CN204069443U

CN204069443U - 一种电子开关

Info

Publication number: CN204069443U
Application number: CN201420527319.5U
Authority: CN
Inventors: 陆正平
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2014-09-15
Filing date: 2014-09-15
Publication date: 2014-12-31
Anticipated expiration: 2024-09-15

Abstract

本实用新型涉及一种电子开关，所述电子开关包括磁保持继电器、磁保持继电器驱动电路、开态供电及负载检测电路、信号处理及MCU控制电路等；磁保持继电器串联于用电主回路中，所述磁保持继电器驱动电路受控于信号处理及MCU控制电路进而驱动磁保持继电器置位或复位以实现开关主回路接通或断开。所述电子开关还包括用于为开关关态时为其他电路提供工作电源的开关电源及用于为开关开态时为其他电路提供电源的开态供电及负载检测电路，同时，开态供电及负载检测电路还受控于信号处理及MCU控制电路，实现开关常亮照明控制功能。本实用新型所述电子开关电路简洁，增加常亮控制功能，性能更安全稳定，使用更灵活，成本更低。

Description

一种电子开关

技术领域

本实用新型涉及一种开关，具体是指一种二线制电子开关的改进技术。

背景技术

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。

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或LED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、日光灯和LED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小于或等于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。

本申请人于2010年申请的CN201020214059.8《一种电子开关》专利中，虽然解决了上述问题，但磁保持继电器驱动电路比较复杂，开关功能有限，不能满足多种场合的照明需求。例如，在宾馆走廊常使用的感应、声控电子开关，当晚上在客人过往较多的时间段(19：00-22：00)里往往需要负载灯常亮照明，以方便客人，此时所述开关就无法满足要求。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构更简洁、成本更低、性能更安全可靠的带常亮照明控制功能，能够广泛适用于节能灯、日光灯和LED灯等控制的二线制微功耗电子开关。

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：

磁保持继电器，串联于用电主回路中，用于控制负载工作状态；

磁保持继电器驱动电路，其受控于信号处理及MCU控制电路进而驱动磁保持继电器置位或复位以实现开关主回路接通或断开；

开关电源，直接与交流电源输入端连接用于为所述电子开关关态时提供工作电源；

开态供电及负载检测电路, 通过磁保持继电器与交流电源输入端连接,用于为所述电子开关开态时提供工作电源；同时连接负载并受控于信号处理及MCU控制电路，实现负载灯具常亮照明控制。

优选的，所述磁保持继电器驱动电路包括晶体管V2、晶体管V4和晶体管V3、晶体管V5，所述晶体管V2和晶体管V4的集电极与磁保持继电器线圈连接，射极分别连接一储能电容C7和一储能电容C8的正极，基极分别通过电阻连接晶体管V3和晶体管V5的集电极，所述晶体管V3和晶体管V5射极接地、基极通过电阻连接信号处理及MCU控制电路；所述储能电容C7、C8的负极接地。

优选的，所述储能电容C7正极通过二极管D8与开关电源输出端连接实现所述电子开关关态时储能,同时通过二极管D5连接于开态供电及负载检测电路输出端实现所述电子开关开态时储能，储能电容C8正极通过二极管D6与开态供电及负载检测电路电压输出端连接实现所述电子开关开态时储能；所述二极管D8、二极管D5正极分别连接于开关电源输出端和开态供电及负载检测电路输出端，负极连接于储能电容C7，所述二极管D6正极连接开态供电及负载检测电路输出端，负极连接于储能电容C8。

优选的，所述磁保持继电器为转换型双线圈双端触发型，其常开端通过电流保护器F1连接电源火线接线端L，其常闭端通过电流保护器F2连接负载灯具常亮照明控制端X，其公共端通过开态供电及负载检测电路连接开关输出端A，开关输出端A连接负载，负载另一端连接电源零线接线端N。

优选的，所述电流保护器F1、电流保护器F2包括但不限于电流保险丝或电阻保险丝或温度保险丝或PTC或NTC。

优选的，所述开态供电及负载检测电路包括电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间，其次级线圈与整流和电阻分压电路连接，整流和电阻分压电路输出电压或脉冲信号送到信号处理及MCU控制电路。

其中一种优选方案，所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和二极管D1，所述二极管D1正极连接于所述电流互感器CT1的初级线圈的一端，其负极分别连接稳压二极管Z1负极和一二极管D2正极，所述稳压二极管Z1正极连接电流互感器CT1的初级线圈的另一端并同时接地，所述稳压二极管Z1负极为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路；所述二极管D2负极连接一电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接一电阻R2和一电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

