CN2095515U - 多功能开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型多功能开关属于电开关装置。包括 负载DE，可控硅电路，其特征在于还包括可控硅触 发延时电路，位置指示电路，转换开关K1、K2整法 电路，开关K2附在开关K1上或单独设置。使开关 兼具普通开关、周期性长通短断开关、延时开关、软启 动开关和关开关延时断电及电源和开关位置显示等 多种功能，节约了能源、延长了负载寿命，使用方便。

Description

多功能开关属于电开关装置。

目前为解决城市能源紧张，电力不足而出现了各种节能开关，如中国专利CN2043034U《多功能照明开关》，叙述了一种带开关位置指示和利用电容的充放电特性来对可控硅的通断进行控制的开关。这种开关有一个充电回路，两个放电回路，其充电是通过一个电阻来进行的，当可控硅被导通后，可控硅两端的电压立刻接近于零，在按钮没有松开时形成了第一个放电回路，电容上的电荷马上又通过其充电的电阻而泄放一部分，没有泄放掉的电荷提供给延时开关的第二个放电回路；这样使得该开关处于延时状态时，延时时间较短，或需要耐压和容量都较大的电容，当该开关处于长时间点亮状态时，电容则被频繁的充放电，或使电灯有较长的熄灭时间。使可控硅处于通、断、通、断状态，使光产生闪烁现象，这将对照明开关的寿命产生不利的影响，此外该开关只能用于一种双线进出的场合。

本实用新型的目的是提供几种（同类产品）线路简单的多功能开关，使其不仅具有软启动、常通、周期性通断、延时和电源及开关位置指示等功能，而且具有多回路充、放电，使开关在延时期间仍能充电，减小充电电容所需的容量，延长开关的延时时间，并且安装使用方便，适用于多种场合，对其他电器和电网无干扰，能直接替代现有开关。

本实用新型主要由转换开关和可控硅触发延时电路组成，它还设置有位置指示电路和整流电路。转换开关用于使多功能开关获得常通，周期性通断和延时关断等不同功能间的相互转换。可控硅触发延时电路是提供可控硅导通所需的触发信号和提供可控硅导通和延时期间所需的可控硅控制极的电流信号，提供多功能开关处于延时和周期性通断时所需的延时信号及开关工作时实现软启动功能。位置指示电路是在开关处于延时状态时提供有无交流电压指示和看不见开关时，指示开关所在位置的信号。整流电路根据实际应用的情况可以采用全波整流电路、半波整流电路或直接采用交流电源。

本实用新型多功能延时开关的可控硅触发延时电路主要包括按钮开关K2，二极管D6，电容C1、C2、C3，电阻R2、R3、R4和单向可控硅T。它充分地利用了二极管D6的单向导电性，使其在按钮开关K2合上时，成为一个正向压降很小的导体或半波整流器件，使电容C1、C2、C3迅速充电，提供可控硅控制极所需的触发信号和维持可控硅导通所需的电流，并使加在可控硅两端的高电压迅速下降到接近于零伏的状态。由于电容C1的充电时间通过合理的设计可以大于可控硅的导通时间，使得电容C1的两端总是承受较低电压，因而降低了对电容C1的耐压要求，在开关启动时电容C3上的电压总是逐渐升高的，这使得可控硅T的导通角逐渐增大，使负载DZ上的电压和电流逐渐增大，实现了对负载DZ的软启动。在开关K2断开时，由于二极管的反向电阻很大，使电容C1上的电荷不能通过二极管D6泄放掉和产生火花放电，因而能部分提供开关K2断开后可控硅延时所需的电能。该电路中的C2主要是用于延缓电容C1的放电作用，使由电容C1、C2、C3，电阻R2、R3、R4所组成的充放电电路的放电时间常数延长，有效地提高多功能延时开关的延时时间。电容C3的作用是它在延时电路的开关K2合上时，吸收部分电能，在K2断开后，当电容C1、C2的电荷足以保证可控硅导通时，电容C3继续充电到可控硅控制极所需的触发电压和向可控硅的控制极放电，当电容C1、C2上的电荷经一段延时后，不足以维持可控硅导通时，电容C3在脉动电压为零时向可控硅的控制极放电，电容C1、C2也向可控硅的控制极放电，使可控硅导通，当可控硅导通后，由于电容C3直接接在可控硅的控制极上，因而可控硅控制极上的部分电流流给C3，使电容C3充电，同时电容C1、C2也通过电阻R2、R3给电容C3充电，当脉动电压又为零时，电容C1、C2、C3又放电，触发可控硅使其导通。随着电容C1、C2上的电压继续下降和电容C3从控制极上所取得的电流总是有限的，当这些充电电流及C3所能提供的输出电流下降到不足以维持向可控硅控制极提供足够的触发电压和电流时，若脉动电压再次为零，与控制极相连的电容C3的电荷及C1、C2所能提供的电流不能触发可控硅导通，于是，可控硅截止，用电设备不能与电源构成回路，电源关断，这样就使得在延时开关的开关K2合上再断开后，要么使得电源开始时处于软启动状态，启动后电源一直接通，要么使得在交流零压时关断，而不能重新启动，这有效地防止了骤增电流对用电设备的冲击和防止了电磁辐射干扰的影响。

