应急备用电源既可以是小燃油发动机，也可以是市电的其他同相或异相电源以及来源于另一个供电系统的任何220V交流电源。集控/分控转换开关，既可以是任何手动搬闸式开关也可以是功率继电器的转换触点。应急电源转换开关既可以是任何手动搬闸式开关也可以是功率继电器的转换触点。本开关集控火线端子连接应急电源转换开关(或应急电源转换继电器的触点)，再由此连接到应急电源的火线端。本开关分控火线端子集控/分控转换开关上，并经由此连接220V照明线的火线上。