另一种优选方案，所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和二极管D1，所述二极管D1正极连接于所述电流互感器CT1的初级线圈的一端，其负极分别连接稳压二极管Z1负极和一二极管D2正极，所述稳压二极管Z1正极连接电流互感器CT1的初级线圈的另一端并同时接地，所述稳压二极管Z1负极为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路；所述二极管D2负极连接一电阻R1和一电阻R2一端，电阻R2另一端连接一电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

另一种优选方案，所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和整流桥BR1，所述整流桥BR1输入端连接所述电流互感器CT1次级线圈，其输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路和一二极管D2正极；所述二极管D2负极连接一电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接一电阻R2和一电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

另一种优选方案，所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和整流桥BR1，所述整流桥BR1输入端连接所述电流互感器CT1次级线圈，其输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路和一二极管D2正极；所述二极管D2负极连接一电阻R1和一电阻R2一端，电阻R2另一端连接电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：

本实用新型提供的电子开关，将磁保持继电器驱动电路简化，增加常亮照明控制功能和电流保护功能；开关功能增多，使用灵活，成本更低，性能更安全、稳定、可靠。

附图说明

图1为所述二线制电子开关的实施例原理框图；

图2为所述二线制电子开关的第一实施例原理图；

图3为所述二线制电子开关的第二实施例原理图；

图4为所述二线制电子开关的第三实施例原理图；

图5为所述二线制电子开关的第四实施例原理图。

具体实施方式

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。

如图1，本实用新型所述电子开关包括磁保持继电器、磁保持继电器驱动电路、开态供电及负载检测电路、信号处理及MCU控制电路，开关电源等。其中磁保持继电器,串联于用电主回路中,用于控制负载工作状态。磁保持继电器驱动电路受控于信号处理及MCU控制电路进而驱动磁保持继电器置位或复位以实现开关主回路接通或断开。开关电源输出端和开态供电及负载检测电路VO输出端相互连接，二者配合分别在所述电子开关关态和开态时为继电器、继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路提供工作电源。开态供电及负载检测电路受控于信号处理及MCU控制电路，实现开关常亮照明控制功能。

其中，磁保持继电器优选采用转换型双线圈双端触发型继电器，其常开端可通过电流保护器连接电源火线接线端L，其常闭端也通过另一电流保护器连接负载灯具常亮照明控制端X，其公共端通过开态供电及负载检测电路连接开关输出端A，开关输出端A连接负载，负载另一端连接电源零线接线端N。

实施例一

如图2所示，本实用新型所揭示的电子开关，所述磁保持继电器驱动电路Y2采用负极均与地连接的电容C7、C8，电容C7正极分别与二极管D8、D5负极连接，二极管D8、D5正极分别连接开关电源输出端和开态供电及负载检测电路VO输出端，电容C8正极与二极管D6负极连接，二极管D6正极连接开态供电及负载检测电路VO输出端，所述磁保持继电器驱动电路Y2进一步采用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R7、R5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R8、R6连接信号处理及MCU控制电路。

所述磁保持继电器常开端通过电流保护器F1连接电源火线接线端L，其常闭端通过电流保护器F2连接灯具常亮照明控制端X，其公共端通过开态供电及负载检测电路连接开关输出端A，开关输出端A连接负载，负载另一端连接电源零线接线端N。

所述开态供电及负载检测电路Y3采用电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间的用电主回路中，其次级线圈一端与二极管D1正极连接，二极管D1负极分别连接稳压二极管Z1负极和二极管D2正极，CT1次级线圈另一端和稳压二极管Z1正极均接地，稳压二极管Z1负极电压输出VO分别连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路Y2，二极管D2负极连接电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接电阻R2和电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

工作时，所述开态供电及负载检测电路Y3供电电源部分通过电流互感器CT1感应后半波整流输出VO连接到开关电源、磁保持继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路。送到信号处理及MCU控制电路的S点信号为一个微控制器可以识别的稳定电压信号。

所述电流互感器CT1优选采用EE19型骨架，初级线圈线径大于0.1mm，直流内阻小于1欧，匝数小于100TS；其次级线圈线径小于0.1mm,直流内阻小于1000欧，匝数大于1000TS，电感量大于5H。

所述电流保护器F1、F2优选采用电流保险丝或电阻保险丝或温度保险丝或PTC或NTC等限流器件，F1、F2分别串联于开关主回路中和常亮照明主回路中。根据使用需求选择相应类型。

