CN2705951Y

CN2705951Y - 一种二线制电子开关

Info

Publication number: CN2705951Y
Application number: CN 200420046300
Authority: CN
Inventors: 宋刚
Original assignee: Tcl国际电工（惠州）有限公司
Current assignee: TCL Legrand International Electrical Huizhou Co Ltd
Priority date: 2004-05-21
Filing date: 2004-05-21
Publication date: 2005-06-22
Anticipated expiration: 2014-05-21

Abstract

本实用新型公开了一种二线制电子开关，包括由整流桥、主控电子开关、开态供电电路、断态供电电路以及控制电路所组成的小额定电流电子开关，所述小额定电流电子开关的等效开关端的前级设有一泄流保护电路，泄流保护电路与整流桥电连接。所述泄流保护电路包括一双向可控硅，小额定电流电子开关的一端与双向可控硅阳极T1之间串联一个电阻，双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的同一端相接，双向可控硅的阳极T2与小额定电流电子开关的另一端相接；所述双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的一端之间还串接一电阻。本实用新型具有开关容量大、耐电流冲击能力强、可靠性高、成本低、性能好并且可实现开态稳定供电的优点。

Description

一种二线制电子开关

技术领域

本实用新型涉及一种二线制电子开关，具体说是二线制电子开关的改进技术。

背景技术

传统的二线制电子开关的典型设计是在电流主回路中加入一个整流桥，将交流电流转变为直流电流，然后在整流桥的正输出端和负输出端接入一个单向可控硅来控制电路的通和断。这种设计主要存在三个问题，一是可靠性差，因为所使用的整流桥一般选用1A(或2A)，其抗瞬间电流冲击能力较差，容易损坏，是目前楼道中较多使用的声光控开关、触摸延时电子开关等容易烧坏的主要原因；第二个问题是功率扩展困难，这种设计一般只适用于100W以下的负载，控制的功率增大之后，要加大整流桥和单向可控硅的容量，整流桥上有1.4V的压降，从而出现体积、发热等难以解决的问题；第三个问题是开关在开态时其中的控制电路不供电，只能用电容中的存电完成简单的延时功能，无法完成其它更加复杂的功能。正因为这种设计存在的问题，制约了它的使用范围。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种适用于开关容量大、耐电流冲击能力强、可靠性高、成本低、性能好并且可实现开态稳定供电的二线制电子开关。

本实用新型通过以下技术方案来实现。

一种二线制电子开关，包括由整流桥、主控电子开关、开态供电电路、断态供电电路以及控制电路所组成的小额定电流电子开关，其特征在于：所述小额定电流电子开关的等效开关端的前级设有一泄流保护电路，泄流保护电路与整流桥电连接。

所述泄流保护电路包括一双向可控硅，小额定电流电子开关的一端与双向可控硅阳极T1之间串联一个电阻，双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的同一端相接，双向可控硅的阳极T2与小额定电流电子开关的另一端相接。

所述双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的一端之间还串接一电阻。

所述双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的一端之间还串接两个反向并联在一起的单向导通二极管。

所述开态供电电路与主控电子开关串联连接；开态供电电路包括一单向可控硅、开态供电触发电路与开态供电输出电路，开态供电触发电路由一电阻与一稳压管组成，电阻与稳压管连接在单向可控硅的控制极上，开态供电输出电路由一二极管构成。

所述断态供电电路由两电阻、一三极管与一稳压管构成，稳压管的负极与三极管的基极相连，正极接地。

所述断态供电电路由一电阻构成。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点。

由于本实用新型在小额定电流电子开关的等效开关端的前级设有一泄流保护电路，泄流保护电路与整流桥电连接。当控制小负载时，即回路电流小时双向可控硅并不导通工作，当回路电流将要超过小额定电流电子开关的额定电流时双硅导通泄流，起到保护及功率扩展的作用。

附图说明

图1为二线制电子开关的电路原理方框图；

图2为双向可控硅的典型应用原理图；

图3为二线制电子开关中泄流保护电路原理图；

图4为二线制电子开关中小额定电流电子开关电路原理图(一)；

图5为二线制电子开关中小额定电流电子开关电路原理图(二)。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型二线制电子开关作详细说明。

