CN2802847Y

CN2802847Y - 带消防控制功能的通用单极性感应开关电路

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Publication number: CN2802847Y
Application number: CN 200520000773
Authority: CN
Inventors: 刘剑
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2005-01-14
Filing date: 2005-01-14
Publication date: 2006-08-02
Anticipated expiration: 2015-01-14

Abstract

一种带消防控制功能的通用单极性感应开关电路包括一个全桥整流电路(1)，一个与全桥整流电路(1)输出端相连的可控硅(SCR1)，一个感应开关的信号处理及输出电路(2)，一个开关断态供电电路(3)，一个与可控硅(SCR1)控制端相连的可控硅触发电路(4)，一个开关通态供电电路(5)和一个消防集控电路(6)。本实用新型的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路无论处于通态还是断态，其控制线路均能正常工作；整体线路用桥式整流与控制线路采用同一市电电源，可实现同步触发，从而最大限度地保证了可控硅的全周期导通，使负载获得基本上接近市电的电源供应。

Description

带消防控制功能的通用单极性感应开关电路

技术领域

本实用新型涉及一种适用于所有市电网络供电的感应开关电路，具体的讲，涉及一种墙面式感应开关电路。

背景技术

目前楼宇建筑的公共照明，为了节约能源，已越来越多的采用无触点电子式开关(内部均采用可控硅作为开关元件)，例如触摸开关、声光控感应开关、人体热释电红外线感应开关等，尤其是声光控感应开关和人体热释电感应开关(以下统称为感应开关)，因具有自动开关灯的功能而被广泛地应用。

但因目前墙壁开关的接线方式绝大多数为火线进、火线出的单极性供电方式，所以感应开关是串接在回路里面使用，当感应开关处在断态时(可控硅处于断态)，其内部的控制电路可获得充足的供电，可正常地对开关元件(可控硅)进行开启控制，但当开关处于通态时(可控硅处于通态)，随着可控硅导通角的不断增加，可控硅两端的电压会迅速下降(正常触发的情况下应在1V以下)，又因控制电路和可控硅两端是并联方式，从而使控制线路失去了正常的供电。但当感应开关的负载是白炽灯等阻性负载时，可以用缩短导通角的方式来实现控制，但此时控制线路获得的供电并非完全的连续供电，并不平滑，而且感应开关输出到负载上的市电与输入端的市电相差比较大，所以适用的负载类型也很少，这也是目前市场上主流产品所采用的方式，而且即使可以接白炽灯等阻性负载，因控制线路一般也需要几毫安甚至更大的电流供电，又因负载是串联在供电回路当中，如果电流较大，就意味着负载将可能处在半导通状态，例如小功率白炽灯的灯丝会发红(微亮)，市场上大多数的感应开关一般只能接25W以上的白炽灯等阻性负载。

应楼宇建筑的消防要求，公共照明系统在发生火灾等紧急情况时，会接通消防集控总开关(手动或自动切换)，从而使照明系统内的所有感应开关强制接通点亮灯具负载。但目前市场上类似功能的产品一般是采用双极性供电方式(需要零线接到感应开关上，这与普通墙壁式开关的布线方式不符，需要重新布线)，并且内部采用一个继电器(触点为单刀双掷)作为开关器件，其消防集控功能是利用继电器的一个常闭触点来完成，此种线路无法实现单极性供电的消防集控功能，无法直接安装在普通墙壁开关位置，布线麻烦。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服上述技术缺陷，解决采用市电供电、接线方式采用普通墙壁开关的单极性供电方式的感应开关控制线路供电问题，提供了一种带消防控制功能的通用单极性感应开关电路。

为实现上述目的，本实用新型的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路包括一个全桥整流电路1，一个与全桥整流电路1输出端相连的可控硅SCR1，一个感应开关的信号处理及输出电路2，一个开关断态供电电路3，一个与可控硅SCR1控制端相连的可控硅触发电路4，一个开关通态供电电路5和一个消防集控电路6。

本实用新型的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路无论处于通态还是断态，其控制线路均能正常工作；整体线路用桥式整流与控制线路采用同一市电电源，可实现同步触发，从而最大限度地保证了可控硅的全周期导通，使负载获得基本上接近市电的电源供应；可接各类灯具负载，并且负载最小功率在5W时仍能正常使用；以此线路生产的感应开关均可直接替换普通墙壁开关(单极性供电方式)；因采用微功耗器件，线路本身功耗极低，可真正实现节约能源的目的；在单极性接线方式、可接各类灯具负载的基础上增设消防集控功能，从而使得感应开关在楼宇自动照明方面的功能最大化，可免除更换不同功能种类感应开关以及重新铺设线路的麻烦。

