CN201629724U - 一种电子开关 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种开关，具体是指一种二线制电子开关。所述电子开关包括与交流电源连接的开关电源电路、用于为所述开关开态提供工作电压的开态供电电路、信号处理及MCU控制电路、受控于信号处理及MCU控制电路的继电器驱动电路，及与继电器驱动电路连接、连接于交流电源零线和火线之间控制用电回路通断的磁保持继电器；所述开关电源电路包括依次连接的整流滤波单元、开关控制单元、变压器单元及稳压输出单元。本实用新型创新性的将开关电源电路与磁保持继电器结合应用，实现微功耗二线制电子开关带节能灯和日光灯负载，利用开关电源电路宽电压输入的特点，保证了二线制电子开关的安全稳定、可靠，延长电子开关的使用寿命。
Description
一种电子开关
技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种开关，具体是指一种二线制电子开关。 背景技术
[0002] 目前，以电子开关控制照明线路电源开与关的电子开关产品，如声光控开关、热释 电人体红外感应开关、触摸式开关等，多采用三线制。三线制电子开关即在二线制电子开关 基础上增加一根零线，单独给开关供电，其技术比较成熟，产品性能较稳定，能够带节能灯、 日光灯负载。但是，人们普遍在用的机械开关一般都只有两根线，很多房子的电气布线也是 按两线制的方式设计的，这就给三线制电子开关的安装带来不便，从而很大程度上限制了 三线制电子开关的应用。
[0003] 现有的二线制电子开关多采用可控硅或普通电磁继电器作为驱动元件带动负载 工作，可控硅在驱动诸如电感镇流器式日光灯、节能灯、排风扇等感性负载时容易损坏。由 于可控硅所要求的散热问题使其带负载功率受到限制。可控硅的导通压降较大，有的开关 导通压降高达20V，使其应用受到限制。而采用普通电磁继电器作为驱动元件的电子式开关 在触点吸合后需在线圈加维持电流，功耗较大；再次，这种开关不能从根本上降低开关自身 功耗，不利于节能。现在市场上也有一些二线制电子开关的产品，如目前行业内的声光控开 关、热释电人体红外感应开关、触摸式开关等，其电路的供电方式为：电子开关中的开关元 件的开态和关态情况下由同一电路供电，通过电容降压再用稳压管稳压的方式给控制电路 提供电源，在开关关态时，由于供电电路消耗的电流（通常达毫安级以上）也是电子开关主 回路的电流，所以电子开关主回路的电流就比较大，开关若接上白炽灯，在开关关态时可能 看不出来灯亮或灯丝红的现象，若接上节能灯或电子镇流器的日光灯，对灯具影响就很大， 因为在开关关态时就会出现明显的灯管频闪关不断现象。所以，要实现二线制电子开关控 制节能灯和日光灯负载，该电子开关就遇到了一个技术上的难点，即怎样解决开关关态时 本身电路的功耗问题。经过对市场上绝大部分灯具内部电路原理分析以及实际测量表明， 日光灯和节能灯在泄漏电流50微安时不出现微亮、频闪亮现象。这就是说如果将电子开关 关态时电路的漏电流降低到50微安，则该电子开关就可适用于目前绝大部分使用的各类 灯具。
实用新型内容
[0004] 本实用新型所要解决的技术问题是提供一种广泛适用于节能灯和日光灯控制的 二线制微功耗电子开关。
[0005] 为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案实现：一种电子开关，包括输 入端与交流电源连接、输出端与各功能电路均连接为各功能电路提供基础电源的开关电源 电路、用于为所述开关开态提供工作电压的开态供电电路，信号处理及MCU控制电路，还包 括受控于信号处理及MCU控制电路的继电器驱动电路，及与继电器驱动电路连接、连接于 交流电源零线和火线之间控制用电回路通断的磁保持继电器。[0006] 具体的，所述开关电源电路包括依次连接的整流滤波单元、开关控制单元、变压器 单元及稳压输出单元。
