CN206237653U - 一种单火线电容式墙壁触摸开关控制电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种墙壁触摸开关控制电路，特别是单火线电容式墙壁触摸开关控制电路。单火线电容式墙壁触摸开关控制电路包括电容输入电路、高低电平形成电路、直流可控恒压供电电路和电子开关及触发电路；本实用新型通过电容输入电路与高低电平形成电路配合检测输入的人体电容，高低电平形成电路选用电容式专用触摸芯片，因此电路简单，工作可靠且成本大为降低；同时采用以绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管为核心的直流可控恒压供电电路为高低电平形成电路提供工作电源，由于电容式专用触摸芯片静态电流极小，因此使得本单火线电容式墙壁触摸开关控制电路的静态工作电流降低至20μA以下，杜绝了小功率节能灯出现频闪现像。

Description

一种单火线电容式墙壁触摸开关控制电路

技术领域

本实用新型涉及一种墙壁触摸开关控制电路，特别是单火线电容式墙壁触摸开关控制电路。

背景技术

触摸开关外形简洁美观、大方，无触点、无火花、无磨损，使用寿命长，深受广大用户的喜爱。但是目前的触摸开关在墙壁开关方面的应用仍不广泛，大部分仍采用机械开关，不能充分发挥科技创新的优势，究其原因是普遍存在如下一下弊端：1、电路结构复杂，价格居高不下，难以实现平民化，不易大范围推广；2、受湿度影响大，可靠性不够高；3、易受电感式日光灯启动或其他电磁干扰，导致受控电灯灯光出现闪动,甚至误动作；4、现有的触摸开关控制电路通常都会包括一个电源电路和触发控制电路，电源电路为触发控制电路提供工作电源，静态时电源电路和触发控制电路自身仍有损耗，致使静态工作电流难以降低，通常均大于80μA，无法更彻底地关闭电路，导致小功率节能灯会出现频闪现象，小功率LED关不彻底，难以适应在小功率节能灯和小功率LED 电路中使用。

实用新型内容

本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种结构简单、成本低、工作可靠且静态工作电流更小的的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：包括电容输入电路、高低电平形成电路、直流可控恒压供电电路和电子开关及触发电路；所述电容输入电路由触摸片和触发灵敏度调节电容组成，所述触发灵敏度调节电容一端接电源负极，另一端与触摸片连接并同时作为电容输入电路的输出端；所述高低电平形成电路为由单通道触摸感应开关芯片组成的双稳电路构成，电容输入电路的输出端与所述高低电平形成电路输入端连接，当所述高低电平形成电路的输入端电容增加时，所述高低电平形成电路的输出端电平翻转；所述电子开关及触发电路包括构成电子开关的晶闸管及晶闸管触发电路，所述晶闸管串接在触摸开关控制电路的交流主电路中；所述直流可控恒压供电电路包括整流电路、防逆流二极管、储能电容、功率开关管和直流偏置电路，功率开关管选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻和下偏置稳压二极管，第一上偏置电阻跨接在功率开关管的漏极和栅极之间构成上偏置支路，下偏置稳压二极管的阴极连接在功率开关管的栅极上，下偏置稳压二极管的阳极连接在一个参考电平上控制直流可控恒压供电电路的输出电压，所述储能电容连接在功率开关管的源极和整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管的源极的输出电源经过稳压集成电路稳压后输出直流电源为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源，所述高低电平形成电路的输出控制所述电子开关及触发电路；所述防逆流二极管串接在功率开关管、直流偏置电路和储能电容构成的恒压电路的电流输入侧。

本实用新型通过电容输入电路与高低电平形成电路配合检测输入的人体电容，高低电平形成电路选用电容式专用触摸芯片，因此电路简单，工作可靠且成本大为降低；同时采用以绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管为核心的直流可控恒压供电电路为高低电平形成电路提供工作电源，由于电容式专用触摸芯片静态电流极小，因此使得本单火线电容式墙壁触摸开关控制电路的静态工作电流降低至20μA以下，杜绝了小功率节能灯出现频闪现像。

