CN1658502A

CN1658502A - 电子式开关的共用式控制方法及无零线多位电子式开关

Info

Publication number: CN1658502A
Application number: CN 200410077551
Authority: CN
Inventors: 余文松; 何锦荣
Original assignee: FOSHAN SHUNDE SOBEN ELECTRICAL ENGEERING Co Ltd
Current assignee: FOSHAN SHUNDE SOBEN ELECTRICAL ENGEERING Co Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2004-12-24
Publication date: 2005-08-24
Anticipated expiration: 2024-12-24
Also published as: CN100525105C

Abstract

本发明涉及一种电子式开关的共用式控制方法及无零线多位电子式开关，通过待机电源、开机电源、驱动控制器及多位功率开关控制多路负载或线路，开机电源向驱动控制器供电，待机电源向驱动控制器供电，驱动控制器控制多位功率开关通断，控制对应的负载线路，其特征在于待机电源从待机负载回路共同取电，开机电源从开机负载回路共同取电。电路实现是，待机电源通过并联电桥连接在多位功率开关两端，开机电源串联在多位功率开关的公共端与火线端之间。本发明最大程度地简化电路，性能可靠，节约成本；避免出现负载故障扩散的问题；解决了待机电压累积升高问题，消除了荧光灯的待机闪烁现象；适用负载类型广泛，安装简易。

Description

电子式开关的共用式控制方法及无零线多位电子式开关

所属技术领域

本发明涉及一种电子式开关的控制技术，具体地说，涉及一种电子式开关的共用式控制方法及根据该方法设计的无零线多位电子式开关。

背景技术

随着生活水平的提高，人们使用的电器越来越多，这些电器种类多，特性差异大，工作状况有些简单、有些复杂，对控制开关的要求也不同。传统的是机械式开关，建筑布线时常常只预留了一进一出两根接线，一根为火线，一根为负载线，没有零线。为了保证电器安全、方便地使用和正常工作，对电器实现各种控制(如：组合控制、时序控制、场景控制等)、功率调节的要求越来越高，特别体现在智能建筑与非智能建筑、智能家居与非智能家居等领域的应用上，现有技术中，用电子式开关来进行控制。电子式开关在工作时，电子式开关要向负载线路取电，电子式开关的内部控制电路才能工作。目前的电子式开关在断开时为给内部控制电路取电，需要将火线和零线同时接入开关。这样，与传统的机械式开关相比，普通电子式开关安装时需要再接入一根交流电源零线，造成安装上的麻烦，阻碍了电子式开关的普及推广。为了无需重新布线即可直接取代机械式开关，电子式开关有必要采取无零线方式。

电子式开关通常有两个特点：第一、多位控制。一个电子式开关可以一位控制，也可以多位控制，例如，两位控制、三位控制、四位控制，甚至多达48位控制等等。多位电子式开关可以分别控制多路负载，还可以实现组合控制、时序控制、场景控制等新功能，相对一位电子开关的功能增强许多倍，同时，一个多位电子式开关的成本却少于多个一位开关的总和。因此，在住宅、办公楼、商务楼、宾馆、学校、医院等建筑中，多位电子式开关应用日益广泛。第二、无零线方式。就是电子式开关进线端无零线，可免除重新布线，即可实现电器负载通断控制或功率调节。这种无零线电子式开关通常由功率开关、待机电源、开机电源和驱动控制器等四个部分组成，待机电源在功率开关关断时取电、开机电源在功率开关导通时取电、待机电源与开机电源向驱动控制器供电、驱动控制器控制多位功率开关通断，控制对应的负载线路；进一步细分来讲，第一部分，功率开关有继电器、单向晶闸管、双向晶闸管、功率晶体管、功率二极管和功率场效应管及其组合等类型；第二部分，待机电源有阻容分压、斩波降压、自激脉宽调制、它激脉宽调制等方式；第三部分，开机电源有串联电流互感器再整流、二极管再升压、串联晶闸管相控整流、串联功率场效应管相控整流等；第四部分，驱动控制器有手动按钮控制、红外感应控制、声光延时控制、红外遥控、射频遥控、网络控制及其组合等类型，可由分立元件、专用集成电路或单片机及其组合来实现。