[0007] —种具体的方案为：所述开关控制单元包括一晶体管，稳压单元包括一稳压管，所 述晶体管基极通过电阻连接变压器原边绕组同名端及整流滤波单元输出正端，集电极连接 变压器原边绕组非同名端，射极通过电阻、电容连接整流滤波单元输出负端；变压器副边一 绕组线圈同名端通过电容连接晶体管基极，非同名端连接整流滤波单元输出负端；稳压管 两端连接变压器另一副边绕组线圈两端，所述稳压管稳压端作为开关电源电路输出端连接 继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路、开态供电电路。
[0008] 优选的方案为：所述晶体管基极还连接有状态切换单元，所述状态切换单元包括 一二档开关及串联的一电阻及一二极管，所述二档开关公共端连接整流滤波电路输出正 端，第一切换触点悬空，第二切换触点通过电容接整流滤波电路输出负端，同时连接一二极 管正极，通过该二极管接上述晶体管基极；所述串行连接的电阻另一端连接负载，二极管正 极连接整流滤波电路输出负端。所述整流滤波电路包括整流桥，所述整流桥一输入端连接 交流电源线L，另一输入端通过电容Cl、负载连接交流电源线N。
[0009] 更优选的方案为：所述继电器驱动电路采用三个电容并联于开关电源电路输出端 与地之间的电容及连接于继电器线圈端接受MCU控制电路信号进而实现继电器通断电的 晶体管电路，所述电容正端同时连接开态供电电路。在开关关闭的状态下由开关电源电路 对电容进行充电，充满电的电容通过晶体管可置位继电器，在开关开启的状态下由开态供 电电路对电容进行充电，充满电的电容通过晶体管可复位继电器。只要电容没有达到饱和 就能对电容进行充电，保证了开关开启或关闭后电容的电量是满的。
[0010] 本实用新型创新性的将开关电源电路与磁保持继电器结合应用，实现微功耗二线 制电子开关带节能灯和日光灯负载，利用开关电源电路宽电压输入的特点，保证了二线制 电子开关的安全稳定、可靠，延长电子开关的使用寿命。
[0011] 所述磁保持继电器可采用双线圈双端触发型或单线圈单端触发型或单线圈正反 转换触发型，磁保持继电器有如下优点：（1)线圈仅用脉冲电源激励，平时不消耗电能，一 个470UF/16V的电解电容充电至6V以上就可以使磁保持继电器置位或复位；（2)具有自保 持功能，一旦置位或复位了，即使线圈失电，继电器仍保持原工作状态，无需直流电维持，具 有节能环保之效果；（3)体积小，带负载能力强且具有掉电记忆功能。上述这些特点，使得 所述二线制电子开关具有良好的节能效果。所述电子开关关断状态时，主回路上的电流极 小，静态耗电小于50微安，可完全满足节能灯和日光灯关断时漏电要求。
[0012] 所述开关中采用磁保持继电器，驱动电路只在继电器动作瞬间耗电，平时不消耗 电流，工作稳定，适应大电流负载冲击，同时具有极好的抗干扰能力；同时磁保持继电器的 接触电阻小，不发热，这样电路中不用外加散热片或风扇，降低了成本。
附图说明
[0013] 图1是所述电子开关的实施例原理框图；
[0014] 图2为所述二线制电子开关的开关电源电路实施例原理图一；
[0015] 图3为所述二线制电子开关的开关电源电路实施例原理图二 ；
[0016] 图4为所述二线制电子开关中继电器驱动电路实施例电路图。具体实施方式
[0017] 为了便于本领域技术人员理解，下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的 详细介绍。
[0018] 如图1，本实用新型所述电子开关包括与交流电源连接的开关电源电路、开态供电 电路、信号处理及MCU控制电路、继电器驱动电路及与继电器驱动电路连接的磁保持继电 器。磁保持继电器连接于交流电源零线和火线之间受控于信号处理及MCU控制电路、继电 器驱动电路进而控制用电回路的通断。开关电源电路输出端连接开态供电电路、信号处理 及MCU控制电路、继电器驱动电路，为各个功能电路工作提供基本电源；开态供电电路在开 关开态时为磁保持继电器提供工作电压。
[0019] 所述的开态供电电路、信号处理及MCU控制电路可采用模拟电子控制电路或数字 控制电路或单片机控制电路，采用现有技术中成熟电路即可。所述开关电源电路包括依次 连接的整流滤波单元、开关控制单元、变压器单元及稳压输出单元。
[0020] 如图2所示，为所述二线制电子开关的实施例电路原理图，该开关电路可用于带 白炽灯、电子式日光灯和节能灯负载。