本实用新型将通过优选的实施例结合附图加以说明。

附图说明

图1为本实用新型的原理方框图。

图2为本实用新型的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路的一种具体实施方式的电路图。

图3为本实用新型的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路的另一种具体实施方式的电路图。

图4一种典型的可控硅控制感应开关电路。

图5简化后的典型可控硅控制感应开关电路。

具体实施方式

参照图2，本实用新型第一种具体实施方式中的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路包括一个全桥整流电路1，一个与全桥整流电路1输出端相连的可控硅SCR1，一个感应开关的信号处理及输出电路2，一个开关断态供电电路3，一个与可控硅SCR1控制端相连的可控硅触发电路4，一个开关通态供电电路5和一个消防集控电路6。

其中，开关断态供电电路包括一个电阻R3，一个二极管D1和一个稳压管Z1，所述电阻R3一端与所述二极管D1正极相连，另一端与全桥整流电路的正极输出端相连，所述二极管D1负极与所述稳压管Z1的负极相连，所述稳压管Z1的正极接地；

所述可控硅SCR1的阳极与所述全桥整流电路1的正极输出相连，其阴极与全桥整流电路1的负极输出相连；

所述第一可控硅触发电路包括一个稳压管Z2、一个可控硅SCR2和两个电阻R1、R2，所述可控硅SCR2的阳极与电阻R1一端相连，阴极与电阻R2一端相连，其阴极还与所述稳压管Z2的负极相连；所述电阻R1另一端连接全桥整流电路的正极输出，所述电阻R2的另一端接地；所述稳压管Z2的正极与可控硅SCR1的控制端相连；

所述开关开态供电电路包括一个二极管D4，和一个电容C1，所述二极管D4负极与所述电容C1的一极相连，正极与可控硅触发电路中的稳压管Z2的负极相连，所述电容C1负极接地；

所述感应开关的信号处理及输出电路包括，一个感应开关模块U1，两个电阻R4、R5，一个二极管D2，所述感应开关模块U1的正极与所述开关断态供电电路中的二极管D1的负极相连，其负极接地，其输出端通过电阻R5与所述二极管D2正极相连，所述二极管D2负极与所述电阻R4一端相连，所述电阻R4另一端与所述感应开关模块U1的负极相连；

所述消防集控电路包括一个光电耦U2、一个二极管D3、一个电容C2和两个电阻R6、R7，所述光电耦U2包含控制极A、K和输出极C、E，所述控制极A连接所述电阻R6的一端，所述输出极C连接所述感应开关的信号处理及输出电路中的感应开关模块U1的正极输入，输出极E连接所述电容C2的一极以及所述二极管D3的正极，所述电容C2的另一极接地，所述二极管D3的负极通过所述电阻R7与所述感应开关的信号处理及输出电路中的二极管D2的负极相连。

本具体实施方式中的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路的工作原理如下：

开关断态时的供电电路：

当感应控制线路无信号输出时，主可控硅SCR1及其触发电路部分均处于断态，市电正半波通过R3、D1并经Z1的稳压向C1充电，从而保证感应控制线路监控状态的所需供电，R3取值较大，另外，在开关断态时，流经负载的电流只有数十微安，所以不会对负载造成影响。