所述开关电源为开关关态供电电路，其具体实现方式可采用本申请人2010年申请的专利号为CN201020214059.8，名称为一种电子开关的专利中所记载的，这里不再复述。当然，开关关态供电电路也可不采用上述专利文献中的实现方式，采用现有技术中如桥式整流三极管稳压型电路或其它类似电路均可，这里不再赘述。

所述信号处理及MCU控制电路根据不同的用途（例如：红外感应、声、光、声光、触摸、按键和遥控等控制）采用不同的传感器件配合单片机或类似单片机的智能控制芯片组合而成。

工作时，电容C7配合晶体管V2、V3负责驱动磁保持继电器Y1置位，电容C8配合晶体管V4、V5负责驱动磁保持继电器Y1复位。

以电子延时开关为例，所述电子开关工作原理如下：

在所述开关常亮照明控制端X没电，当所述开关火线接线端L通电后，开关开始上电初始化，开关上电初始化过程中，若磁保持继电器Y1触点复位，则由开关关态供电电路开关电源通过二极管D8对电容C7进行充电；若磁保持继电器Y1触点置位，则由开关开态供电及负载检测电路VO输出端通过二极管D5、D6分别对电容C7、C8进行充电，电容C7或C7、C8充电完成后，开关上电初始化也完成，电容充电完成时间远小于开关上电初始化时间。开关上电初始化完成前，必须由信号处理及MCU控制电路发出磁保持继电器复位信号，通过继电器驱动电路使继电器触点复位（触点处于常闭端）。当开关上电初始化完成后，开关进入正常待机状态。当开关传感器接收到有效信号后，由信号处理及MCU控制电路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，则电容C7通过继电器置位线圈绕组脉冲放电，继电器触点置位，开关主回路接通，负载灯具工作，开关进入延时工作状态。延时过程中由开态供电及负载检测电路VO输出端通过二极管D5、D6分别对电容C7、C8进行充电。经延时，电容C7、C8充电完成。开关延时一段时间需要断开时，由信号处理及MCU控制电路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，则电容C8通过继电器复位线圈绕组脉冲放电，继电器触点复位，开关主回路断开，负载灯具不工作，开关重新进入正常待机状态。所述开关在以上上电初始化或正常待机状态过程中，先进行检测，若开关信号处理及MCU控制电路检测到开态供电及负载检测电路S点输出为一个微控制器可以识别的稳定高电平电压信号时，开关就会通过信号处理及MCU控制电路启动常亮照明控制功能，常亮照明控制功能启动后开关收到的有效信号失效，磁保持继电器不置位，开关主回路断开，触点处于复位状态，则负载灯具进入常亮照明工作；若开关信号处理及MCU控制电路检测到开态供电及负载检测电路S点输出为一个微控制器可以识别的稳定低电平电压信号时，开关就会通过信号处理及MCU控制电路进入正常待机状态，在正常待机状态时若开关传感器接收到有效信号，磁保持继电器置位，开关主回路接通，则负载灯具进入延时工作，延时工作状态开关常亮照明控制功能失效。

实施例二

如图3所示，本实施例中的电子开关与实施例一不同的是开态供电及负载检测电路的实现方式。所述开态供电及负载检测电路Y3采用电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间主回路中，其次级线圈一端与二极管D1正极连接，二极管D1负极分别连接稳压二极管Z1负极和二极管D2正极，CT1次级线圈另一端和稳压二极管Z1正极均接地，稳压二极管Z1负极电压输出VO分别连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路Y2，二极管D2负极连接电阻R1、R2一端，电阻R2另一端连接电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

工作时， S点信号为一个微控制器可以识别的稳定脉冲电压信号。

其他电路部分及工作原理与实施例一相同，在此不重复介绍。

实施例三

如图4所示，本实施例中又给出了一种开态供电及负载检测电路的实现方式。所述开态供电及负载检测电路Y3采用电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间主回路中，其次级线圈与整流桥BR1连接，整流桥BR1输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO分别连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路Y2和二极管D2正极，二极管D2负极连接电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接电阻R2和电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

工作时，所述开态供电及负载检测电路Y3供电电源部分通过电流互感器CT1感应后全波整流输出VO连接到开关电源、继电器驱动电路、信号处理及MCU控制电路。

实施例四

如图5所示，本实施例中基于实施例二，给出了一种新的开态供电及负载检测电路的实现方式。所述开态供电及负载检测电路Y3采用电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间主回路中，其次级线圈与整流桥BR1连接，整流桥BR1输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO分别连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路Y2和二极管D2正极，二极管D2负极连接电阻R1、R2一端，电阻R2另一端连接电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

