CN1972125A - 一种二线制电子延时开关 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种二线制电子延时开关，包括电源、控制器和功率开关，电子开关的电源是一种待机和开机延时工作两用的补偿式自激振荡电源，由单向导电二极管D4、耐高压储能电容C2、补偿电路和自激振荡电路构成，控制器包括单稳延时电路和传感电路，功率开关可为双向晶闸管或整流桥并联单向晶闸管电或整流桥并联场效应管电路及其外围电路组成。本发明拓宽了二线制电子开关的应用范围，使其自动适应节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载，不需要人工切换，使用方便；还可以使得二线制电子延时开关无需额外开态供电电路，无需额外过电压保护电路，无需额外电磁兼容电路，电路简洁，成本低廉。

Description

一种二线制电子延时开关

所属技术领域

本发明涉及一种电子开关，特别涉及一种与墙壁机械开关兼容，节能灯、日光灯、白炽灯等各类负载都适用的无零线电子延时开关。

背景技术

与墙壁机械开关相比，普通电子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，阻碍了电子开关的普及推广。为了无需重新布线即可直接取代墙壁机械开关，电子开关有必要采用无零线的二线制。

现有的二线制电子延时开关存在的主要问题有三：(1)自动待机能耗与正常熄灯之间的矛盾。在自动声光、红外感应、无线遥控等二线制电子开关中，自动待机功能不得不消耗一定电能，由于开关与灯具无零线串联连接，自动待机电流必然通过灯具，通常节能灯在待机电流为0.1至0.2毫安时出现冷闪问题，有的节能灯甚至在待机电流低至0.05毫安时也会出现冷闪问题，不能正常熄灯；(2)通用性能差。需要人工匹配或手工切换，以便用于控制特定类型的负载，使用不便；(3)电路复杂，成本高。有些二线制电子延时开关需要额外开态电源或过压保护或电磁兼容等电路，应用方案比较复杂。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自动适应节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载，无需重新布线即可直接取代墙壁机械开关，电路简洁，成本低廉的通用型二线制电子延时开关。

为实现上述目的，本发明设计了特别适用于二线制电子开关的待机与开机延时工作两用的补偿式自激振荡电源，此电源由单向导电二极管D4、耐高压储能电容C2、补偿电路和自激振荡电路构成。补偿电路包括输入电压补偿电路、变压器初级电流补偿电路，输入电压补偿电路由电阻R1、稳压二极管ZD1、阻塞二极管D1串联组成，变压器初级电流补偿电路由电流传感电阻R4、低压开关管Q2、阻塞二极管D2组成，自激振荡电路包括单端反激式自激振荡电路，由变压器T1、定时电容C1、定时电阻R2、限流电阻R3、高压开关管Q1、高频整流二极管D3、滤波电容C3组成。

本发明的工作原理是：电子开关关断期间，市电经过单向导电二极管D4给储能电容C2提供高压直流电；电子开关导通期间，单向导电二极管D4阻止储能电容C2通过功率开关放电，保证功率开关正常工作。在电子开关关断期间和电子开关导通期间，储能电容C2经过补偿式自激振荡电源给控制电路供电。补偿式自激振荡电源为一种自动适应节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载的高效DC/DC降压变换电路，它的工作原理可划分为四个过程：(1)脉冲上升阶段。在定时电容C1的电压达到高压开关管Q1基极与发射极开通电压的时刻，变压器初级绕组产生的电压通过同相反馈绕组提供给开关管Q1的基极，使基极电压进一步提高，由于正反馈作用，Q1瞬间进入饱和，形成脉冲上升沿；(2)脉冲维持阶段。反馈绕组产生的电压经过限流电阻R3为Q1提供基极驱动电流，变压器初级绕组储能，同时使得定时电容C1上端相对下端的电压差变大；(3)脉冲下降阶段。当变压器初级电流不断上升，使传感电阻R4两端产生的电压达到低压开关管Q2的开通电压时，Q2拉低Q1的基极电位，由于正反馈作用，Q1瞬间进入截止，形成脉冲下降沿；(4)脉冲休止阶段。当定时电容C1的电压对开关管Q1基极与发射极提供反向偏置时，开关管Q1保持截止状态，变压器次级绕组输出能量后，变压器各绕组电压都为零，不稳定的输入直流电压经由电阻R1、稳压二极管ZD1、阻塞二极管D1串联组成的输入电压补偿电路产生恒定电压，再通过定时电阻R2给定时电容C1充电。以后重复上述四个动作，从而实现为待机和开机延时工作两种状态下的二线制电子开关提供期望的低压直流电。

本发明的有益效果：

(1)自动适应节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载，不需要人工匹配或人工切换，使用方便；