主可控硅SCR1的触发电路及通态时的供电电路：

此电路由图4所示的典型的可控硅触发电路简化并加以改进而来，在图3中，当在S处加入触发控制信号以后，市电的交流正半波电压首先通过D1，T1，R3，R2形成导通回路，当R2上的电压上升达到SCR1控制极触发电压时(一般为4V-10V)，SCR1便导通，同时D1，T1，R3，R2回路则断流，当交流正半波电压过零时，SCR1切断，此时交流负脉冲在D2，R3，T1，R1又形成回路，当R1上的电压上升达到SCR2控制极触发电压时，SCR2则导通，这样周而复始，通过在R2和R1上形成的短暂脉冲不断对SCR1和SCR2进行触发导通，因触发脉冲时间很短，负载上获得的基本上是全周期导通的交流市电。因采用两个可控硅成本较高，而且线路较复杂，所以可通过预先把交流市电整流的方式来简化线路，只采用一个可控硅即可实现图4的同等功能，简化后的电路见图5，因可控硅在每个半波周期导通前，都必须在R2上形成一个短时脉冲，则可以考虑把此脉冲电压加以利用，但R2上形成的脉冲电压并不一定稳定(因可控硅的触发电压有一定的范围)，所以为了获得比较恒定的脉冲电压，则在R2连接可控硅控制极的线路上串联一个稳压二极管，这样可以限定R2上的脉冲电压值，只有达到稳压管的稳压值，才可以对可控硅SCR1进行触发导通；另图4中的光电耦合式双向晶闸管T1在简化线路后已是大材小用，此处可用一个小型单向可控硅SCR2即可胜任，所以最终的改良电路如图2中主可控硅SCR1的触发及开关通态供电电路部分所示。加入稳压管Z2后，脉冲电压值得到了限定，然后则需对此脉冲电压进行收集存储，所以须在R2与Z2的连接端接入一个二极管D4，并把脉冲电压存储到电解电容C1上，D4的作用是单导向收集，避免C1上存储的电量在SCR1导通期间再通过R2等元件泄放掉。这样在C1上就获得了相对稳定的直流电压，因后面的感应控制线路耗电很低，只需要几十微安，所以C1上的电压足以满足后面控制线路的供电要求。

图2中主可控硅SCR1的触发电路及开关通态供电电路的工作过程为：

当感应开关模块U1接收到外界信号，加以处理后输出高电平然后通过限流电阻R5、D2从而触发SCR2导通，SCR2导通后经过R1、R2的分压会在很短的时间内在R2上形成一个脉冲电压(其值基本与Z2的稳压值相同)，从而触发主可控硅SCR1导通。同时在R2上形成的脉冲电压经D4导向并存储至电解电容C1上，以交流市电AC220V/50Hz为例，R2上每10毫秒便可获得一个脉冲电压，因后面的控制线路耗电极低，从而可确保线路的正常供电。

消防集控电路：

消防集控端X平时并不接入消防火线(但火线L和负载LOAD必须保证正常连接)，当有紧急情况需要强制照明时，则人工或自动的把X端接入消防火线，经过限流电阻R6、U2、灯线端(H点位置)以及负载然后再通往零线形成回路，使光电耦合器导通，从而电源电压Vcc通过U2、C2、D3、R7、R4形成回路对SCR2进行触发导通，从而使主可控硅SCR1导通，SCR1导通以后，因有前面所述的开关通态供电电路，可保证直流电源电压Vcc的稳定。

但SCR1导通以后，由于灯线端(H点位置)的电位与X端(消防火线)以及L端(火线)的电位基本相同，因此R6、U2、H点、LOAD已不能再形成导通回路，这将导致U1的关断，这就意味着电源电压Vcc将不能再对SCR2形成触发回路，也将导致SCR1无法正常导通，从而使负载无法正常工作。但由于在U2后端加入储能电容C2，从而确保了U2关断期间的触发SCR2的正常供电，当C2上电能耗尽使SCR2以及SCR1关断的瞬间，因H点电位又重新为零，则消防触发回路又接通，Vcc则继续对C2进行充电并触发SCR2及SCR1导通。由于储能电容C2的电量从耗尽到再充满的过程非常短暂(C2取值较小)，可控硅SCR1基本上处于全周期导通状态，从而可保证负载的正常供电。

图3为本实用新型的另一种具体实施方式。在图3中，开关断态供电电路包括一个电阻R3，一个二极管D1和一个稳压管Z1，所述电阻R3一端与所述二极管D1正极相连，另一端与全桥整流电路的正极输出端相连，所述二极管D1负极与所述稳压管Z1的负极相连，所述稳压管Z1的正极接地；

所述开关开态供电电路包括四个二极管D4、D5、D6、D7，三个电容C1、C3、C4，一个电阻R8，一个电感L1和一个升压集成电路U3，所述升压集成电路U3包括输入端Lx，输出端OUT和接地端Gnd，其中输入端Lx与所述电感L1的一端以及二极管D7的正极相连，输出端OUT与电容C4的一极以及二极管D4的正极、D7的负极相连，接地端Gnd接地，二极管D5的正极与电阻R8的一端相连，负极与二极管D6的正极相连，D6的负极接地；电阻R8的另一端与电容C3的一极相连，电容C3的另一极接地；所述电感的另一端连接电阻R8另一端；