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

附图1为本实用新型具体实施例1电路原理图；

附图2为本实用新型具体实施例2电路原理图；

附图3为本实用新型具体实施例3电路原理图。

具体实施方式

本实用新型单火线电容式墙壁触摸开关控制电路包括电容输入电路、高低电平形成电路、直流可控恒压供电电路和电子开关及触发电路；所述电容输入电路由触摸片M和触发灵敏度调节电容C6组成，所述触发灵敏度调节电容C6一端接电源负极，另一端与触摸片M连接并同时作为电容输入电路的输出端；所述高低电平形成电路为由单通道触摸感应开关芯片U2组成的双稳电路构成，电容输入电路的输出端与所述高低电平形成电路输入端连接，当所述高低电平形成电路的输入端电容增加时，所述高低电平形成电路的输出端电平翻转，即高电平转为低电平，低电平转为高电平；所述电子开关及触发电路包括构成电子开关的晶闸管VT1及晶闸管触发电路，所述晶闸管VT1串接在本触摸开关控制电路的交流主电路中；所述直流可控恒压供电电路包括整流电路、防逆流二极管VD1、储能电容C2、功率开关管V1和直流偏置电路，功率开关管V1选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻R1和下偏置稳压二极管VD3，第一上偏置电阻R1跨接在功率开关管V1的漏极和栅极之间，下偏置稳压二极管VD3的阴极连接在功率开关管V1的栅极上，下偏置稳压二极管VD3的阳极连接在一个参考电平上控制直流可控恒压供电电路的输出电压，所述储能电容C2连接在功率开关管V1的源极和整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管V1的源极的输出电源VCC1经过稳压集成电路U1稳压后输出直流电源VCC2为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源，所述高低电平形成电路的输出控制所述电子开关及触发电路。所述防逆流二极管VD1串接在功率开关管V1、直流偏置电路和储能电容C2构成的恒压电路的电流输入侧，所述整流电路的交流侧两端为本单火线电容式墙壁触摸开关控制电路的连接端，通过这两端串接在市电的火线中，以下通过优选的具体实施例作进一步说明：

具体实施例1：如图1所示，单火线电容式墙壁触摸开关控制电路包括电容输入电路、高低电平形成电路、直流可控恒压供电电路和电子开关及触发电路；电容输入电路由触摸片M和触发灵敏度调节电容C6组成，所述触发灵敏度调节电容C6一端接电源VCC1负极，另一端与触摸片M连接并同时作为电容输入电路的输出端，触摸片M由导电金属片制成，通过设置合适的灵敏度调节电容C6，可以得到合适的触摸灵敏度，防止误触发，灵敏度调节电容C6通常选择30-47pF为宜。所述高低电平形成电路为由专用的单通道触摸感应开关芯片U2组成的双稳电路构成，单通道触摸感应开关芯片U2选用电容式专用触摸芯片如RH6030、TTP223等集成芯片，电容输入电路的输出端与所述高低电平形成电路输入端连接，当所述高低电平形成电路的输入端电容增加时，所述高低电平形成电路的输出端电平翻转，即电路每触摸一次触摸片M，单通道触摸感应开关芯片U2的输出端电平高低翻转一次。

