CN201435856Y

CN201435856Y - 一种单线制智能开关

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Publication number: CN201435856Y
Application number: CN2009201359020U
Authority: CN
Inventors: 陈远程
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2009-03-23
Filing date: 2009-03-23
Publication date: 2010-03-31
Anticipated expiration: 2019-03-23

Abstract

本实用新型涉及一种单线制智能开关，包括为所述中心控制器供电的电源调整电路、在所述开关未接通时为所述电源调整电路提供电源的待机供电电路、在所述开关接通时为所述电源调整电路提供电源的动态供电电路以及在所述中心控制器输出的信号控制下进行开关动作的第一开关及驱动电路；所述动态供电电路和第一开关及驱动电路依次串接在相线的输入和输出端之间；所述待机供电电路的输入端并接在所述相线输入端和相线输出端之间，输出端与电源调整电路的输入端连接。实施本实用新型的单线制智能开关，具有以下有益效果：待机功耗小、工作可靠、能抗较大的负载电流冲击、负载功率大，且解决了节能灯等容性负载造成的频闪及大功率负载工作时的发热现象。

Description

一种单线制智能开关

【技术领域】

本实用新型涉及一种交流电源的控制开关，更具体地说，涉及一种单线制智能电子开关和遥控开关。

【背景技术】

电灯是人们日常生活中被广泛使用的照明灯具，其使用极为普遍。通常每盏灯都有一个开关连接在电灯和交流电源之间，用于控制电灯的开启和关闭。一直以来我们生活中使用的开关都是传统的机械触点开关，使用者通过控制机械触点的接通与断开来达到控制电灯的开启与关断。这种机械式开关在很多情况下：如，多点控制一个开关或单点控制多个开关都无法轻易实现，更无法实现灯光的智能控制、遥控控制。因此，市面上开始流行一些无触点的单火线电子开关或遥控开关，且逐渐应用在各种场合。但是，这些单线制开关由于受现有技术的制约，其开关与驱动电路的负载能力无法达到预期效果，加上自身的待机功耗较大，不能应用在容性负载和感性负载上。所以，其工作不稳定且损坏率很高，又受控制对象所限，所以难以普及民用化。

【实用新型内容】

本实用新型要解决的技术难题在于，针对现有技术的不足，其开关与驱动电路的负载能力弱，加上自身的待机功耗较大，不能应用在容性负载和感性负载上的缺陷，提供一种驱动电路和待机电路功耗都比较小的且工作稳定、负载能力较强的单线制智能开关。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种单线制智能开关，包括中心控制器、为所述中心控制器供电的电源调整电路、在所述开关未接通时为所述电源调整电路提供电源的待机供电电路、在所述开关接通时为所述电源调整电路提供电源的动态供电电路以及在所述中心控制器输出的控制信号控制下进行开关动作的第一开关及驱动电路；所述动态供电电路和第一开关及驱动电路依次串接在相线的输入和输出端之间；所述待机供电电路并接在所述相线输入端和相线输出端之间，其输出端与电源调整电路的输入端连接。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述动态供电电路所述动态供电电路包括其初级串接在所述相线上的电流互感器以及与所述电流互感器次级相连接的整流元件；所述动态供电电路又可以与所述场效应管组成的动态供电电路相连接，其输入端串接在所述相线的输入端和输出端之间，输出端与所述电源调整电路的输入端连接；所述电源调整电路还包括用于指示所述待机供电工作状态的、串接在电路中的指示灯。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述第一开关及驱动电路包括磁保持脉冲继电器和驱动电路，所述磁保持脉冲继电器的触点分别连接在所述相线的输入端和输出端上，所述磁保持脉冲继电器的线圈与所述驱动电路的输出端连接，所述驱动电路的信号输入端与所述中心控制器的信号输出端连接，所述驱动电路的供电端与所述储能电路的输出端相连接。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述磁保持脉冲继电器及驱动电路包括单线圈式磁保持脉冲继电器及驱动电路或双线圈式磁保持脉冲继电器驱动电路。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述储能电路包括用于存储电能的电容器或可充电电池。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述第一开关及驱动电路还包括由所述中心控制器控制的可控硅开关及反馈供电电路，所述可控硅开关及反馈供电电路的反馈供电输出端连接在所述电源调整电路的输入端上，其驱动信号的输入端直接与所述中心控制器的信号输出端连接。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，还包括第二至第n个相线输出端以及分别串接在所述相线输入端和所述第二至第n个相线输出端之间的、受所述中心控制器控制的第二至第n路开关及其驱动电路。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述第二至第n路开关及驱动电路还包括由所述中心控制器控制的可控硅开关模块；所述可控硅开关模块，包括用作开关的可控硅及接受所述中心控制器输出的信号并控制所述可控硅导通或关断的可控硅驱动电路。所述可控硅开关模块的可控硅分别连接在所述相线输入端和相线输出端上，其信号输入端直接与所述中心控制器的信号输出端连接。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述中心控制器包括微处理器以及与所述微处理器连接的开关；所述开关包括手动控制的鼠标按键开关或感应触摸开关。