这里增大电容量，可明显的提高延时时间，但电容C3的最大取值不能超过C30。它是由下式决定的：

C30＝｜ (IG·tG)/(VG2－VG1) ｜

式中：VG2：可控硅控制极G的上限触发电压；

VG1：可控硅控制极G的下限触发电压；

IG：可控硅控制极G的有效触发电流；

tG：可控硅控制极G的触发时间。

当C3的电容量超过C30时，可控硅被触发导通后C3在可控硅导通期所吸收的电荷，将能维持可控硅的控制极G在下一次导通时所需的全部触发电流，使可控硅导通，开关不能关断。改变R4的值，可调整延时时间的长短，延时电路的延时时间是由电容C1、C2、C3，电阻R2、R3、R4及可控硅控制极G的触发电压，触发电流等所共同决定的。电路中为使延时时间加长，还可以继续增加R、C滤波网络，或改变电路中的阻容值。

表1为一个具体电路的实测数据，它充分地说明了电容C2、C3对开关的延时特性和电磁辐射情况的影响。

该数据是采用全桥整流电路、可控硅型号为REC103D，负载功率为45瓦的白炽灯实测的。

该开关的位置指示电路是由电致发光器件D5和电阻R1串联而成的，并跨接在脉动电源的B、E两端，这种电致发光器件D5可以采用发光二极管或氖泡。当该开关处于断开状态时，D5上就承受一定的电压而发光，取到指示有无交流电源和指示开关所在位置的作用。

转换开关K1有一个静触点0，一个动臂，至少两个动触点（包括一个悬空触点）。当该开关为单刀单掷或单刀双掷开关时，其中一个动触点1和可控硅延时电路I点连。另一个动触点2悬空或与静触点O一起连在脉动电源的B端，这样当转换开关K1的动臂和动触点1相连时，该开关就处于周期性的通断状态，使负载处于周期性的停电、供电状态。但由于该开关的延时电路可以做到比较长，通常可以做到5分钟，而其断电的时间很短，不会超过0.1秒，因此只会使负载DZ如灯泡很快的闪一下，这对人们的工作不会产生很大的影响，相反却提醒人们要注意节约用电，当动臂被拨向动触点2时，该开关经一段延时就断开，实现了对负载的延时断电。在开关K1的动臂处于动触点2时，再按一下按扭开关K2，该开关就处于延时状态，实现真正的延时功能。更为理想的是开关K1采用单刀三掷开关，该开关K1有一个静触点O、三个动触点1、2、3和一个动臂，这个单刀三掷开关的动触点3和脉动电源的E端相连，其它触点的接法和单刀单掷或单刀双掷开关的接法相同，动臂在动触点间的转换是按照3.1.2或2.1.3或3.1，1.3或1.2，2.1的顺序进行，不能直接由2跳至3或由3跳至2。平时动臂是和动触点2相连，使开关处于断开状态，当按一下按扭开关K2时，该开关就处于延时状态，当动臂由动触点3过渡到动触点1时，开关就从断开状态或延时状态变成周期性通断状态。此时负载上的电源是周期性通断的，每次接通电源都先经过软启动，断开都是在零压时进行的。当动臂由动触点1再过渡到动触点3时，开关首先经过一个软启动过程，使负载DZ如灯泡经过短暂的预热，然后进入接通状态。使负载一直接通，直到将动臂从动触点3移到动触点1或继续移到动触点2时，此时开关进入周期性通断或经一段延时后，开关断开。这里的转换开关K1可以是普通开关，如拉线式开关，琴键式开关，墙壁开关、台灯开关，钮子开关和床头开关等。此外，也可以将按扭开关K2和转换开关K1合在一起作成一个带按扭的转换开关，使它兼具周期性通断和延时的功能或兼具常通、周期性通断和延时的功能。