目前，在“无零线”和“多位”情况下，如何取电给内部控制电路工作，电子式开关形成两大类：

第一类是独立式电子式开关。其基本电路结构为：一个N位无零线电子式开关就是由N个独立的一位无零线电子式开关拼加而成，每位无零线电子式开关中均由1个功率开关对应有1个待机电源、开机电源和驱动控制器组成。独立式无零线多位电子式开关的主要优点是，各开关使用时互不影响，任何一个或多个电器负载开机、关机、工作、待机和脱离电网均不会影响其它负载的正常运行；缺点是，电路十分繁杂，占用空间大，成本不得不成倍增加。

第二类是主从式电子式开关。主从式无零线多位电子式开关主要为了克服独立式电子式开关的缺点而设计的。其基本电路结构为：只在一位功率开关的回路上设计取电的待机电源和开机电源，再由待机电源和开机电源向驱动控制器供电，驱动控制器控制各位功率开关通断；这位功率开关被称为主开关，其它功率开关叫作从开关。主从式无零线多位电子式开关的主要优点是，电路大大简化，节省空间，成本显著降低；缺点是，当主开关控制的负载回路发生故障时，其它所有从开关控制的负载都无法工作，导致负载故障扩散的严重问题。

现有技术中，除了上述问题外，电子式开关还普遍存在以下问题：

1、电子式开关在待机状态时，虽然功率开关断开，但是待机电源与负载串联接在供电电源上，存在暗电流(待机电流)，待机电压会逐步积累，至最高电压(60～70V)，这个电压使荧光灯(日光灯、节能灯等)电路造成闪烁现象；

2、为了解决荧光灯闪烁的问题，采取外加增流器的方法，这又出现安装不便的问题；

3、为了解决电子式开关各部分电路的相互连接、接地等问题，电子式开关的设计往往要采用隔离电路连接，使其电路非常繁杂，成本过高；

4、由于待机电源和开机电源只得到一位功率开关的电能，能量有限，因此对负载适应性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电子式开关的共用式控制方法及无零线多位电子式开关，它能够有效地简化电路、有效地解决负载故障扩散的问题、负载适应性的问题和待机电压累积升高问题。

本发明的目的是通过下述方法和根据该方法而专门设计的无零线多位电子式开关实现的：

一种电子式开关的共用式控制方法，通过待机电源、开机电源、驱动控制器及多位功率开关控制多路负载或线路，开机电源向驱动控制器供电，待机电源向驱动控制器供电，驱动控制器控制多位功率开关通断，控制对应的负载线路，其特征在于：所述待机电源从待机负载回路共同取电，所述开机电源从开机负载回路共同取电。

一种根据权利要求1所述方法而专门设计的无零线多位电子式开关，包括待机电源、开机电源、驱动控制器及多位功率开关，开机电源输出端与驱动控制器电连接，待机电源输出端与驱动控制器电连接，驱动控制器与多位功率开关电连接，其特征在于：待机电源通过并联电桥连接在多位功率开关两端，开机电源串联在多位功率开关的公共端与火线端之间。