所述直流可控恒压供电电路包括整流电路、防逆流二极管VD1、储能电容C2、功率开关管V1和直流偏置电路，所述整流电路为桥式整流电路UR，所述桥式整流电路UR的交流输入侧作为接线端用于串接在市电火线中，功率开关管V1选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，达林顿管在静态时通过设置合适的偏置电路能够满足静态电流的要求,但是要满足在导通时低压工作状态，基极电流必须增加，导致待机电流的增加，且达林顿管温度特性远不及绝缘栅型MOS场效应管，因此，本具体实施例中优选采用绝缘栅型MOS场效应管。所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻R1和下偏置稳压二极管VD3，第一上偏置电阻R1跨接在功率开关管V1的漏极和栅极之间构成上偏置支路，还可以在所述构成上偏置支路中串入发光二极管VD2构成夜间指示灯以指示开关位置，下偏置稳压二极管VD3的阴极连接在功率开关管V1的栅极上，下偏置稳压二极管VD3的阳极连接在一个参考电平上控制直流可控恒压供电电路的输出电压，本具体实施例中，所述下偏置稳压二极管VD3的阳极连接在所述高低电平形成电路的输出上，所述储能电容C2连接在功率开关管V1的源极和整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管V1的源极的输出电源VCC1经过稳压集成电路U1稳压后输出直流电源VCC2为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源，其中的稳压集成电路U1选用低压差稳压集成芯片，如HT7150三端稳压集成，所述高低电平形成电路的输出控制所述电子开关及触发电路。

所述电子开关及触发电路包括构成电子开关的晶闸管VT1和晶闸管触发电路；所述晶闸管VT1为单向晶闸管，也可以选用双向晶闸管代替。所述晶闸管跨接在所述桥式整流电路UR的直流输出侧的正负两端上，作为本触摸开关控制电路的交流主电路的部分，所述晶闸管触发电路由限流电阻R2和触发阈值稳压二极管VD4串联而成，所述限流电阻R2和触发阈值稳压二极管VD4的串联支路连接在功率开关管V1的源极和晶闸管VT1的门极之间，触发阈值稳压二极管VD4的阳极与晶闸管VT1的门极连接。

所述晶闸管VT1的门极触发电压为Vg，下偏置稳压二极管VD3的稳压值为V3，触发阈值稳压二极管VD4的稳压值为V4，所述功率开关管V1栅极和源极之间的开启电压为Von，高低电平形成电路输出的高电平为Vh，输出的低电平为VL，其中这几个电压值应当满足Vh+V3-Von > V4+Vg，VL+ V3-Von < V4+Vg。

为了提高抗干扰的能力，优选在桥式整流电路UR的直流输出侧的正负两端上并联有抗干扰电容C1；所述防逆流二极管VD1串接在功率开关管V1、直流偏置电路和储能电容C2构成的恒压电路的电流输入侧。

为了防止单火线电容式墙壁触摸开关控制电路受干扰出现误动作，所述晶闸管VT1的门极与整流电路的直流输出侧的负极之间优选还并联有延时电容C3和延时电阻R3构成的抗干扰电路，可以防止晶闸管VT1被干扰信号误触发而出现误动作。

本电路的工作原理如下：本电路开机上电后自动清零状态，高低电平形成电路初始输出为低电平，市电经过桥式整流电路UR整流后，电流经过功率开关管V1对储能电容C2进行充电，由于此时高低电平形成电路输出为低电平，当储能电容C2电压充电至VL+ V3-Von即自动停止充电，由于VL+ V3-Von < V4+Vg，因此，此时晶闸管VT1未能被触发而导通，单火线电容式墙壁触摸开关控制电路处于断开的状态，负载不得电；当使用者触碰触摸片M表面的玻璃，使得输入电容增加，高低电平形成电路输出端电平翻转成高电平Vh，由于Vh+V3-Von > V4+Vg，因此，此时晶闸管VT1能被触发而导通，单火线电容式墙壁触摸开关控制电路处于导通的状态，负载得电。

本电路中选用了低压差稳压集成芯片，如HT7150以及专用的单通道触摸感应开关芯片U2，如RH6030、TTP223等集成芯片，其静态工作电流不足10μA，同时采用以绝缘栅型MOS场效应管为核心的直流可控恒压供电电路为高低电平形成电路提供工作电源，由于绝缘栅型MOS场效应管是以电压控制，因此其偏置电流可以是非常微小，所以本电路的静态工作电流降低至20μA以下，同时能适应大范围的市电电压波动，工作电压范围宽。