整流电路6既可以采用全波整流也可以利用半波整流或直接使用交流电源。当使用全波整流电路D1～D4时，在该开关处于延时状态时，就不会使负载DZ如灯泡出现闪烁现象，当使用半波整流或直接使用交流电源时，对于常通状态，不会对负载带来不利现象，但在延时状态，会使负载DZ如灯泡产生闪烁现象。这里对于单向可控硅，无论是正触发可控硅还是负触发可控硅。在附图的图示电路中都能提供合适的触发方式和理想的工作电路。开关延时时间的长短主要是由可控硅的触发电流，电容C1、C2、C3，电阻R2、R3、R4所共同决定的。对于1A／400V的单向可控硅，电路中电阻和电容的取值范围一般在：C1：1～4700μF／25V～400V，C2：0～100μF／6.3V～160V，C3：0～47μF，电阻R1：20KΩ～10MΩ，R3：20KΩ～10MΩ，其最佳范围一般在：C1：10～220μF／16～400V，C2：0.1～4.7μF／6.3～63V，C3：0.047～0.47μF，C1不为零，C2、C3中至少有一个不为零，电阻R2、R3为100KΩ～1MΩ之间，R2、R3不全为零。但C3的最大值不能超过C30。至于更大的负载，则需更大功率的可控硅，并应改变二极管和阻、容器件。

这样，这种开关最少具有如下八种功能：

1.指示作用，指示有无交流电源，指示开关所在位置，指示开关或负载是否正常。

2.普通开关，使电源长时间接通或断开。

3.周期性开关，给负载周期性通电，如接通5分钟断开0.1秒钟，周期性地进行。

4.延时开关，作为一般延时开关使用。

5.软启动作用，对负载的供电电压总是逐步上升的，减小了负载上骤增电流的冲击、延长了负载寿命。

6.延时、零压关断，在关闭开关时，负载上的电源并不马上关断，而是经一段延时时间后，在脉动电源电压为零时关断。

7.集普通开关、周期性通断开关、延时开关三种不同工作方式于同一个开关上。

8.节能。

此外，这种开关既可以采用单线进出方式，也可以采用双线进出方式，对于负载既可以提供交流电源，即将负载与开关串联，也可以对负载提供直流电源，即将负载和可控硅的主控回路连接在一起，从而使得它的适用范围更为广泛。