[0021 ] 实施例中，所述开关电源电路的开关控制单元包括晶体管Vl，稳压单元包括稳压 管Z1，所述晶体管Vl基极通过电阻连接变压器TRl原边绕组同名端及整流滤波单元输出正 端，集电极连接变压器TRl原边绕组非同名端，射极通过电阻、电容连接整流滤波单元输出 负端；变压器TRl副边一绕组线圈同名端通过电容连接晶体管Vl基极，非同名端连接整流 滤波单元输出负端；稳压管Zl两端连接变压器TRl另一副边绕组线圈两端，Zl稳压端作为 开关电源电路输出端连接继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路、开态供电电路。稳压 管Zl两端并联有电容C5。
[0022] 在稳压管Zl的稳压端与变压器绕组线圈之间接一二极管D2，稳压管Zl的稳压端 与VDD间接一二极管D4，使电路工作更加稳定。
[0023] 实施例中，所述整流滤波电路包括整流桥，所述整流桥输入端1连接交流电源线 L，输入端3通过电容Cl、负载连接交流电源线N。
[0024] 开关电源虽在其它领域应用很广，但在电子开关领域实现微功耗控制，特别是将 开关电源与磁保持继电器相结合应用，实现微功耗二线制电子开关带节能灯和日光灯负载 的控制现有技术中几乎没有。且上述的开关电源电路简洁、功耗极低，静态功耗仅毫瓦级， 输入电流小于50微安，而输出电流远远大于500微安，能够满足绝大部分二线制电子开关 关态供电。
[0025] 图3为所述二线制电子开关的另一实施例电路原理图。该实施例中的开关电源电 路中增加了开关SW、串联的电阻R4和二极管D4。所述开关SW公共端连接整流滤波电路输 出正端，第一切换触点悬空，第二切换触点通过电容C6接整流滤波电路输出负端，同时连 接二极管D3正极，通过二极管D3接晶体管Vl基极；电阻R4另一端连接负载，二极管D4正 极连接整流滤波电路输出负端；二极管D3负极通过电阻R3连接晶体管Vl基极。
[0026] 当拨动开关SW拨至1档时，实现带白炽灯、电子式日光灯和节能灯负载；当拨动开 关SW拨至2档时，实现带电感式日光灯负载，应用更加灵活。
[0027] 如图4所示，为所述二线制电子开关中继电器驱动电路实施例电路图。[0028] 所述继电器驱动电路包括并联于开关电源电路输出端与地之间的电容C7、C8、C9， 所述电容C7、C8、C9正端同时连接开态供电电路。所述继电器驱动电路进一步包括集电极 与继电器线圈连接，射极分别连接电容C7、C8正极的晶体管V2、V4，所述晶体管V2、V4基极 分别通过电阻连接晶体管V3、V5集电极，晶体管V3、V5射极接地、基极通过电阻连接信号处 理及MCU控制电路。所述电容C7、C8、C9正端分别与一二极管负极连接，二极管正极连接开 关电源电路及开态供电电路。
[0029] 其工作原理为：在所述开关关闭的状态下，磁保持继电器处于复位状态（负载不 工作)。首次上电，由开关电源电路通过二极管D8、D10、D9分别对电容C7、C8、C9进行充 电，经MCU控制电路上电延迟后，三个电容C7、C8、C9充满电；当开关信号有效即开关开启 后，由MCU发出磁保持继电器置位信号（ON为高电平），使晶体管V2、V3导通，电容C7通过 继电器置位线圈脉冲放电，继电器置位，负载灯点亮，开关进入延时工作状态。延时过程中 由开态供电电路通过二极管D5、D6、D7分别对电容C7、C8、C9进行充电，经延时电容C7充 满电。开关延时一段时间后，由MCU发出磁保持继电器复位信号（OFF为高电平），使晶体 管V4、V5导通，电容C8通过继电器复位线圈绕组脉冲放电，继电器复位，负载灯熄灭，开关 进入待机状态。当开关第二次工作前，由MCU发出控制信号高电平使晶体管开关电路导通， 将电容C9电量释放到电容C8(电容C9容量大于C8)，即在开关开启前保证电容C8电量是 满的，电量释放控制时间很短（一般小于300ms)。电量释放时间过后由MCU立即发出置位 磁保持继电器信号，负载灯点亮并进入延时。延时过程中重复第一次即由开态供电电路通 过二极管D5、D6、D7分别对电容C7、C8、C9进行充电，经延时电容C7充满电。开关延时一 段时间后，由MCU发出磁保持继电器复位信号（OFF为高电平），使晶体管V4、V5导通，电容 C8通过继电器复位线圈绕组脉冲放电，继电器复位，负载灯熄灭，开关又进入待机状态。开 关第三次工作和以后每次工作都重复第二次工作过程。