在本实用新型所述的单线制智能开关中，所述中心控制器还包括接收遥控器控制信号的遥控接收器，所述遥控接收器包括射频遥控接收器或红外线遥控接收器。

实施本实用新型的单线制智能开关，具有以下有益效果：由于采用了待机和工作时分别由不同的供电电路供电，且在动态工作时采用电流互感器来提供控制部分的工作电流，同时，又采用多级电源调整电路，所以其控制部分的供电十分稳定，从而该单线制智能开关工作可靠、能抗较大的负载电流冲击、不易损坏且解决了节能灯等容性负载造成的频闪及大功率负载工作时的发热现象。同时具有极好的抗干扰能力。

【附图说明】

图1是本实用新型一种单线制智能开关第一实施例的电路结构图；

图2是本实用新型一种单线制智能开关所述第一实施例主电路图；

图3是一种单线制智能开关第二实施例中动态供电电路的电路图；

图4是所述第一实施例中单线开关第一开关及驱动电路的电路图；

图5是所述第一实施例中第一开关及驱动电路的另一种替代电路；

图6是所述第三实施例中可控硅驱动及反馈动态供电电路原理图；

图7是本实用新型所述第四实施例中可控硅开关模块电路原理图；

图8是本实用新型一种单线制智能开关第五实施例的电路结构图。

【具体实施方式】

下面将结合附图对本实用新型实施例作进一步说明。

如图1所示，在本实用新型一种单线制智能开关的第一实施例中，该单线制智能开关包括一个相线输入端90，一个相线输出端91，在上述相线输入端90和相线输出端91之间，依次串联有动态供电电路2和第一开关及驱动电路5，同时，在上述相线输入端90和相线输出端91之间并联有待机供电电路1，动态供电电路2和待机供电电路1的输出端均连接到电源调整电路3的输入端，而电源调整电路3的输出端提供稳定的直流电压输出作为中心控制器6的电源，而中心控制器6输出的控制信号又连接在上述第一开关及驱动电路5的控制端，作为输出信号控制上述第一开关及驱动电路5的开关状态。

值得一提的是：在第一实施例中，待机供电电路1需要在相线输出端91与零线之间有负载连接且线路完好时才能使系统正常工作，这也是该单线制智能开关的第一开关工作的首要条件，且服务于多条相线输出的第二路至第n路开关。

图2是第一实施例中单线制智能开关的主电路图，在图2中，示出了第一实施例中除第一开关及驱动电路5以外的电路细节，而第一实施例中第一开关及驱动电路5的具体电路原理在图4中示出。由图2中可以看出，在中心控制器6上，连接有遥控接收器7，所以在第一实施例中，该单线制智能开关是一个带遥控的开关。在第一实施例中，上述遥控接收器7是射频遥控接收器；在其他实施例中，上述遥控接收器也可以是红外线遥控接收器，当然，也可以是没有遥控接收器而仅采用轻触按键或感应触摸开关来控制上述中心控制器输出开关信号并控制相应的驱动电路及继电器动作，从而构成电子式电工开关。