本发明的任务可结合附图作详细说明，图1～图12是具体的实施例。

图1是采用桥式整流和正触发可控硅，负载与开关串联的多功能开关原理图。

图2是采用桥式整流和正触发可控硅，负载与开关串联的多功能开关原理图。

图3是采用桥式整流和负触发可控硅，负载与开关串联的多功能开关原理图。

图4是采用桥式整流和负触发可控硅，负载与开关并联的多功能开关原理图。

图5是直接采用交流电源和正触发可控硅，负载与开关串联的多功能开关原理图。

图6是直接采用交流电源和正触发可控硅，负载与开关并联的多功能开关原理图。

图7是直接采用交流电源和负触发可控硅，负载与开关串联的多功能开关原理图。

图8是直接采用交流电源和负触发可控硅，负载与开关并联的多功能开关原理图。

图9是采用半波整流和正触发可控硅、负载与开关串联的多功能开关原理图。

图10是采用半波整流和正触发可控硅、负载与开关并联的多功能开关原理图。

图11是采用半波整流和负触发可控硅、负载与开关串联的多功能开关原理图。

图12是采用半波整流和负触发可控硅、负载与开关并联的多功能开关原理图。

现重点对图1所示的实施例进行说明。

图1中的负载DZ和220伏的电源串联，整流桥的交流输入侧和DZ相连，直流侧和开关位置指示电路、转换开关及可控硅延时电路相连。开关位置指示电路包括发光二极管D5和电阻R1，转换开关K1为一单刀三掷开关，按扭开关K2可安装在K1上，或单独设置，K1静触点O连在直流电源的正极B端，动触点1连在二极管D6阳极，动触点2连在静触点O上或悬空，动触点3连在直流电源的负极E端，动臂连接三个动触点的顺序，只能按照3.1.2或2.1.3或3.1，1.3或1.2，2.1的顺序进行，而不能直接从3跳至2，或从2跳至3，按键开关K2平时悬空，当按下时和直流电源的正极及D6的阳极相连。可控硅触发延时电路包括按钮开关K2、二极管D6、电容C1、C2、C3，电阻R2、R3、R4和单向正触发可控硅T1，其中K2、D6和C1相串联，并连接在直流电源的正、负极上，电阻R4和C1相并联，电阻R2、R3相串联，并连接在D6、C1的串联接点F和可控硅T1的门极G1上，C2连在R2、R3的串联接点H和直流电源负极之间，C3连在可控硅的门极G1和直流电源负极之间，可控硅T1的阳极A1接直流电源的正极、阴极S1接直流电源的负极。

其典型实施例为：D1～D4、D6为1A／400V整流二极管、R1为360KΩ，电阻R2为220KΩ，R3为200KΩ，R4开路，C1为47μF／160V，C2为0.47μF／25V，C3为0.17μF／6.3V，T1为1A／400V的单向正触发可控硅，其触发电压为0.8～0.75V，触发电流为25μA左右，本例延时时间为200秒，负载功率最大为200W。

图2是采用桥式整流和正触发可控硅T1，负载与开关并联的多功能开关原理图，它与图1的区别仅在于负载DZ不是串联在整流桥路的交流输入侧，而是串联在脉动电源的正极和可控硅T1的阳极A1的B端之间，它也可以串联在脉动电源的负极和可控硅T1的阴极S1的E端之间。

图3是采用桥式整流和负触发可控硅T2，负载与开关串联的多功能开关原理图，它与图1的区别仅在于将原来的正触发单向可控硅T1变为现在的负触发可控硅T2，为了和负触发方式相适应，将电路中的阻容器件、二极管和开关位置作了相应的变化。

图4是采用桥式整流和负触发可控硅T2，负载与开关并联的多功能开关原理图，它与图3的区别仅在于负载DZ不是串联在整流桥路的交流输入侧，而是串联在脉动电源的正极和可控硅T2的阳极A2的E端之间，或脉动电源负极和T2的阴极S3的B端之间。

图5是采用交流电源和正触发可控硅T1，负载与开关串联的多功能开关原理图，它与图1的区别，仅在于去掉了整流桥路D1～D4，这样使得开关在处于延时和周期性通断工作方式时负载只能得到一个脉动的半波电压，使用电设备如灯泡产生闪烁现象。

图6是采用交流电源和正触发可控硅T1，负载与开关并联的多功能开关原理图，它与图5的区别仅在于负载DZ是串联在脉动电源正极和T1的阳极A1的B端之间，或脉动电源负极和T1的阴极S1的E端之间。

图7是采用交流电源和负触发可控硅T2，负载与开关串联的多功能开关原理图，它与图3的区别仅在于去掉了整流桥路D1～D4。

图8是采用交流电源和负触发可控硅T2，负载与开关并联的多功能开关原理图，它与图7的区别在于负载DZ是串联在位置指示电路的D5和负触发可控硅T2的阳极A2的E端之间，或是串联在位置指示电路的R1和负触发可控硅T2的阴极S3的B端之间。

