CN2463894Y - 微功耗红外遥控大功率交流开关 - Google Patents

Abstract

一种微功耗红外遥控大功率交流开关,包括红外接收头IC1、控制电路以及开关元件,其特征在于:开关元件采用双触点K1、K2、双线圈L1、L2的脉冲驱动双稳态继电器K,控制电路由信号接收电路、脉冲复位电路、防抖电路和脉冲吸合电路组成,信号接收电路将IC1的输出经电容C2接地呈低电平有效,并经反相器接RC延时电路,其输出一路控制脉冲复位电路中的L2、K2,另一路与防抖电路配合后控制脉冲吸合电路中L1、K1。其特点是:1、可以利用现有遥控器实施控制;2、设有专门防止触点抖动的电路,继电器吸合可靠3、静态功耗微小,而控制功率大(6KW);4、整机体积小,线路简单。

Description

微功耗红外遥控大功率交流开关

本实用新型涉及一种红外遥控电源开关，具体涉及一种可利用各种现有家用电器红外遥控器控制的机外大功率交流电源开关。

随着生活水平不断提高，人们的文化生活丰富多彩，很多家庭拥有大屏幕彩电、影碟机、卡座、收音头等音源用电设备，而且大多使用红外遥控器，由于采用红外遥控器关机时，变压器等电器元件仍处于工作状态，无法彻底切断电源，因此控制功率大为增加，造成不必要的浪费。2000年第12期(总第255期)《电子世界》杂志第50页上发表了一篇题为“自制家电红外遥控交流开关”，作者为苏成富的文章。该文章就本主题提出了一种利用现有红外遥控器同时控制4个机外遥控交流开关触点的技术方案，具体电路主要是采用一个计数器分别经四路延时电路、双D触发器、三极管和双向可控硅控制电源插座中的4个开关。无疑上述技术方案能够实现本主题的目的，并取得积极效果，但从实际应用角度看，仍存在以下不足：1、电路静态损耗大；2、采用可控硅作为开关元件，其工作状态受本身负载性质的牵制，工作不可靠，如遇电感性负载工作不稳定；3、控制功率小，操作不方便等。

本实用新型目的是提供一种可利用各种现有家电红外遥控器控制的机外大功率交流电源开关。

为达到上述目的，本实用新型采用的技术方案是：一种微功耗红外遥控大功率交流开关，包括红外接收头[IC1]、控制电路以及开关元件，开关元件采用由触点[K1]、线圈[L1]和触点[K2]、线圈[L2]构成的脉冲驱动双稳态继电器[K]，交流输入的a端与交流输出的a’端连接，交流输入的b端经触点[K1]与交流输出的b’端连接；控制电路包括信号接收电路、脉冲复位电路和脉冲吸合电路；

信号接收电路包括电容[C2]、电阻[R2]、反相器[IC2-1]以及RC延时电路，RC延时电路由电阻[RP1]、电容[C5]和二极管[VD3]组成，红外接收头[IC1]的输出脚一路经电容[C2]接电源负极，另一路经电阻[R2]接电源正极，第三路经反相器[IC2-1]、电阻[RP1]和电容[C5]接电源负极，二极管[VD3]反向跨接在电阻[RP1]两端，电容[C5]的正极端作为信号输出端，其中一路经光电耦合器[IC4]、[IC6]与脉冲吸合电路和防抖电路连接，另一路经光电耦合器[IC5]与脉冲复位电路连接；

脉冲复位电路包括三极管[VT2]开关电路，三极管[VT2]的集电极经线圈[L2]接电源正极，光电耦合器[IC5]的4脚接电源正极，基极经电阻[R14]接光电耦合器[IC5]的3脚，发射极接交流输出的b’端；

脉冲吸合电路包括三极管[VT1]开关电路，三极管[VT1]的集电极经线圈[L1]接电源正极，三极管[VT1]受控于光电耦合器[IC4]，发射极经触点[K2]接交流输入的b端。

上述技术方案中，所述“红外接收头”一般采用成品红外接收头，也可以为红外接收二极管，但由于接收到的信号比较微弱，因此就要增加高增益放大电路。成品红外接收头均有三只引脚，即电源正脚(VDD)、电源负脚(GND)和数据输出脚(OUT)。