(2)一个电源两种用途，既可待机供电，又可开机供电，不需要额外开态供电电路，节省成本；

(3)耐高压储能电容兼有过电压吸收功能，不需要额外过电压保护电路；

(4)功率开关全相角导通，无斩波干扰，不需要额外电磁兼容电路；

(5)消除了各规格节能灯的待机冷闪和开灯热闪问题，应用范围更广；

(6)待机能耗极低，可小于0.01瓦，节能效果更佳。

下面结合附图对本发明通用型二线制电子延时开关实施例进行详细说明。

图1是本发明原理框图；

图2是本发明第一实施例的电路原理图；

图3是本发明第二实施例的电路原理图；

图4是本发明第三实施例的电路原理图；

具体实施方式

通用型二线制电子延时开关的原理框图见图1。

图1所示的电子延时开关包括控制器、功率开关和电源三部分，控制器输出端与功率开关连接，驱动功率开关开通或关断，电源输出端与控制器连接，为控制器供电。电源由单向导电二极管D4、耐高压储能电容C2、补偿电路和自激振荡电路组成。其中，D4的阳极接功率开关一端，D4的阴极接C2的正极，C2的负极接公共地，自激振荡电路的输入正负端分别接C2正负极，自激振荡电路的输出正负端接控制器电源正负端。

图1所示的补偿电路的功能有两个：(1)自动补偿储能高压电容两端电压变化对电源转换能量的影响，抵消节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载待机电压变化的不利影响，保证二线制电子开关自动适应节能灯、日光灯和白炽灯等各类负载，不需要人工匹配或人工切换。(2)有效控制开关接通时储能电容输出能量的速率，使得一个电源两种用途，既可待机供电，又可开机供电，不需要额外开态供电电路。图1所示的补偿电路的结构包括输入电压补偿电路、变压器初级电流补偿电路，输入电压补偿电路由电阻R1、阻塞二极管D1、稳压二极管ZD1串联组成，R1一端接C2正极，R1另一端接D1阳极，D1阴极接ZD1阴极，ZD1阳极接公共地；变压器初级电流补偿电路由电流传感电阻R4、低压开关管Q2、阻塞二极管D2组成，R4一端接Q2基极，R4另一端接公共地，Q2发射极接公共地，Q2集电极接D2阴极，D2阳极接Q1基极。

图1所示的自激振荡电路的功能为：通过高压开关管Q1斩波脉冲调制，将储能电容两端的高压直流电高效地转换为控制电路所需的低压直流电，大大降低待机能耗，保证各规格节能灯无待机冷闪问题。图1所示的单端反激式自激振荡电路的结构，由变压器T1、定时电容C1、定时电阻R2、限流电阻R3、高压开关管Q1、高频整流二极管D3、滤波电容C3组成，T1初级绕组正端接C2正极，T1初级绕组负端接Q1集电极，C1一端接R2，C1另一端接T1反馈绕组正端，R2另一端接D1阳极，R3一端接C1与R2汇接端，R3另一端接Q1基极，Q1发射极接T1反馈绕组负端，T1次级绕组负端接D3阳极，T1次级绕组正端接公共地，D3阴极接C3正极，C3负极接公共地。

本发明第一实施例的电路见图2，它是一种二线制手动延时开关电路，按压按钮SW1一次，开关接通一段时间，然后自行断开，这种开关无需零线，即单线进出，可以直接替换普通机械开关，不必更改原有布线。

图2所示的电源与图1所示的补偿式自激振荡电源相同。

图2所示的功率开关由整流桥BRIDGE和晶闸管SCR组成，整流桥BRIDGE的两个交流输入端分别连接电网相线端和负载，晶闸管SCR的阳极和阴极分别连接整流桥BRIDGE直流输出端的正极和负极。

图2所示的控制电路由手动按钮、发光二极管LED指示器和与非门单稳延时电路组成，单稳延时电路由与非门集成电路芯片4011的第一单元、第三单元、第四单元、电容C4、电阻R6组成，集成电路芯片4011电源正负端分别接C3正负极，与非门第一单元输出端接与非门第三单元的一个输入端，与非门第三单元的另一个输入端接C4正极，C4负极接与非门第四单元输出端，与非门第四单元两个输入端接与非门第三单元输出端，R6一端接门电路集成芯片4011电源正端，R6另一端接C4正端，手动按钮的一端连接非门第二单元输出端，手动按钮的另一端连接非门第一单元的两个输入端。

本发明第二实施例的电路见图3，它是一种二线制声光控延时开关电路，当光线明亮时，自动封锁开关；当光线黑暗时，只要开关附近声音足够强，开关自动接通，延时一段时间后开关又自动断开。这种开关也无需零线，即单线进出，可以直接替换普通机械开关，不必更改原有布线。

图3所示的电源与图1所示的补偿式自激振荡电源相同。

图3所示的功率开关由双向晶闸管TRIAC1组成，双向晶闸管TRIAC1的T2极和T1极分别连接电网相线端和负载。

图3所示的控制电路由与非门单稳延时电路和声光自动检测电路组成，图3所示的延时电路与图2所示的与非门单稳延时电路相同，自动检测电路包括声音感应探头及其放大电路和光敏电阻，声音感应探头MIC一端接地，另一端经电阻R9接与非门第二单元输出端，隔直电容C6一端连接声音感应探头MIC和电阻R9公共端，另一端连接放大三极管Q3的基极，三极管Q3的发射极接地，三极管Q3的集电极接与非门第一单元的一个输入端，电阻R8一端连接与非门第二单元输出端，R8另一端连接三极管Q3的集电极，三极管Q3的基极经电阻R10连接与非门第二单元输出端，光敏电阻CDS一端接地，另一端连接与非门第一单元输入端，电阻R7连接与非门第二单元输出端和第一单元另一个输入端。与非门第二单元的作用是：在开关接通时，使自动检测电路处于休眠状态，从而节省能耗。