本发明的有益效果：

待机电源从待机负载回路共同取电，电路的实现是，待机电源通过并联电桥连接在多位功率开关两端，既实现各开关使用时不但能共同取电而且互不影响，即：任何一路或多路电器负载开机、关机、工作、待机和脱离电网均能共同取电又不会影响其它负载的正常运行，不会导致共同取电时造成短路等系统崩溃现象，又能保证仅仅共用一个待机电源和开机电源，最大程度地简化电路，性能可靠，节约成本；多位功率开关的输出端通过并联电桥并联，待机时任意回路因直接并联，相互补充提供电源(即电源并联相互冗余)，电路互用程度高，适用负载类型广泛，无需外加增流器，安装简易；每个电器负载的待机电压均被并联电桥箝位在其中的最小值，并联电桥使待机电流仅仅通过阻抗最小的电器负载回路，解决了待机电压累积升高问题，消除了荧光灯的待机闪烁现象；各位功率开关电路共用，消除了主开关与从开关的分别，避免出现负载故障扩散的问题；开机电源从开机负载回路共同取电，电路的实现是，开机电源串联在多位功率开关的公共端与火线端之间，开机电源获取能量充足，可保证电子式开关各种控制(如：超外差无线遥控等电路)的能量需要，使电子式开关控制各种负载的适应性强。

下面结合附图对本发明无零线多位电子式开关最佳实施例进行详细说明。

图1是本发明原理框图；

图2是本发明最佳实施例的电路原理图；

图3本发明最佳实施例并联电桥的第一电路原理图；

图4本发明最佳实施例并联电桥的第二电路原理图；

图5本发明最佳实施例并联电桥的第三电路原理图；

图6本发明最佳实施例DC/DC降压变换器的第一电路原理图；

图7本发明最佳实施例DC/DC降压变换器的第二电路原理图；

图8本发明最佳实施例DC/DC降压变换器的第三电路原理图；

图9本发明最佳实施例DC/DC降压变换器的第四电路原理图；

图10本发明最佳实施例AC/DC整流变换器的第一电路原理图；

图11本发明最佳实施例AC/DC整流变换器的第二电路原理图；

图12本发明最佳实施例驱动控制器的电路原理图。

具体实施方式

根据图1所示的电子式开关的共用式控制方法，通过待机电源2、开机电源3、驱动控制器4及多位功率开关5控制多路负载或线路，开机电源3向驱动控制器4供电，待机电源2向驱动控制器4供电，驱动控制器4控制多位功率开关5通断，控制对应的负载线路，待机电源2从待机负载回路共同取电，开机电源3从开机负载回路共同取电。待机电源2最好是通过并联电桥1连接在多位功率开关5两端从每条待机负载回路共同取电；开机电源3最好是串联在多位功率开关5的公共端A0与火线端L之间从每条开机负载回路共同取电。

根据图2所示的如上述方法而专门设计的无零线多位电子式开关，包括待机电源2、开机电源3、驱动控制器4及多位功率开关5，开机电源3输出端与驱动控制器4电连接，待机电源2输出端与驱动控制器4电连接，驱动控制器4与多位功率开关5电连接，待机电源2通过并联电桥1连接在多位功率开关5两端，开机电源3串联在多位功率开关5的公共端A0与电源的火线端L之间。

多位功率开关5的公共端A0、待机电源2的负极、开机电源3的负极及驱动控制器4的低电位端直接连接为公共接地端，如图2所示，解决了各部分电路直接共地问题。因各部分电路直接共地，各部分电路除了隔离连接外，更主要的实现了直接连接。特别是驱动控制器4与多位功率开关5可以直接电连接，所示图2。