上述技术方案中，所述“脉冲驱动双稳态继电器”是一种新型继电器，参见2000年第7期(总250期)《电子世界》第43页“脉冲驱动双稳态继电器ZS-12F1及其应用”。它集脉冲驱动记忆自锁节能技术和中功率继电器技术于一体，具有任意极性脉冲电压驱动、静态不耗电、机械记忆锁存、双稳态输出、控制功率大等特点。这种继电器K的脉冲驱动线圈采用双线圈(L1、L2)，分别用来执行对触点的锁存K1(吸合)和复位K2(释放)驱动，使继电器触点转换可靠、工作稳定。该器件共7个接线端子，其中三个端子[A、B、C]为转换触点端子，四个端子为双触发线圈的接线端子(L1为脉冲吸合线圈，L2为脉冲复位线圈)。相互关系为：当线圈L1通电时，K1动作，A触点与B触点接通，同时A触点与C触点断开；当线圈L2通电时，K2动作，A触点与B触点断开，同时A触点与C触点接通。从驱动方法上来讲，可称为脉冲继电器；从工作方式和输出状态来讲，可称为记忆自锁继电器或双稳态继电器。

上述技术方案中，所述“二极管[VD3]反向跨接在电阻[RP1]两端”，其中二极管[VD3]是一个放电二极管，当输入RC延时电路的信号为高电平时，对电容进行充电；当信号为低电平时，电容通过二极管迅速放电，为第二次充电做好准备。

上述技术方案中，所述脉冲吸合电路还包括防抖电路，防抖电路包括电阻[R6]、电阻[R7]、稳压管[VD6]、电阻[RP2]、电容[C7]和二极管[VD7]，其中电阻[RP2]、电容[C7]组成RC延时电路，二极管[VD7]反向跨接在电阻[RP2]的两端，稳压管[VD6]的负极端经电阻[R6]接电源正极，正极端一路经电阻[R7]、触点[K2]接交流输入的b端，另一路经RC延时电路、触点[K2]接交流输入的b端，电容[C7]的正极作为输出端接光电耦合器[IC6]的1脚，[IC6]的2脚接[IC4]的4脚，[IC6]的3脚经电阻[R10]接三极管[VT1]的基极，[IC6]的4脚经线圈[L1]接三极管[VT1]的集电极，[IC4]的3脚经触点接交流输入的b端。所述稳压管[VD6]与RC延时电路之间串联反相器[IC3-1]和[IC3-2]，电容[C7]的正极端经反相器[IC3-3]、[IC3-4]和电阻[R8]接到光电耦合器[IC6]的1脚。

上述技术方案中，所述电源由四个独立电源[A、B、C、D]构成，每个独立电源由一个半波整流二极管、一个限流电阻、稳压管和滤波电容构成，而且输入端接交流输入的a端，其中电源[A]的正极接信号接收电路，负极接交流输入的b端；电源[B]正极接防抖电路中的反相器[IC3-1]、[IC3-2]、[IC3-3]和[IC3-4]供电端，负极经触点[K2]接交流输入的b端；电源[C]的正极接脉冲吸合电路，负极经触点[K2]接交流输入的b端；电源[D]的正极接脉冲复位电路，负极经触点[K1]拉接交流输入的b端。

上述技术方案中，所述电容[C5]的正极端接反相器[IC2-2]后，其中一路再经反相器[IC2-3]、电阻[R3]、光电耦合器[IC4]、[IC6]与脉冲吸合电路和防抖电路连接，另一路再经反相器[IC2-4]、电阻[R4]、光电耦合器[IC5]与脉冲复位电路连接。

本实用新型工作原理是：本大功率交流开关可以利用各种现有红外遥控器进行操作，持续按动遥控器按钮(任意键)时，对本实用新型起作用(持续时间为5秒)，而断续按动按钮(即正常使用遥控器)时，对遥控器原配遥控对象进行操作，对本实用新型不起作用。

当按动遥控器操作本实用新型时，遥控接收头接收红外信号，由于电容C2作用，其输出端为低电平，经反相器IC2-1对RC延时电路充电，在按钮接通时间小于充电时间(此时间可由电阻RP1和电容C5确定)内，输出低电平，当大于充电时间后，RC延时电路输出高电平，再经反相器IC2-2、IC2-3、IC2-4分别送光电耦合器IC4和IC5输入端耦合。

由于光电耦合器IC5的输出端直接控制脉冲复位电路，当双稳态继电器K中的触点开关K2处于接通状态(负载断开)时，由于三极管VT2的发射极对交流输入的b端的回路被K1断开，三极管VT2无法工作(即不起作用)；当双稳态继电器K中的触点开关K1处于接通状态(负载接通)时，电源D供电回路接通，经一段时间充电，电源D电压升到额定值，三极管VT2处于待导通状态(即脉冲复位电路处于等待复位状态)，当三极管VT2的基极有触发信号时，VT2导通，线圈L2通电，K2接通，负载断开。