所述可控硅SCR1的阳极与所述全桥整流电路1的正极输出相连，其阴极与所述开关开态供电电路中的二极管D5正极相连；

所述可控硅触发电路包括一个可控硅SCR2和两个电阻R1、R2，所述可控硅的正极与电阻R1一端相连，负极与电阻R2一端相连；所述电阻R1另一端连接全桥整流电路1的正极输出，所述电阻R2的另一端接地；

所述感应开关的信号处理及输出电路包括，一个感应开关模块U1，两个电阻R4、R5，一个二极管D2，所述感应开关模块U1的正极与所述开关断态供电电路中的二极管D1的负极相连，其负极接地，其输出端通过电阻R5与所述二极管D2正极相连，所述二极管D2负极与所述电阻R4一端相连，所述电阻R4另一端接地；

所述消防集控电路包括一个光电耦U2、一个二极管D3、一个电容C2和两个电阻R6、R7，所述光电耦U2包含控制极A、K和输出极C、E，所述控制极A连接所述电阻R6的一端，所述输出极C连接所述感应开关的信号处理及输出电路中的感应开关模块U1的正极，输出极E连接所述电容C2的一极以及所述二极管D3的正极，所述电容C2的另一极接地，所述二极管D3的负极通过所述电阻R7与所述感应开关的信号处理及输出电路中的二极管D2的负极相连。

当感应控制线路无信号输出时，主可控硅SCR1及其触发电路部分均处于断态，市电正半波通过R3、D1并经Z1的稳压向C1充电，从而保证感应控制线路监控状态的所需供电，R3取值较大，在开关断态时，流经负载的电流只有数十微安，所以不会对负载造成影响。

主可控硅SCR1的触发电路及通态时的供电电路：

当感应模块接收到外界信号，加以处理后输出高电平然后通过限流电阻R5、D2从而触发SCR2导通，SCR2导通后经过R1、R2的分压会在很短的时间内在R2上形成一个脉冲电压触发主可控硅SCR1导通，SCR1导通后，串接在其下面的功率整流二极管D5、D6上便获得1V左右的电压，此电压经过小值限流电阻R8然后进入升压线路进行升压处理(升压集成电路U3采用理光公司的RH5RH，其与C3、L1、D7、C4组成调频调宽开关稳压式升压电路)，升压后的电压经D4导入电源Vcc端，此升压电路输出能力较强，可达数十毫安级，可确保控制电路的供电。

消防集控电路：

消防集控端X平时并不接入消防火线(但L和LOAD必须保证正常连接)，当有紧急情况需要强制照明时，则把X端接入消防火线，经过限流电阻R1、U1、灯线端(H点位置)以及负载然后再通往零线形成回路，使光电耦合器导通，从而电源电压Vcc通过U1、C1、D2、R4、R6及SCR2形成回路对SCR2进行触发导通，从而使主可控硅SCR1导通，SCR1导通以后，因有前面所述的开关通态供电电路，可保证直流电源电压Vcc的稳定。

但SCR1导通以后，由于灯线端(H点位置)的电位与X端(消防火线)以及L端(火线)的电位基本相同，因此R1、U1、H点、LOAD已不能再形成导通回路，这将导致U1的关断，这就意味着电源电压Vcc将不能再对SCR2形成触发回路，也将导致SCR1无法正常导通，从而使负载无法正常工作。但由于在U1后端加入储能电容C1，从而确保了U1关断期间的触发SCR2的正常供电，当C1上电能耗尽使SCR2以及SCR1关断的瞬间，因H点电位又重新为零，则消防触发回路又接通，Vcc则继续对C1进行充电并触发SCR2及SCR1导通。由于储能电容C1的电量从耗尽到再充满的过程非常短暂(C1取值较小)，可控硅SCR1基本上处于全周期导通状态，从而可保证负载的正常供电。

Claims

1.一种带消防控制功能的通用单极性感应开关电路包括一个全桥整流电路(1)，一个与所述全桥整流电路输出端相连的可控硅(SCR1)，一个感应开关的信号处理及输出电路(2)，一个开关断态供电电路(3)，一个与可控硅(SCR1)控制端相连的可控硅触发电路(4)，其特征在于：还包括一个开关通态供电电路(5)，一个消防集控电路(6)。