本发明第三实施例的电路见图4，它是一种二线制热释电红外感应自动延时开关电路，当光线明亮时，自动封锁开关；当光线黑暗时，只要开关周围有人走动，开关自动接通，延时一段时间后开关又自动断开。这种开关也无需零线，即单线进出，可以直接替换普通机械开关，不必更改原有布线。

图4所示的电源与图1所示的补偿式自激振荡电源相同。

图4所示的功率开关由整流桥BRIDGE和场效应管FET组成，整流桥BRIDGE的两个交流输入端分别连接电网相线端和负载，场效应管FET的漏极和源极分别连接整流桥BRIDGE直流输出端正极和负极。

图4所示的控制电路由与非门单稳延时电路和热释电红外感应自动检测电路组成，图4所示的延时电路与图2所示的与非门单稳延时电路相同，自动检测电路包括热释电红外感应探头及其放大电路和光敏电阻，三极管Q3放大电路和光敏电阻电路与图3所示电路相同，图4所示的热释电红外感应探头及其低功耗前置放大电路由红外感应探头PIR和低功耗CMOS运算放大器272及其外围电路组成。

Claims (10)

1、一种二线制电子延时开关，包括电源、控制器和功率开关，电源输出端与控制器连接，为控制器供电，控制器输出端与功率开关连接，驱动功率开关开通或关断，其特征在于：所述的电源为待机和开机延时工作两用的补偿式自激振荡电源，由单向导电二极管D4、耐高压储能电容C2、补偿电路和自激振荡电路构成；所述二极管D4的阳极接功率开关一端，二极管D4的阴极接电容C2的正极，电容C2的负极接公共地端，自激振荡电路的输入正负端分别接电容C2正负极，自激振荡电路的输出正负端接控制器电源正负端。

2、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的补偿电路包括输入电压补偿电路、变压器初级电流补偿电路，输入电压补偿电路由电阻R1、阻塞二极管D1、稳压二极管ZD1串联组成，R1一端接电容C2正极，电阻R1另一端接二极管D1阳极，二极管D1阴极接二极管ZD1阴极，二极管ZD1阳极接公共地端；变压器初级电流补偿电路由电流传感电阻R4、低压开关管Q2、阻塞二极管D2组成，电阻R4一端接开关管Q2基极，电阻R4另一端接公共地端，开关管Q2发射极接公共地端，开关管Q2集电极接二极管D2阴极，二极管D2阳极接开关管Q1基极。

3、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的自激振荡电路为单端反激式自激振荡电路，由变压器T1、定时电容C1、定时电阻R2、限流电阻R3、高压开关管Q1、高频整流二极管D3、滤波电容C3组成；变压器T1初级绕组正端接电容C2正极，变压器T1初级绕组负端接开关管Q1集电极，电容C1一端接电阻R2，电容C1另一端接变压器T1反馈绕组正端，电阻R2另一端接二极管D1阳极，电阻R3一端接电容C1与电阻R2汇接端，电阻R3另一端接开关管Q1基极，开关管Q1发射极接变压器T1反馈绕组负端，变压器T1次级绕组负端接二极管D3阳极，变压器T1次级绕组正端接公共地端，二极管D3阴极接电容C3正极，电容C3负极接公共地端。

4、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的控制器包括单稳延时电路和传感电路。

5、根据权利要求4所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的控制器的单稳延时电路由与非门集成电路芯片4011的第一单元、第三单元、第四单元、电容C4、电阻R6组成；集成电路芯片4011电源正负端分别接电容C3正负极，与非门第一单元输出端接与非门第三单元的一个输入端，与非门第三单元的另一个输入端接电容C4正极，电容C4负极接与非门第四单元输出端，与非门第四单元两个输入端接与非门第三单元输出端，电阻R6一端接门电路集成芯片4011电源正端，电阻R6另一端接电容C4正端。

6、根据权利要求4所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的控制器的传感电路为接触型手动触摸电路。

7、根据权利要求4所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的控制器的传感电路为非接触型红外感应、声或光探测器传感电路中的一种或其组合。

8、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的功率开关为双向晶闸管，双向晶闸管的两个主端T1和T2分别连接电网相线端和负载。

9、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的功率开关为整流桥并联单向晶闸管电路，整流桥的两个交流输入端分别连接电网相线端和负载，晶闸管的阳极和阴极分别连接整流桥直流输出端的正极和负极。

10、根据权利要求1所述的二线制电子延时开关，其特征在于：所述的功率开关为整流桥并联场效应管电路，整流桥的两个交流输入端分别连接电网相线端和负载，场效应管的漏极和源极分别连接整流桥直流输出端的正极和负极。

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