不过上述电路也存在着些许缺陷，比如在电路处于导通状态时，如果市电出现短时间断电的情况，由于单通道触摸感应开关芯片U2输出端内阻非常大，储能电容C2中的电荷短时难以释放，在这段时间内人已外出，而市电又恢复供电，导致电路还处于导通状态，造成浪费，甚至引发事故造成财产损失。为了克服上述缺陷，本电路中优选还设有导通放电电阻R4，所述导通放电电阻R4连接在高低电平形成电路输出端和整流电路的直流输出侧的负极之间。在设置了上述导通放电电阻R4后，当出现短时间断电的情况时，储能电容C2中的电荷通过放电电阻R4短时得以释放，来电后自动清零状态，高低电平形成电路输出为低电平，单火线电容式墙壁触摸开关控制电路恢复断开的状态。

具体实施例2：虽然具体实施例1中的电路经过实测，其静态工作电流可以达到18-20μA，但是仍有部分电流未能作为电容输入电路、高低电平形成电路的工作电源，造成不必要的静态工作电流损耗，为了进一步降低静态工作电流，如图2所示，本具体实施例中，在具体实施例1的基础上，所述功率开关管V1的下偏置还包括偏置三极管BG1、第二上偏置电阻R5和下偏置电阻R6，所述偏置三极管BG1为NPN型，偏置三极管BG1的集电极和发射极分别与下偏置稳压二极管VD3的阳极和稳压集成电路U1输出直流电源VCC2连接，所述第二上偏置电阻R5和下偏置电阻R6串联后连接在所述功率开关管V1的源极的输出电源VCC1和高低电平形成电路的输出端上，偏置三极管BG1的基极连接在第二上偏置电阻R5和下偏置电阻R6的连接中点上。与具体实施例1相比，本电路中直流可控恒压供电电路中的偏置电流也同时为高低电平形成电路提供静态工作电流，因此进一步降低了本电路的总静态工作电流，静态工作电流可降低至12-15μA。

为了防止在电路处于导通状态时，市电出现短时间断电，人员离开后，电路仍处于导通状态的情况，本具体实施例还可设有导通放电电阻R4，所述导通放电电阻R4连接在高低电平形成电路输出端和直流电源VCC2之间。通过设置放电电阻R4后，当出现短时间断电的情况时，储能电容C2中的电荷通过放电电阻R4短时得以释放，来电后自动清零状态，高低电平形成电路输出为低电平，单火线电容式墙壁触摸开关控制电路恢复断开的状态。

具体实施例3：在本具体实施例中，本实用新型提供了一种双路中功率电子触摸开关控制电路，如图3所示，本双路中功率电子触摸开关控制电路设有一路直流可控恒压供电电路、两路电容输入电路、两路高低电平形成电路和两路电子开关及触发电路组成双路触摸开关控制电路，所述两路电容输入电路、两路高低电平形成电路和两路电子开关及触发电路结构分别各自相同。

所述两路高低电平形成电路为由双单通道触摸感应开关芯片U3（如CH94B\BS812\BS814等集成芯片）组成的两路双稳电路构成。两路电容输入电路以其中的一路为例，所述电容输入电路同样由触摸片M和触发灵敏度调节电容C6组成，所述触发灵敏度调节电容C6一端接电源VCC负极，另一端与触摸片M连接并同时作为电容输入电路的输出端，触摸片M由导电金属片制成，通过设置合适的灵敏度调节电容C6，可以得到合适的触摸灵敏度，防止误触发，电容输入电路的输出端与所述双单通道触摸感应开关芯片U3中的一路输入端连接。