并联电桥1最好是共阳极半桥电路，包括与多位功率开关5相对应的分别由一个二极管构成单臂的负载端桥臂(D12～Dn2)；负载端桥臂(D12～Dn2)的二极管阴极分别与相对应的多位功率开关5负载端连接再与多位功率开关5的公共端A0作输入端，负载端桥臂(D12～Dn2)的输出端为作正极的多位功率开关5公共端A0和作负极的二极管共阳极端，如图3所示；并联电桥1还可以是共阴极半桥电路，包括与多位功率开关5相对应的分别由一个二极管构成单臂的负载端桥臂(D11～Dn1)；负载端桥臂(D11～Dn1)的二极管阳极分别与相对应的多位功率开关5负载端连接再与多位功率开关5的公共端A0作输入端，负载端桥臂(D11～Dn1)的输出端为作正极的二极管共阴极端和作负极的多位功率开关5公共端A0，图4所示；并联电桥1还可以是全桥电路，包括与多位功率开关5相对应的分别由两个二极管同向串联的负载端桥臂(D11-D12～Dn1-Dn2)及由另外两个二极管同向串联的电源端桥臂(D01～D02)，负载端桥臂(D11-D12～Dn1-Dn2)的两个二极管连接点(A1～An)分别与相对应的多位功率开关5负载端连接再与电源端桥臂(D01～D02)的两个二极管连接点A0与多位功率开关5的公共端A0连接为输入端，输出端为作正极的二极管共阴极端和作负极的二极管共阳极端，如图5所示。待机电源2最好是从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器，如图6、7、8、9所示，其作用是从每条待机负载回路共同取电后整流和稳压，向驱动控制器4输出稳定的直流电。从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器可以是隔离连接型，如图6、7所示：图6所示的DC/DC降压变换器由电容C01、C03、LNK302芯片、变压器T01、二极管D03、稳压二极管ZD01组成；图7所示的DC/DC降压变换器由电容C01～05、变压器及其反馈绕组T01、三极管Q01、二极管D03、稳压二极管ZD01、电阻R01、R02组成；从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器还可以是直接连接型，如图8、9所示：图8所示的DC/DC降压变换器由电容C01～03、LNK302芯片、二极管D03、D04、电感L01组成；图9所示的DC/DC降压变换器由电容C01、C03、电感L01、LNK302芯片、二极管D03、稳压二极管ZD01组成。图3～5所示的并联电桥1配合使用图6、7的待机电源2，图3所示的并联电桥1还特别适用图8的待机电源2，图4所示的并联电桥1还特别适用图9的待机电源2。开机电源3最好是从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器，如图10、11所示，其作用是从每条开机负载回路共同取电后整流和稳压，向驱动控制器输出稳定的直流电。从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器可以是直接连接型，如图10所示，由D04、D05、晶闸管SCR01、电阻R01、稳压二极管ZD02、电容C05、C06组成；从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器还可以是隔离连接型，如图11所示，由二极管D01、D02、变压器T01、全桥整流电路DB01、电容C01、稳压二极管ZD01组成。驱动控制器最好是单片机无隔离控制电路，单片机无隔离控制电路采用AT89C2051单片机芯片无隔离控制电路，如图12所示；单片机的所谓“无隔离控制电路”，是它能够直接共地，实现与其它电路无隔离连接。

多位功率开关5的输出端之后是待机负载回路，输入端之前是开机负载回路，工作时，如果全部负载都通电运行，多位功率开关5的每一个功率开关接通，两端电压为0V，待机电源2不能从功率开关两端获取电能，开机电源3串联在多位功率开关5的公共端D与火线端L之间从每条开机负载回路共同取电，向驱动控制器4供电，驱动控制器4控制多位功率开关5导通或截止；如果有一路以上的负载待机，即功率开关断开，功率开关两端就存在待机电压，待机电源2通过并联电桥1连接在多位功率开关5两端从待机的待机负载回路共同取电，向驱动控制器4供电，相互补充提供电源(即电源并联相互冗余)，有效地简化电路；能量足够，解决了负载适应性的问题；不会因一路负载待机或出故障而系统崩溃，有效地解决负载故障扩散的严重问题；同时，每个电器负载的待机电压均被并联电桥1箝位在其中的最小值，并联电桥1使待机电流仅仅通过阻抗最小的电器负载回路，解决了待机电压累积升高问题，消除了荧光灯的待机闪烁现象。

Claims

1、一种电子式开关的共用式控制方法，通过待机电源、开机电源、驱动控制器及多位功率开关控制多路负载或线路，开机电源向驱动控制器供电，待机电源向驱动控制器供电，驱动控制器控制多位功率开关通断，控制对应的负载线路，其特征在于：所述待机电源从待机负载回路共同取电，所述开机电源从开机负载回路共同取电。