如图2所示，在第一实施例中，待机供电电路1包括其交流端通过电容C1并联在上述相线输出端91和相线输入端90之间的整流桥D1-4，该整流桥D1-4的直流正端连接到变压器B1的初级线圈L2的一端，初级线圈L2的另一端连接在晶体管Q1的集电极，晶体管Q1的发射极通过电阻R2连接到上述整流桥D1-4的直流负端，在整流桥D1-4的直流正端和直流负端之间，依次串联有电阻R1、电容C3和反馈线圈L3，上述晶体管Q1的基极连接在电阻R1和电容C3的连接点上，上述变压器B1的次级L1一端接地，另一端通过整流二极管D3作为待机供电电路1的输出端连接在电源调整电路3的输入端。电源调整电路3的输入端通过并接在其上的稳压二极管DW2及电容C5滤波后实现第一级稳压，利用反向串接的稳压二极管DW1进行降压，再通过正向串接于回路中的指示灯LED1，连接到稳压集成电路U1的输入端，稳压集成电路U1的输出端经过电容滤波后，提供给中心控制器6。在本实施中的LED1指示灯具有检测第一开关交流回路是否完好的作用。

如图2所示，在第一实施例中，动态供电电路2包括电流互感器T1和整流桥D2-4，其中，电流互感器T1的初级串联在相线输入端90和第一开关及驱动电路5之间，其次级连接在整流桥D2-4的交流端上，整流桥D2-4的直流负端接参考地，其直流正端连接到上述电源调整电路3的输入端(标记为+VA)上。在本实施例中，如果只考虑降低元件的成本，那么该整流桥D2-4也可以用一个整流二极管代替，但低功率负载时兼容性不好。

由于在第一实施例中，第一开关及驱动电路5采用的是磁保持脉冲继电器(具体电路见图4)，所以第一实施例中还包括储能电路8，在其他实施例中，如果整个开关各路都不是采用磁保持脉冲继电器做的，则上述储能电路8及电流互感器T1和整流桥D2-4，都是不需要的。在图2中，第一实施例中的储能电路8包括二极管D5、电阻R3和电容C10，其中，二极管D5的正极连接在上述电源调整电路输入端的正电源端，即上述被标记为+VA端，其负极通过电阻R3与电容C10的正极连接，电容C10的负极与地连接，上述电阻R3与电容C10的正极的连接点同时连接到第一开关及驱动电路5(磁保持脉冲继电器)的供电端，在图2中，该连接点被标记为+VB电源端。在本实施例中，如果在不考虑体积和成本的情况下，上述电容C10也可以是可充电电池。

图3所示是一种单线制智能开关第二实施例中动态供电电路的电路图，其动态供电电路2的具体实施包括：场效应管Q61、晶体管Q62、晶体管Q63、晶体管Q64、二极管D61、二极管D62、稳压二极管DW61以及稳压二极管DW62等，其中，场效应管Q61的漏极连接在第一开关及控制电路的相线输入端(标记为IN处)，其源极连接在该路开关触点的前端(标记为OUT处)，其栅极连接在晶体管Q64的集电极上并通过电容C61接地(并与相线输入端90连接)，同时场效应管Q61的漏极还与二极管D61的正极连接，二极管D61的负极连接到电源调整电路3的电源输入端(即上述被标记为+VA上)，二极管D61的负极还连接有稳压二极管DW61的负极，稳压二极管DW61的正极分别通过电阻R61、电阻R62连接在晶体管Q64的集电极和晶体管Q62的基极，晶体管Q62的发射极接地(相线输入端90)，晶体管Q62的集电极分别通过电阻R63、电阻R64分别连接到二极管D61的负极和晶体管Q64的基极；二极管D61的负极还连接有稳压二极管DW62的负极，稳压二极管DW62的正极通过串联的电阻R65、电阻R66接地(相线输入端90)，电阻R65和电阻R66的连接点与晶体管Q63的基极相连，晶体管Q63的集电极通过电阻R67连接到二极管DW61的负极，晶体管Q63的集电极还通过正向连接的二极管D62连接到晶体管Q64的基极；此外，在上述二极管DW61的负极与地(相线输入端90)之间，还并接有电容C62。