综上所述，本实用新型所述电子开关在开关关态，电容充电过程中，不会引起用电主回路负载灯具闪烁；且市电停电后，当市电再来电能够保证磁保持继电器准确复位，不会造成电能浪费。开关常亮照明控制端X有电时，能实现开关常亮照明控制功能。

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。

Claims

1.一种电子开关，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于：所述磁保持继电器驱动电路包括晶体管V2、晶体管V4和晶体管V3、晶体管V5，所述晶体管V2和晶体管V4的集电极与磁保持继电器线圈连接，射极分别连接一储能电容C7和一储能电容C8的正极，基极分别通过电阻连接晶体管V3和晶体管V5的集电极，所述晶体管V3和晶体管V5射极接地、基极通过电阻连接信号处理及MCU控制电路；所述储能电容C7、C8的负极接地。

3.根据权利要求2所述的电子开关，其特征在于：所述储能电容C7正极通过二极管D8与开关电源输出端连接实现所述电子开关关态时储能,同时通过二极管D5连接于开态供电及负载检测电路输出端实现所述电子开关开态时储能，储能电容C8正极通过二极管D6与开态供电及负载检测电路电压输出端连接实现所述电子开关开态时储能；所述二极管D8、二极管D5正极分别连接于开关电源输出端和开态供电及负载检测电路输出端，负极连接于储能电容C7，所述二极管D6正极连接开态供电及负载检测电路输出端，负极连接于储能电容C8。

4.根据权利要求1所述的电子开关，其特征在于：所述磁保持继电器为转换型双线圈双端触发型，其常开端通过电流保护器F1连接电源火线接线端L，其常闭端通过电流保护器F2连接负载灯具常亮照明控制端X，其公共端通过开态供电及负载检测电路连接开关输出端A，开关输出端A连接负载，负载另一端连接电源零线接线端N。

5.根据权利要求4所述的电子开关，其特征在于：所述电流保护器F1、电流保护器F2包括但不限于电流保险丝或电阻保险丝或温度保险丝或PTC或NTC。

6.根据权利要求4所述的电子开关，其特征在于：所述开态供电及负载检测电路包括电流互感器CT1，其初级线圈串联在继电器公共端与开关输出端A之间，其次级线圈与整流和电阻分压电路连接，整流和电阻分压电路输出电压或脉冲信号送到信号处理及MCU控制电路。

7.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于：所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和二极管D1，所述二极管D1正极连接于所述电流互感器CT1的初级线圈的一端，其负极分别连接稳压二极管Z1负极和一二极管D2正极，所述稳压二极管Z1正极连接电流互感器CT1的初级线圈的另一端并同时接地，所述稳压二极管Z1负极为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路；所述二极管D2负极连接一电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接一电阻R2和一电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

8.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于：所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和二极管D1，所述二极管D1正极连接于所述电流互感器CT1的初级线圈的一端，其负极分别连接稳压二极管Z1负极和一二极管D2正极，所述稳压二极管Z1正极连接电流互感器CT1的初级线圈的另一端并同时接地，所述稳压二极管Z1负极为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路和磁保持继电器驱动电路；所述二极管D2负极连接一电阻R1和一电阻R2一端，电阻R2另一端连接一电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

9.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于：所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和整流桥BR1，所述整流桥BR1输入端连接所述电流互感器CT1次级线圈，其输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路和一二极管D2正极；所述二极管D2负极连接一电阻R1一端，电阻R1另一端分别连接一电阻R2和一电容C1的一端，电阻R2和电容C1的另一端均接地，电阻R1和R2串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。

10.根据权利要求6所述的电子开关，其特征在于：所述整流和电阻分压电路包括一稳压二极管Z1和整流桥BR1，所述整流桥BR1输入端连接所述电流互感器CT1次级线圈，其输出端连接稳压二极管Z1，稳压二极管Z1负极电压输出VO为开态供电及负载检测电路的电压输出端V0，所述电压输出端V0同时连接到开关电源、信号处理及MCU控制电路、磁保持继电器驱动电路和一二极管D2正极；所述二极管D2负极连接一电阻R1和一电阻R2一端，电阻R2另一端连接电阻R3，电阻R1和电阻R3的另一端均接地，电阻R2和R3串联的分压点S连接到信号处理及MCU控制电路。