如图1所示，整流桥以及右边的部分电路是目前常用的典型的电子开关设计，因其抗大电流冲击能力差，大电流下发热严重，功率扩展困难，目前面临被否定的边缘。在整流桥右侧即直流侧加入限流保护电路虽然可解决大电流冲击问题，但大电流下发热会更加严重。而利用双向可控硅的特性可简单的进行功率扩展，并可选用额定电流较大的双硅配合适当的抗冲击保护电路，可获得较强的抗大电流冲击能力。

图2是一种双向可控硅的典型应用，因双硅控制极抗电流冲击能力较差，图中R1起到保护控制级的作用，其取值一般用交流电源电压峰值除以双硅控制级最大可耐受的峰值电流所得的电阻值再减去负载的阻值而得到。图中K为小额定电流的机械开关或电子开关，选用较大额定电流的双硅即可实现功率扩展。这种设计是一种双硅的典型应用，所以并不具备新颖性，并且如果K为电子开关的话会出现两个问题，一是电子开关在断态时为了维持内部电路的工作一般会有一定的漏电流存在，并不是完全意义上的关断，这一漏电流如果大于双硅的触发电流时双硅有可能误导通，这种现象在控制极灵敏度高的双硅或双硅的结温很高时很容易出现，这就要求电子开关的断态漏电流要尽量小，给设计上增加了一定的难度；其二是一致性问题，同一型号的双硅，其触发电流有可能有2mA到50mA的离散性，而很多电子开关内部一般设有开态供电电路，2mA时由于双硅导通过于灵敏有可能出现开态供电电路供电不足的现象，50mA时有可能出现开态供电电压过高或发热严重等问题。一致性问题对批量生产是非常不利的。

图3是K为电子开关时的改进电路，如果K为机械开关，可用图2电路，K为电子开关时可用图3的改进电路。其主导思想是让双硅只起到过流保护功能，当控制小负载时，即回路电流小时双向可控硅并不导通工作，当回路电流将要超过电子开关的额定电流时双硅导通泄流，起到保护作用。双硅并非主控开关，其导通角随着回路电流的不同有很大的调节范围，从完全不导通到接近全通，从这一点来看与其它技术中的双硅导通角基本不随负载变化或变化很小有着本质的区别。这一思想的具体实现方式如图3所示，图中选用阻值较小的R1和R3，当回路电流较小时，电流完全由R1、K、R3通过，双硅并不导通，当回路电流较大时，R3上的压降较大，电流从D1或D2、R2、双硅的G和T1分流，当分流电流大于双硅触发电流时双硅导通泄流，起到保护作用。双硅导通时，相当于将开关短路，对电子开关K的开态供电不利，特别是在控制大功率或容性负载时，双硅趋向于全通，对供电更加不利。所以应尽量缩短其导通时间，可加入单向导通二极管D1、D2来降低其控制极的灵敏度，还可保证在控制大功率负载或容性负载时开关部分供电电压的稳定，若控制功率不太大时可以不加二极管D1和D2。适当选择电阻网络R1、R2和R 3的参数，保证在各种使用情况下对双硅控制极的最大冲击电流不超标。因双硅的内部G、T1极之间已并联有电阻，不同型号的双硅，其阻值约从40Ω到300Ω不等，所以只有R3阻值远小于双硅G、T1极之间的电阻值时电路才有意义，若R3阻值远大于双硅G、T1极之间的电阻值，则形同虚设，完全无法实现设计思想。

图3中小额定电流的电子开关K的等效电路可以有很多形式，有的简单的延时开关甚至不需要开态供电电路。本实用新型中采用电路的原理框图如图1中的整流桥以及右边的部分，具有开态供电电路，并且与主控电子开关是串联关系。具体电路实施如图4、图5所示。