由于光电耦合器IC4、IC6的输出端控制脉冲吸合电路和防抖电路，当双稳态继电器K中的触点开关K1处于接通状态时，K2处于断开状态，并且断开了吸合电路和防抖电路对交流输入b端的回路，脉冲吸合电路和防抖电路无法工作；当双稳态继电器K中的触点开关K2处于接通状态，并且防抖电路中的RC延时电路输出高电平时，光电耦合器IC4的输出端与IC6的输入端同时作用，通过IC6的输出端使三极管VT1导通，线圈L1通电，触点开关K1接通，K2断开，大功率交流开关接通负载。

防抖电路的工作原理：当触点开关K2刚接通时，电容C8上的电压缓慢上升，如果电容C8不升到额定电压，三极管VT1即使导通，触点开关K1的吸合是不可靠的，甚至抖动。为了解决这个问题，我们专门设计了一个防抖电路，当电源C的电压升到超过稳压管VD6的击穿电压时，使反相器IC3-1的输入端由低电平逐渐变成高电平，一旦升到反相器的翻转阈值电压时，反相器IC3-2输出高电平对RC电路充电，经过一段时间(10秒)后，反相器IC3-4输出高电平，通过光电耦合器IC6与光电耦合器IC4配合起作用，此时有红外信号输入时，三极管VT1导通，线圈L1通电，触点开关K1接通。由于防抖电路的存在，从而有足够的时间确保让电容C8达到继电器K1的吸合电压，使K1吸合时不产生抖动，吸合可靠。设置防抖电路后，当遥控交流电源开关从断开到接通的间隔时间太短时(小于30秒)，即使有开机信号，也要符合防抖电路的要求后才能开机。当遥控交流电源开关从接通到断开的间隔时间太短时(小于20秒)，即使有关机信号，也要等到电容C9上的电压升到一定值时才能关机，但即使不能关机，触点开关也不抖动。

所述四个独立电源A、B、C、D中，电源A由于输入端接交流输入的a端，电源负极接交流输入的b端，所以长期供电工作；由于电源B和电源C的负极经触点开关K2接交流输入的b端，电源D的负极经触点开关K1接交流输入的b端，所以电源B和C与电源D随K1、K2的转换交替工作。

电阻R2的作用是使反相器IC2-1的1脚与电源A的电位基本相同，在红外接收头IC1的输出端无信号时，对于即使变化的电源A而言总是呈高电平状态。二极管VD10、VD13的作用是吸收K1、K2电感线圈L1、L2的反向电动势。电容C3是弥补C2(电解电容器)高频响应特性差而设。C4是为抗干扰脉冲而设。

由于上述技术方案运用，本实用新型与现有技术相比具有下列优点：

1、由于本实用新型在红外接收头IC1的输出端与电源负极之间跨接了电容C2、C3，使IC1在接收到红外信号时输出低电平，滤去了脉冲分量，去除了红外脉冲的编码特性，再加上RC延时电路的时间确认(5S)，从而利用现有各种红外遥控器发射红外信号的功能，不仅省去了遥控器，而且使本实用新型的技术构思更为简明、实用、巧妙和具有鲜明创造性特点。

2、由于本实用新型在脉冲吸合电路中还设有防抖电路，而且电源C、防抖电路和信号接收电路配合，在逻辑上构成三者的“与门”关系，这样有效地消除了误动作(包括信号不到5秒时间的误动作和继电器吸合电压不足以开起继电器时触点的抖动)，提高了工作可靠性。这种特定场合采用的防抖电路颇具独创性。

3、由于本实用新型脉冲吸合电路的两个独立电源B、C和脉冲复位电路的一个电源D交替接通，电源电压的缓慢上升(约20秒)加上防抖电路起作用的时间(10秒)，也使得用电器不能快速通断，这样也有利于保护用电器。

4、由于本实用新型CMOS门电路输入端为高电平或低电平时，其静态电流为零(或接近于零)，且用静态不耗电的双稳态继电器，这样整机值守电流很小(为2.4mA)，约合0.5W左右，只是从交流电路中吸取微量功率维持工作，故相对而言为微功耗、耗能极低。

5、由于本实用新型采用脉冲驱动双稳态继电器作为开关元件，与现有技术相比，触点通断电源不仅稳定可靠，而且30A可以控制的电功率为6000W左右，因此符合现代家庭大功率用电控制的需要。