[0030] 所述电路在开关关态，电容充电过程中，不会引起主回路负载灯具闪烁；且市电停 电后，能够保证磁保持继电器准确复位，当市电再来电不会造成负载灯具常亮，电能浪费。 [0031 ] 上述驱动电路，在开关关态时，不采用开关电源电路，采用现有技术如常用的桥式 整流三极管稳压型电路同样可以实现以上功能。
[0032] 以上磁保持继电器为转换型双线圈双端触发型，该继电器也可采用转换型单线圈 单端触发型或常闭型双线圈双端触发型或单线圈单端触发型。
[0033] 上述实施例仅为本实用新型的较佳的实施方式，除此之外，本实用新型还可以有 其他实现方式。也就是说，在没有脱离本实用新型构思的前提下，任何显而易见的替换均应 落入本实用新型的保护范围之内。
6
Claims (10)
- 一种电子开关，包括输入端与交流电源连接、输出端与各功能电路均连接为各功能电路提供基础电源的开关电源电路、用于为所述开关开态提供工作电压的开态供电电路，信号处理及MCU控制电路，其特征在于：还包括受控于信号处理及MCU控制电路的继电器驱动电路，及与继电器驱动电路连接、接于交流电源零线和火线之间控制用电回路通断的磁保持继电器。
- 2.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于：所述开关电源电路包括依次连接的 整流滤波单元、开关控制单元、变压器单元及稳压输出单元。
- 3.根据权利要求2所述的电子开关，其特征在于：所述开关控制单元包括晶体管VI，稳 压单元包括稳压管Z1，所述晶体管Vl基极通过电阻连接变压器TRl原边绕组同名端及整 流滤波单元输出正端，集电极连接变压器TRl原边绕组非同名端，射极通过电阻、电容连接 整流滤波单元输出负端；变压器TRl副边一绕组线圈同名端通过电容连接晶体管Vl基极， 非同名端连接整流滤波单元输出负端；稳压管Zl两端连接变压器TRl另一副边绕组线圈两 端，Zl稳压端作为开关电源电路输出端连接继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路、开 态供电电路。
- 4.根据权利要求3所述的电子开关，其特征在于：所述稳压管Zl两端并联有电容C5。
- 5.根据权利要求4所述的电子开关，其特征在于：所述晶体管Vl基极还连接有状态切 换单元，所述状态切换单元包括开关SW、串联的电阻R4和二极管D4，所述开关SW公共端连 接整流滤波电路输出正端，第一切换触点悬空，第二切换触点通过电容C6接整流滤波电路 输出负端，同时连接二极管D3正极，通过二极管D3接晶体管Vl基极；电阻R4另一端连接 负载，二极管D4正极连接整流滤波电路输出负端。
- 6.根据权利要求5所述的电子开关，其特征在于：二极管D3负极通过电阻R3连接晶 体管Vl基极。
- 7.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于：所述整流滤波电路包括整流桥，所述 整流桥输入端（1)连接交流电源线L，输入端（3)通过电容Cl、负载连接交流电源线N。
- 8.根据权利要求7所述的电子开关，其特征在于：所述继电器驱动电路包括并联于开 关电源电路输出端与地之间的电容C7、C8、C9，所述电容C7、C8、C9正端同时连接开态供电 电路。
- 9.根据权利要求8所述的电子开关，其特征在于：所述继电器驱动电路进一步包括集 电极与继电器线圈连接，射极分别连接电容C7、C8正极的晶体管V2、V4，所述晶体管V2、V4 基极分别通过电阻连接晶体管V3、V5集电极，晶体管V3、V5射极接地、基极通过电阻连接信 号处理及MCU控制电路。
- 10.根据权利要求9所述的电子开关，其特征在于：所述电容C7、C8、C9正端分别与 一二极管负极连接，二极管正极连接开关电源电路及开态供电电路。
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