所述直流可控恒压供电电路包括整流电路、防逆流二极管VD1、储能电容C2、功率开关管V1和直流偏置电路。所述整流电路为由整流二极管VD1组成的半波整流电路，所述半波整流电路的交流输入侧作为接线端用于串接在市电火线中，所述整流二极管VD1同时作为防逆流二极管VD1。功率开关管V1选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，优选采用绝缘栅型MOS场效应管，所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻R1和下偏置稳压二极管VD3，第一上偏置电阻R1跨接在功率开关管V1的漏极和栅极之间，下偏置稳压二极管VD3的阴极连接在功率开关管V1的栅极上，下偏置稳压二极管VD3的阳极连接在所述半波整流电路的直流输出侧的负极上，所述储能电容C2连接在功率开关管V1的源极和半波整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管V1的源极的输出电源VCC1经过稳压集成电路U1稳压后输出直流电源VCC2为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源。

两路电子开关及触发电路以其中为例，电子开关及触发电路包括电子开关的晶闸管VT1和晶闸管触发电路，所述晶闸管为双向晶闸管，所述晶闸管跨接在所述半波整流电路的直流输出侧的正负两端上，所述晶闸管触发电路由光电耦合器和触发阈值稳压二极管VD4串联而成，所述光电耦合器的输出侧和触发阈值稳压二极管VD4的串联支路连接在交流电源输入端和晶闸管VT1的门极之间，所述高低电平形成电路的输出端经过限流电阻R7与光电耦合器的输入侧串联连接到所述半波整流电路的直流输出侧的负极上。

为了能够给储能电容C2及时补充电能，为所述电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源，所述触发阈值稳压二极管VD4阴极与功率开关管V1的源极之间连接有充电二极管VD6。

本电路的工作原理如下：以其中一路为例，本电路开机上电后自动清零状态，高低电平形成电路输出为低电平，市电经过整流二极管VD1组成半波整流电路整流后为功率开关管V1及其偏置电路提供电源，电流经过功率开关管V1对储能电容C2进行充电，由于此时高低电平形成电路输出为低电平，光电耦合器DP1中无电流，晶闸管VT1的门极上没有触发电压，晶闸管VT1断开，负载上无电源；当使用者触碰触摸片M表面的玻璃，使得输入电容增加，高低电平形成电路输出端电平翻转成高电平Vh，光电耦合器DP1中流过电流，晶闸管VT1的门极上加上了触发电压，晶闸管VT1导通，负载上得电。

当将本电路中触摸感应开关芯片U3选用双路以上的多路触摸感应开关芯片，并配上相应数量的电容输入电路和电子开关及触发电路，即可组成更多路的中功率电子触摸开关控制电路。

Claims (10)

1.一种单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：包括电容输入电路、高低电平形成电路、直流可控恒压供电电路和电子开关及触发电路；所述电容输入电路由触摸片和触发灵敏度调节电容组成，所述触发灵敏度调节电容一端接电源负极，另一端与触摸片连接并同时作为电容输入电路的输出端；所述高低电平形成电路为由单通道触摸感应开关芯片组成的双稳电路构成，电容输入电路的输出端与所述高低电平形成电路输入端连接，当所述高低电平形成电路的输入端电容增加时，所述高低电平形成电路的输出端电平翻转；所述电子开关及触发电路包括构成电子开关的晶闸管及晶闸管触发电路，所述晶闸管串接在触摸开关控制电路的交流主电路中；

所述直流可控恒压供电电路包括整流电路、防逆流二极管、储能电容、功率开关管和直流偏置电路，功率开关管选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻和下偏置稳压二极管，第一上偏置电阻跨接在功率开关管的漏极和栅极之间构成上偏置支路，下偏置稳压二极管的阴极连接在功率开关管的栅极上，下偏置稳压二极管的阳极连接在一个参考电平上控制直流可控恒压供电电路的输出电压，所述储能电容连接在功率开关管的源极和整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管的源极的输出电源经过稳压集成电路稳压后输出直流电源为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源，所述高低电平形成电路的输出控制所述电子开关及触发电路；所述防逆流二极管串接在功率开关管、直流偏置电路和储能电容构成的恒压电路的电流输入侧。