2、根据权利要求1所述的电子式开关的共用式控制方法，其特征在于：待机电源通过并联电桥连接在多位功率开关两端从每条待机负载回路共同取电。

3、根据权利要求1所述的电子式开关的共用式控制方法，其特征在于：开机电源串联在多位功率开关的公共端与火线端之间从每条开机负载回路共同取电。

4、一种根据权利要求1所述方法而专门设计的无零线多位电子式开关，包括待机电源、开机电源、驱动控制器及多位功率开关，开机电源输出端与驱动控制器电连接，待机电源输出端与驱动控制器电连接，驱动控制器与多位功率开关电连接，其特征在于：待机电源通过并联电桥连接在多位功率开关两端，开机电源串联在多位功率开关的公共端与火线端之间。

5、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述并联电桥为共阳极半桥电路，包括与多位功率开关相对应的分别由一个二极管构成单臂的负载端桥臂，负载端桥臂的二极管阴极分别与相对应的多位功率开关负载端连接和多位功率开关的公共端为输入端，负载端桥臂的输出端为作正极的功率开关公共端和作负极的二极管共阳极端。

6、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述并联电桥为共阴极半桥电路，包括与多位功率开关相对应的分别由一个二极管构成单臂的负载端桥臂，负载端桥臂的二极管阳极分别与相对应的多位功率开关负载端连接和多位功率开关的公共端为输入端，负载端桥臂的输出端为作正极的二极管共阴极端和作负极的功率开关公共端。

7、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述并联电桥为全桥电路，包括与多位功率开关相对应的分别由两个二极管同向串联的负载端桥臂及由另外两个二极管同向串联的电源端桥臂，负载端桥臂的两个二极管连接点分别与相对应的多位功率开关负载端连接和电源端桥臂的两个二极管连接点与多位功率开关公共端连接为输入端，输出端为作正极的二极管共阴极端和作负极的二极管共阳极端。

8、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：多位功率开关的公共端、待机电源的负极、开机电源的负极及驱动控制器的低电位端直接连接为公共接地端。

9、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述驱动控制器与多位功率开关直接电连接。

10、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述待机电源为从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器。

11、根据权利要求10所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器为隔离连接型。

12、根据权利要求11所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：隔离连接型的从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器由电容C01、C03、LNK302芯片、变压器T01、二极管D03、稳压二极管ZD01组成。

13、根据权利要求11所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：隔离连接型的从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器由电容C01～05、变压器T01及其反馈绕组、三极管Q01、二极管D03、稳压二极管ZD01、电阻R01、R02组成。

14、根据权利要求10所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器为直接连接型。

15、根据权利要求14所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：直接连接型的从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器由电容C01～03、LNK302芯片、二极管D03、D04、电感L01组成。

16、根据权利要求14所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：直接连接型的从每条待机负载回路共同取电的DC/DC降压变换器由电容C01、C03、电感L01、LNK302芯片、二极管D03、稳压二极管ZD01组成。

17、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述开机电源为从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器。

18、根据权利要求17所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器为直接连接型。

19、根据权利要求18所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：直接连接型的从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器由D04、D05、晶闸管SCR01、电阻R01、稳压二极管ZD02、电容C05、C06组成。

20、根据权利要求17所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器为隔离连接型。

21、根据权利要求20所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：隔离连接型的从每条开机负载回路共同取电的AC/DC整流变换器由二极管D01、D02、变压器T01、全桥整流电路DB01、电容C01、稳压二极管ZD01组成。

22、根据权利要求4所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述驱动控制器为单片机无隔离控制电路。

23、根据权利要求18所述的无零线多位电子式开关，其特征在于：所述单片机控制电路为AT89C2051单片机芯片无隔离控制电路。