实施上述之有益效果是可以使第一实施例中第一开关输出的负载能力达到5W-500W以上。特别是适应了大小功率灯具的正常工作。事实上，第二实施例的动态供电电路和第一实施例中的动态供电电路2功能是一样的；或者说第一实施例中的动态供电电路2可以被图3中所示的动态供电电路2直接替换，以其达产品设计的互补效果。

图4中示出了第一实施例中第一开关及驱动电路5的电原理图，在第一实施例中的第一开关及驱动电路5是一个磁保持脉冲继电器，包括继电器和驱动电路，其中，继电器的触点3和4串接在相线上(由图2、图4可看出)，该继电器的触点接通与否由上述驱动电路控制继电器线圈中的瞬时电流大小及极性方向来决定，在图4所示的第一实施例中，继电器线圈是单组线圈，即只有一个输入端，一个输出端，所以图4所示出的驱动电路也就是单线圈驱动电路，其具体连接如下：端子N1、端子N2分别连接中央控制器的控制信号输出端，且分别与晶体管Q31、晶体管Q32的基极相连，晶体管Q31、晶体管Q32的发射极相互连接并接地，晶体管Q31、晶体管Q32的集电极分别连接到晶体管Q33、晶体管Q34的基极，晶体管Q33、晶体管Q34的发射极相互连接并连接到+VB的电源端，晶体管Q33、晶体管Q34的集电极分别连接到上述继电器线圈的两端，在晶体管Q33、晶体管Q34的集电极之间还正极相向串联有二极管DW31和二极管DW32，二极管DW31的负极连接在上述晶体管Q33的集电极上，二极管DW32的负极连接在上述晶体管Q34的集电极上；同时，还包括晶体管Q35和晶体管Q36，晶体管Q35和晶体管Q36的发射极相互连接并接地，晶体管Q35的集电极连接到晶体管Q33的集电极，晶体管Q35的基极通过电阻R31连接到晶体管Q34的集电极；晶体管Q36的集电极连接到晶体管Q34的集电极，晶体管Q36的基极通过电阻R32连接到晶体管Q33的集电极。

上面描述了本实用新型第一实施例之中各部件之间以及各部件内部的连接关系，在上述第一实施例中，其第一开关及驱动电路5之中的继电器线圈是单组线圈，所以其驱动电路是单组线圈驱动电路；其有益效果是所用的驱动能量较小，而在某些情况下(例如电路板面积受限制的情况下)，上述继电器线圈可能是双组线圈的，即继电器线圈有中心抽头，此时，上述驱动电路可以采取第一实施例中第一开关及驱动电路的另一种替代电路，如图5所示。

第一实施例与第一实施例使用第一开关及驱动电路的另一种替代电路情况时的区别仅在于继电器的线圈结构形式及驱动电路的结构不同，但功能完全是相同的。

如图5所示，在第一实施例第一开关及驱动电路的另一种替代电路中，来自中心控制器6的控制信号分别通过电阻R41、电阻R42分别连接在晶体管Q41、晶体管Q42的基极，晶体管Q41和晶体管Q42的发射极相互连接并接地，晶体管Q41和晶体管Q42的集电极分别连接在继电器线圈的两个端点，继电器线圈的中心抽头连接到+VB的电源端，同时在晶体管Q41集电极和+VB的电源端之间还正向并接有二极管D41，在晶体管Q42集电极和+VB的电源端还正向并接有二极管D42。