6、由于本实用新型在信号接收电路与控制电路之间采用光电耦合器传递级间信号，这样既使得各电路之间互不干扰，又能够可靠传递信号。

7、由于本实用新型无发热元件，四组电源均使用数百KΩ的高阻值限流电阻，故可不用保险丝，而且控制电路与交流电源隔开，因此可长期工作。

8、本实用新型最多使用四个独立电源，这样做的好处是不同的电压满足不同的电路工作，尽管它们的电位是不同的，由于采用了光电耦合器，各电路间不会相互影响，从而提高工作的可靠性。

9、本实用新型样机经试用后，工作稳定可靠，使用方便。

附图1为本实用新型电原理框图；

附图2为脉冲驱动双稳态继电器原理以及与交流输入端和输出端连接图；

附图3为本实用新型实施例电原理图。

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步描述：

实施例：参见附图1、附图2和附图3，一种微功耗红外遥控大功率交流开关，由红外接收头[IC1]、控制电路、电源和脉冲驱动双稳态继电器[K]组成。双稳态继电器[K]由触点[K1]、线圈[L1]和触点[K2]、线圈[L2]构成。交流输入的a端与交流输出的a’端连接，交流输入的b端经触点[K1]与交流输出的b，端连接。控制电路由信号接收电路、脉冲复位电路和脉冲吸合电路组成。

电源由四个独立电源[A、B、C、D]构成，每个独立电源由一个半波整流二极管、一个限流电阻、稳压管和滤波电容构成，而且输入端接交流输入的a端，其中电源[A]的正极接信号接收电路，负极接交流输入的b端；电源[B]的正极接防抖电路中的反相器[IC3-1]、[IC3-2]、[IC3-3]和[IC3-4]供电端，负极经触点[K2]接交流输入的b端；电源[C]的正极接脉冲吸合电路，负极经触点[K2]接交流输入的b端；电源[D]的正极接脉冲复位电路，负极经触点[K1]拉接交流输入的b端。

信号接收电路由电容[C2]、电容[C3]、电容[C4]、电阻[R2]、反相器[IC2-1]、RC延时电路、反相器[IC2-2]、反相器[IC2-3]、反相器[IC2-4]、电阻[R3]和电阻[R4]组成。RC延时电路由电阻[RP1]、电容[C5]和二极管[VD3]组成。红外接收头[IC1]的输出脚一路经电容[C2]和电容[C3]分别接电源[A]负极；另一路经电阻[R2]和电容[C4]分别接电源[A]正极；第三路经反相器[IC2-1]、电阻[RP1]和电容[C5]接电源[A]负极，二极管[VD3]反向跨接在电阻[RP1]两端。电容[C5]的正极端接反相器[IC2-2]后，其中一路再经反相器[IC2-3]、电阻[R3]、光电耦合器[IC4]与脉冲电路连接，另一路再经反相器[IC2-4]、电阻[R4]、光电耦合器[IC5]与脉冲复位电路连接。

脉冲复位电路由三极管[VT2]、电阻[R14]和电阻[R15]构成开关电路，三极管[VT2]的集电极经线圈[L2]后接电源[D]正极，光电耦合器[IC5]的4脚接电源[D]正极，基极经电阻[R14]接光电耦合器[IC5]的3脚，发射极接交流输出的b’端。交流输入的a端经电阻[R12]、发光二极管[LED]、触点[K1]到交流输入的b端构成一回路。线圈[L2]的两端跨接一个二极管[VD13]。

脉冲吸合电路由三极管[VT1]、电阻[R10]、电阻[R11]构成的开关电路和防抖电路组成。防抖电路包括电阻[R6]、电阻[R7]、稳压管[VD6]、两个反相器[IC3-1]和[IC3-2]、电阻[RP2]、电容[C7]、二极管[VD7]、两个反相器[IC3-3]、[IC3-4]和电阻[R8]。其中电阻[RP2]、电容[C7]组成RC延时电路，二极管[VD7]反向跨接在电阻[RP2]的两端，稳压管[VD6]的负极端经电阻[R6]接电源[C]正极，正极端一路经电阻[R7]、触点[K2]接交流输入的b端，另一路经反相器[IC3-1]和[IC3-2]串联、RC延时电路、触点[K2]接交流输入的b端。电容[C7]的正极作为输出端经反相器[IC3-3]、[IC3-4]和电阻[R8]接光电耦合器[IC6]的1脚，[IC6]的2脚接[IC4]的4脚，[IC6]的3脚经电阻[R10]接三极管[VT1]的基极，[IC6]的4脚经线圈[L1]接三极管[VT1]的集电极，[IC4]的3脚经触点接交流输入的b端。电源[C]的正极经线圈[L1]到三极管[VT1]的集电极，线圈[L1]的两端跨接一个二极管[VD10]。