2.根据权利要求1所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：所述整流电路为桥式整流电路，所述桥式整流电路的交流输入侧作为接线端用于串接在市电火线中，所述晶闸管为单向晶闸管，所述晶闸管跨接在所述桥式整流电路的直流输出侧的正负两端上，所述晶闸管触发电路由限流电阻和触发阈值稳压二极管串联而成，所述限流电阻和触发阈值稳压二极管的串联支路连接在功率开关管的源极和晶闸管的门极之间；所述下偏置稳压二极管的阳极连接在所述高低电平形成电路的输出端上。

3.根据权利要求2所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：还设有导通放电电阻，所述导通放电电阻连接在高低电平形成电路输出端和整流电路的直流输出侧的负极之间。

4.根据权利要求1所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：所述整流电路为桥式整流电路，所述桥式整流电路的交流输入侧作为接线端用于串接在市电火线中，所述晶闸管为单向晶闸管，所述晶闸管跨接在所述桥式整流电路的直流输出侧的正负两端上，所述晶闸管触发电路由限流电阻和触发阈值稳压二极管串联而成，所述限流电阻和触发阈值稳压二极管的串联支路连接在功率开关管的源极和晶闸管的门极之间；所述功率开关管的下偏置还包括偏置三极管、第二上偏置电阻和下偏置电阻，所述偏置三极管为NPN型，偏置三极管的集电极和发射极分别与下偏置稳压二极管的阳极和稳压集成电路输出直流电源连接，所述第二上偏置电阻和下偏置电阻串联后连接在所述功率开关管的源极的输出电源和高低电平形成电路的输出端上，偏置三极管的基极连接在第二上偏置电阻和下偏置电阻的连接中点上。

5.根据权利要求4所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：还设有导通放电电阻，所述导通放电电阻连接在高低电平形成电路输出端和直流电源之间。

6.根据权利要求2至5任一项所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：所述晶闸管的门极与整流电路的直流输出侧的负极之间还并联有延时电容和延时电阻构成的抗干扰电路。

7.根据权利要求2至5任一项所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：上偏置支路中还串联有发光二极管构成夜间指示灯。

8.根据权利要求1所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：上偏置支路中还串联有发光二极管构成夜间指示灯。

9.根据权利要求1所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：设有一路直流可控恒压供电电路、两路电容输入电路、两路高低电平形成电路和两路电子开关及触发电路组成双路触摸开关控制电路，所述两路电容输入电路、两路高低电平形成电路和两路电子开关及触发电路结构分别各自相同；所述两路高低电平形成电路为由双单通道触摸感应开关芯片组成的两路双稳电路构成；

所述整流电路为由整流二极管组成的半波整流电路，所述半波整流电路的交流输入侧作为接线端用于串接在市电火线中，所述功率开关管选用绝缘栅型MOS场效应管或达林顿管，所述直流偏置电路包括第一上偏置电阻和下偏置稳压二极管，第一上偏置电阻跨接在功率开关管的漏极和栅极之间，下偏置稳压二极管的阴极连接在功率开关管的栅极上，下偏置稳压二极管的阳极连接在所述半波整流电路的直流输出侧的负极上，所述储能电容连接在功率开关管的源极和半波整流电路的直流输出侧的负极上，所述功率开关管的源极的输出电源经过稳压集成电路稳压后输出直流电源为电容输入电路和高低电平形成电路提供工作电源；

所述晶闸管为双向晶闸管，所述晶闸管跨接在所述半波整流电路的直流输出侧的正负两端上，所述晶闸管触发电路由光电耦合器和触发阈值稳压二极管串联而成，所述光电耦合器的输出侧和触发阈值稳压二极管的串联支路连接在交流电源输入端和晶闸管的门极之间，所述高低电平形成电路的输出端经过限流电阻与光电耦合器的输入侧串联连接到所述半波整流电路的直流输出侧的负端上。

10.根据权利要求1所述的单火线电容式墙壁触摸开关控制电路，其特征在于：所述触发阈值稳压二极管阴极与功率开关管的源极之间连接有充电二极管。