图6是所述第三实施例的动态供电电路原理图，本图结合了可控硅开关、驱动及反馈供电电路，集3合一功能于一体的原理图，即图6中所示的电路具有上述三种电路的功能合为一。在图6中，包括双向可控硅T71、稳压管DW71、二极管D71、晶体管Q71、光耦可控硅U71等；其中，双向可控硅T71的主端子分别连接在相线输入端和相线输出端，双向可控硅T71的控制端连接在稳压二极管DW71的正端，同时，该控制端还通过电阻R74连接倒地(图6中的相线输入端)，稳压二极管DW71的负极通过电阻R73连接在二极管D1的正极；二极管D1的负极通过电阻R75连接到电源调整电路3的输入端，同时上述光耦可控硅U71的两个可控硅端子分别连接在二极管D71的正极和通过电阻R71连接在相线输出端；上述光耦可控硅U71的输入正端通过电阻R72连接到电源调整电路3的输入端(图6中标记为+VA的点)，光耦可控硅U71的输入负端，连接在晶体管Q71的集电极，其发射极接地，其基极通过电阻R76连接到中心控制器6的控制信号输出端。

在第三实施例中，由于采用的是可控硅开关及反馈供电电路替换第一开关及驱动电路5，所以在第三实施例中，可以省略第一实施例所述的动态供电电路中的电流互感器、整流元件及储能电路8，同时可将电流互感器的初级线圈换成保险管。

图7所示是本实用新型所述第四实施例中可控硅开关模块电路原理图，包括其两个主端子串接在相线上的双向可控硅T51，整流桥DT，单向可控硅

Q51、晶体管Q52、光耦U51等，其中，光耦U51的光发射管的正极连接在中心控制器6的控制信号输出端，其负极接地，光耦U51的光接收管的正极与二极管DW51的负极相连后通过电阻R51连接到整流桥DT的直流负端，上述光耦U51的光接收管负极通过并联的电阻R55和电容C53接地，并连接到晶体管Q51的基极，晶体管Q51的发射极通过并联的电阻R54和电容C52接地，并通过电阻R53连接到可控硅Q51的控制极，可控硅Q51的阳极连接在上述整流桥DT的直流负极，可控硅Q51的阴极通过电阻R52接地，晶体管Q53集电极还连接到电解电容C51的正极，电解电容C51的负极接地；同时，上述整流桥DT的两个交流端分别通过电阻R58、电阻R59连接在双向可控硅的主端子上。上述电路是可以与下面图8所述的第二至第n路开关直接替换的电路模块。

图8是本实用新型单线制智能开关第五实施例的电路结构示意图；在第五实施例中，与上述各实施例的区别是第五实施例具有一个相线输入端和多个相线输出端，即第二至第n个以及分别控制上述多个相线输出端的开关及驱动电路，除上述实施例所提及的相线输出端91、第一开关及驱动电路5、待机供电电路1、动态供电电路2、电源调整电路3、中心控制器6外，还包括第二相线输出端92、受上述中心控制器6控制并控制第二相线输出端92与相线输入端90的断开与接通的第二开关与驱动电路51、第三相线输出端93、受上述中心控制器6控制并控制第三相线输出端93与相线输入端90的断开与接通的第三开关与驱动电路52。其中，第一开关及驱动电路5、待机供电电路1、动态供电电路2、电源调整电路3、中心控制器6可以是上述实施例中的任意一个实施例所描述的具体电路，而上述第二开关与驱动电路51和第三开关与驱动电路52可以是上述实施例中描述的磁保持脉冲继电器或图7所述的可控硅开关模块，又或是图6所述的电路都可以。

如果上述第一实施例的第一开关及驱动电路5是图6所述的可控硅开关及反馈供电电路，而第二开关与驱动电路51或第三开关与驱动电路52都是磁保持脉冲继电器及驱动电路时，需要去掉电流互感器和整流元件并将电流互感器的初级线圈换成保险管，但必须保留第一实施例中所提及的储能电路8。

如果上述第一实施例的第一开关及驱动电路5，是图6所示的可控硅开关及反馈供电路，而第二开关与驱动电路51或第三开关与驱动电路52都是图7所述的可控硅开关模块或图6所述的可控硅开关及反馈供电路时，都需要去掉电流互感器、整流元件及第一实施例中所提及的储能电路8，同时将电流互感器的初级线圈换成保险管。