同理，还可以在图5、图6、图7、图8中的脉动电源的输出端设置一个整流二极管，而组成半波整流电路，图9、图10、图11、图12，显示了这种电路，在图5～图12的电路中，在开关处于周期性通、断，及延时状态时，负载DZ上只能通过半波电压，使负载DZ如灯泡出现闪烁现象。

Claims (9)

1、一种多功能开关、包括负载DZ，可控硅控制电路，其特征在于还包括可控硅触发延时电路，位置指示电路，转换开关K1、K2，整流电路，开关K2附着在开关K1上或单独设置。

2、根据权利要求1所述的多功能开关，其特征在于可控硅的触发延时电路包括按钮开关K2，二极管D6，电容C1，C2，C3，电阻R2，R3，正触发可控硅T1，这里按钮开关K2、二极管D6和电容C1相串联，并连接在脉动电源B、E两端，电阻R2，R3串联，并连接在D6和C1的串联接点F和可控硅T1的门极G1上，电容C2连接在R2，R3的串联接点H和可控硅T1的阴极S1之间，电容C3连接在可控硅T1的门极G1和阴极S1之间，T1的阳极A1接在B端，阴极S1接在E端。

3、根据权利要求1所述的多功能开关，其特征在于可控硅的触发延时电路包括按钮开关K2，二极管D6，电容C1、C2、C3，电阻R2、R3，负触发可控硅T2，这里电容C1，二极管D6和按钮开关K2相串联，并连接在脉动电源E、B两端，电阻R2、R3串联，并连接在D6和C1的串联接点F和可控硅T2的门极G2上，电容C2连接在R2、R3的串联接点H和可控硅T2的阳极A2上，电容C3连接在可控硅T2的门极G2和阳极A2上，T2的阳极A2接在E端，阴极S3接在B端。

4、根据权利要求1所述的多功能开关，其特征在于位置指示电路包括发光管D5和电阻R1，D5和R1相串联，并连接在脉动电源B、E的两端，电致发光管最好采用发光二极管或氖泡。

5、根据权利要求1所述的多功能开关，其特征是转换开关K1是一个单刀单掷或单刀双掷或单刀三掷的开关，它有一个动臂，有一个静触点和动触点，动触点或是两个或是三个，按键开关K2或安装在开关K1上或单独设置。

6、根据权利要求1或5所述的多功能开关，其特征是开关K1为一个单刀单掷或单刀双掷开关，其静触点为O，连接在脉动电源B端上，动触点1与延时开关D6上的I点相连，动触点2悬空或与静触点O相连。

7、根据权利要求1或5所述的多功能开关，其特征是开关K1为一个单刀三掷开关，其静触点为O，连接在脉动电源B端，动触点1与延时开关D6上的I点相连，动触点2悬空或与静触点O相连，动触点3与脉动电源E端相连。

8、根据权利要求1所述的多功能开关，其特征是整流电路是整流桥路D1～D4或半波整流电路或直接接通外部电源。

9、根据权利要求2或3的多功能开关其特征是所述的电容、电阻取值范围一般在：

C1：0～4700μF／25～400V，C2：0～470μF／6.3～160V，C3：0～47μF，C1、C2有一个不为零，或全不为零。

R2：20KΩ～10MΩ，R3：20KΩ～10MΩ，

R2、R3有一个不为零，或全不为零。

其最佳取值范围为：

C1：10～220μF／25～400V，C2：0.1～4.7μF／6.3～63V，

C3：0.047～0.47μF

C1不为零，C2、C3有一个不为零，或全不为零。

R2：100KΩ～1MΩ，R3：100KΩ～1MΩ，

R2、R3有一个不为零，或全不为零。

但电容C3的最大取值范围不能超过C30，其中C30为：

C30＝｜ (IG·tG)/(VG2－VG1) ｜

式中：VG2：可控硅控制极G的上限触发电压；

VG1：可控硅控制极G的下限触发电压；

IG：可控硅控制极G的触发电流；

tG：可控硅控制极G的触发时间。

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