如图4所示，此电路是由本人的专利ZL98232591.6《两线制手动、遥控交流电子开关》基础上经过改进和简化而来的，其中D3、D4、D5和D6组成整流桥，主控电子开关由单向可控硅D7担任，开态供电电路由D8、D9、D11、R8组成，断态供电电路由以BG1为核心的有源稳压电路组成，包括R6、R7、BG1和D10，由C1作滤波器。用有源滤波器的好处在于有利于降低供电电路功耗、加快上电稳定时间、减小电源纹波，但成本偏高，若要求不高的情况下可减化成图5所示的电路，其断态供电电路基本上只由R6担任。控制电路输出为高平时，电子开关为开态，输出为低电平时电子开关为断态。此电路在原专利有源稳压器中去掉了集电极的滤波电容和基极的旁路电容，开态供电输出电路也简化成仅由二极管单向导通器D11构成，滤波器简化成只由一个滤波电容C1构成；再者，开态供电输出电路的输出端不经有源稳压器直接送至滤波电容C1。其中开态供电触发电路中的电阻R4是为主控可控硅D7控制极提供电流通路的，本实用新型将其改接在D8旁路的位置上，这一改动从电路调整上更为方便一些，但无关紧要，如果不加改动，用原专利的结构也是可以的。

该小额定电流电子开关的工作原理是(如图4)：当开关处于静态关闭即控制电路输出为低电平时，主控可控硅D7和可控硅D8截止，负载交流用电回路微导通，整流桥输出的脉动电压通过有源稳压电路和滤波电容C1提供一个稳定的直流电压Vcc，为控制电路供电；控制电路输出高电平，这时，主控可控硅D7导通，同时，当R4上的电压从零升到一定的限压值时，稳压管D9被反向击穿，电阻R8的支路接通，其上的电压上升，当上升到D8控制极的导通电压时，则D8导通，这时，通过负载的交流电流经过整流桥和可控硅D7、D8形成回路，则该交流电子开关处于开态；在此期间，每次交流电流过零时，可控硅D8截止，R4上的电压又开始上升，通过稳压管D9和电阻R8串联的支路输出开态供电脉动电压，该电压通过二极管D11传送至滤波电容C1，经过滤波后，提供一个稳定的直流电压继续为控制电路供电。当控制电路输出又转变为低电平时，则主控可控硅D7在交流电流过零点时截止，同时，可控硅D8也随即截止，则该电子开关处于关态。图5的工作原理与图4基本相同，不再叙述。图4、图5电路的特点是电路设计简单、成本低廉、一致性好，用这部分电路将图3中的K替换，再加入适当的双硅过压、抗冲击保护电路，即可形成一个完备实用的二线制电子开关。

Claims

1、一种二线制电子开关，包括由整流桥、主控电子开关、开态供电电路、断态供电电路以及控制电路所组成的小额定电流电子开关，其特征在于：所述小额定电流电子开关的等效开关端的前级设有一泄流保护电路，泄流保护电路与整流桥电连接。

2、根据权利要求1所述的二线制电子开关，其特征在于：所述泄流保护电路包括一双向可控硅，小额定电流电子开关的一端与双向可控硅阳极T1之间串联一个电阻，双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的同一端相接，双向可控硅的阳极T2与小额定电流电子开关的另一端相接。

3、根据权利要求2所述的二线制电子开关，其特征在于：所述双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的一端之间还串接一电阻。

4、根据权利要求3所述的二线制电子开关，其特征在于：双向可控硅的控制极与小额定电流电子开关的一端之间还串接两个反向并联在一起的单向导通二极管。

5、根据权利要求1所述的二线制电子开关，其特征在于：所述开态供电电路与主控电子开关串联连接；开态供电电路包括一单向可控硅、开态供电触发电路与开态供电输出电路，开态供电触发电路由一电阻与一稳压管组成，电阻与稳压管连接在单向可控硅的控制极上，开态供电输出电路由一二极管构成。

6、根据权利要求1所述的二线制电子开关，其特征在于：所述断态供电电路由两电阻、一三极管与一稳压管构成，稳压管的负极与三极管的基极相连，正极接地。

7、根据权利要求1所述的二线制电子开关，其特征在于：所述断态供电电路由一电阻构成。