Claims (5)

1、一种微功耗红外遥控大功率交流开关，包括红外接收头[IC1]、控制电路以及开关元件，其特征在于：开关元件采用由触点[K1]、线圈[L1]和触点[K2]、线圈[L2]构成的脉冲驱动双稳态继电器[K]，交流输入的a端与交流输出的a’端连接，交流输入的b端经触点[K1]与交流输出的b’端连接；控制电路包括信号接收电路、脉冲复位电路和脉冲吸合电路；

信号接收电路包括电容[C2]、电阻[R2]、反相器[IC2-1]以及RC延时电路，RC延时电路由电阻[RP1]、电容[C5]和二极管[VD3]组成，红外接收头[IC1]的输出脚一路经电容[C2]接电源负极，另一路经电阻[R2]接电源正极，第三路经反相器[IC2-1]、电阻[RP1]和电容[C5]接电源负极，二极管[VD3]反向跨接在电阻[RP1]两端，电容[C5]的正极端作为信号输出端，其中一路经光电耦合器[IC4]与脉冲吸合电路连接，另一路经光电耦合器[IC5]与脉冲复位电路连接；

脉冲复位电路包括三极管[VT2]开关电路，三极管[VT2]的集电极经线圈[L2]接电源正极，光电耦合器[IC5]的4脚接电源正极，基极经电阻[R14]接光电耦合器[IC5]的3脚，发射极接交流输出的b’端；

脉冲吸合电路包括三极管[VT1]开关电路，三极管[VT1]的集电极经线圈[L1]接电源正极，三极管[VT1]受控于光电耦合器[IC4]，发射极经触点[K2]接交流输入的b端。

2、根据权利要求1所述的开关，其特征在于：所述脉冲吸合电路还包括防抖电路，防抖电路包括电阻[R6]、电阻[R7]、稳压管[VD6]、电阻[RP2]、电容[C7]和二极管[VD7]，其中电阻[RP2]、电容[C7]组成RC延时电路，二极管[VD7]反向跨接在电阻[RP2]的两端，稳压管[VD6]的负极端经电阻[R6]接脉冲吸合电路电源正极，正极端一路经电阻[R7]、触点[K2]接交流输入的b端，另一路经RC延时电路、触点[K2]接交流输入的b端，电容[C7]的正极作为输出端接光电耦合器[IC6]的1脚，[IC6]的2脚接[IC4]的4脚，[IC6]的3脚经电阻[R10]接三极管[VT1]的基极，[IC6]的4脚经线圈[L1]接三极管[VT1]的集电极，[IC4]的3脚经触点接交流输入的b端。

3、根据权利要求1所述的开关，其特征在于：所述电源由三个独立电源[A、C、D]构成，每个独立电源由一个半波整流二极管、一个限流电阻、稳压管和滤波电容构成，而且输入端接交流输入的a端，其中电源[A]的正极接信号接收电路，负极接交流输入的b端；电源[C]的正极接脉冲吸合电路，负极经触点[K2]接交流输入的b端；电源[D]的正极接脉冲复位电路，负极经触点[K1]拉接交流输入的b端。

4、根据权利要求1所述的开关，其特征在于：所述电容[C5]的正极端接反相器[IC2-2]后，其中一路再经反相器[IC2-3]、电阻[R3]、光电耦合器[IC4]与脉冲电路连接，另一路再经反相器[IC2-4]、电阻[R4]、光电耦合器[IC5]与脉冲复位电路连接。

5、根据权利要求2所述的开关，其特征在于：所述稳压管[VID6]与RC延时电路之间串联反相器[IC3-1]和[IC3-2]，电容[C7]的正极端经反相器[IC3-3]、[IC3-4]和电阻[R8]接到光电耦合器[IC6]的1脚；电源由二极管[VD4]、电阻[R5]、稳压管[VD5]和电容[C6]组成的独立电源[B]构成，电源[B]输入端接交流输入的a端，负极经触点[K2]接交流输入的b端，其正极接反相器[IC3-1]、[IC3-2]、[IC3-3]和[IC3-4]供电端。

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