在第五实施例中如选择上述图7中所述的可控硅开关模块电路，与其他实施例相比的优点是它只需要微小的驱动电流并直接由中心控制器6的输出信号驱动，缺点是自身不能提供动态供电电源。选择图6电路的优点是自身可提供动态电源，各路可独立工作，缺点是驱动电流相对较大，性能略差。

以上所述实施例仅表达了本实用新型的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本实用新型专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本实用新型的保护范围。因此，本实用新型专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims

1.一种单线制智能开关，其特征在于，包括中心控制器、为所述中心控制器供电的电源调整电路、在所述开关未接通时为所述电源调整电路提供电源的待机供电电路、在所述开关接通时为所述电源调整电路提供电源的动态供电电路以及在所述中心控制器输出信号的控制下进行开关动作的第一开关及驱动电路；所述动态供电电路和第一开关及驱动电路依次串接在相线的输入和输出端之间；所述待机供电电路的输入端并接在所述相线输入端和相线输出端之间，其输出端与电源调整电路的输入端连接。

2.根据权利要求1所述的单线制智能开关，其特征在于：所述动态供电电路包括其初级串接在所述相线上的电流互感器以及与所述电流互感器次级相连接的整流元件；所述动态供电电路又可以与所述场效应管组成的动态供电电路相连接，其输入端串接在所述相线的输入端和输出端之间，输出端与所述电源调整电路的输入端连接；所述电源调整电路还包括用于指示所述待机供电工作状态的、串接在电路中的指示灯。

3.根据权利要求1所述的单线制智能开关，其特征在于：所述第一开关及驱动电路包括磁保持脉冲继电器和驱动电路，所述磁保持脉冲继电器的触点分别连接在所述相线的输入端和输出端上，所述磁保持脉冲继电器的线圈与所述驱动电路的输出端连接，所述驱动电路的信号输入端与所述中心控制器的信号输出端连接，所述驱动电路的供电端与所述储能电路的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的单线制智能开关，其特征在于：所述磁保持脉冲继电器及驱动电路包括单线圈式磁保持脉冲继电器及驱动电路或双线圈式磁保持脉冲继电器驱动电路。

5.根据权利要求3所述的单线制智能开关，其特征在于：所述储能电路包括用于存储电能的电容器或可充电电池。

6.根据权利要求1所述的单线制智能开关，其特征在于：所述第一开关及驱动电路还包括由所述中心控制器控制的可控硅开关及反馈供电电路，所述可控硅开关及反馈供电电路的反馈供电输出端连接在所述电源调整电路的输入端上，其驱动信号的输入端直接与所述中心控制器的信号输出端连接。

7.根据权利要求1-6任意一项所述的单线制智能开关，其特征在于：还包括第二至第n个相线输出端以及分别串接在所述相线输入端和所述第二至第n个相线输出端之间的、受所述中心控制器控制的第二至第n路开关及其驱动电路。

8.根据权利要求7所述的单线制智能开关，其特征在于：所述第二至第n路开关及驱动电路还包括由所述中心控制器控制的可控硅开关模块；所述可控硅开关模块，包括用作开关的可控硅及接受所述中心控制器输出的信号并控制所述可控硅导通或关断的可控硅驱动电路。所述可控硅开关模块的可控硅分别连接在所述相线输入端和相线输出端上，其信号输入端直接与所述中心控制器的信号输出端连接。

9.根据权利要求8所述的单线制智能开关，其特征在于：所述中心控制器包括微处理器以及与所述微处理器连接的开关；所述开关包括手动控制的鼠标按键开关或感应触摸开关。

10.根据权利要求9所述的单线制智能开关，其特征在于：所述中心控制器还包括接收遥控器控制信号的遥控接收器，所述遥控接收器包括射频遥控接收器或红外线遥控接收器。