2.根据权利要求1所述的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路，其特征在于：所述开关断态供电电路包括一个电阻(R3)，一个二极管(D1)和一个稳压管(Z1)，所述电阻(R3)一端与所述二极管(D1)正极相连，另一端与全桥整流电路的正极输出端相连，所述二极管(D1)负极与所述稳压管(Z1)的负极相连，所述稳压管(Z1)的正极接地；

所述可控硅(SCR1)的阳极与所述全桥整流电路(1)的正极输出相连，其阴极与全桥整流电路(1)的负极输出相连；

所述第一可控硅触发电路包括一个稳压管(Z2)、一个可控硅(SCR2)和两个电阻(R1)、(R2)，所述可控硅(SCR2)的阳极与电阻(R1)一端相连，阴极与电阻(R2)一端相连，其阴极还与所述稳压管(Z2)的负极相连；所述电阻(R1)另一端连接全桥整流电路的正极输出，所述电阻(R2)的另一端接地；所述稳压管(Z2)的正极与可控硅(SCR1)的控制端相连；

所述开关开态供电电路包括一个二极管(D4)，和一个电容(C1)，所述二极管(D4)负极与所述电容(C1)的一极相连，正极与可控硅触发电路中的稳压管(Z2)的负极相连，所述电容(C1)负极接地；

所述感应开关的信号处理及输出电路包括，一个感应开关模块(U1)，两个电阻(R4)、(R5)，一个二极管(D2)，所述感应开关模块(U1)的正极与所述开关断态供电电路中的二极管(D1)的负极相连，其负极接地，其输出端通过电阻(R5)与所述二极管(D2)正极相连，所述二极管(D2)负极与所述电阻(R4)一端相连，所述电阻(R4)另一端与所述感应开关模块(U1)的负极相连；

所述消防集控电路包括一个光电耦(U2)、一个二极管(D3)、一个电容(C2)和两个电阻(R6)、(R7)，所述光电耦(U2)包含控制极(A)、(K)和输出极(C)、(E)，所述控制极A连接所述电阻(R6)的一端，所述输出极(C)连接所述感应开关的信号处理及输出电路中的感应开关模块(U1)的正极输入，输出极(E)连接所述电容(C2)的一极以及所述二极管(D3)的正极，所述电容(C2)的另一极接地，所述二极管(D3)的负极通过所述电阻(R7)与所述感应开关的信号处理及输出电路中的二极管(D2)的负极相连。

3.根据权利要求1所述的带消防控制功能的通用单极性感应开关电路，其特征在于：所述开关断态供电电路包括一个电阻(R3)，一个二极管(D1)和一个稳压管(Z1)，所述电阻(R3)一端与所述二极管(D1)正极相连，另一端与全桥整流电路的正极输出端相连，所述二极管(D1)负极与所述稳压管(Z1)的负极相连，所述稳压管(Z1)的正极接地；

所述开关开态供电电路包括四个二极管(D4)、(D5)、(D6)、(D7)，三个电容(C1)、(C3)、(C4)，一个电阻(R8)，一个电感(L1)和一个升压集成电路(U3)，所述升压集成电路(U3)包括输入端(Lx)，输出端(OUT)和接地端(Gnd)，其中输入端(Lx)与所述电感(L1)的一端以及二极管(D7)的正极相连，输出端(OUT)与电容(C4)的一极以及二极管(D4)的正极、(D7)的负极相连，接地端(Gnd)接地，二极管(D5)的正极与电阻(R8)的一端相连，负极与二极管(D6)的正极相连，(D6)的负极接地；电阻(R8)的另一端与电容(C3)的一极相连，电容(C3)的另一极接地；所述电感的另一端连接电阻(R8)另一端；

所述可控硅(SCR1)的阳极与所述全桥整流电路(1)的正极输出相连，其阴极与所述开关开态供电电路中的二极管(D5)正极相连；

所述可控硅触发电路包括一个可控硅(SCR2)和两个电阻(R1)、(R2)，所述可控硅的正极与电阻(R1)一端相连，负极与电阻(R2)一端相连；所述电阻(R1)另一端连接全桥整流电路(1)的正极输出，所述电阻(R2)的另一端接地；

所述感应开关的信号处理及输出电路包括，一个感应开关模块(U1)，两个电阻(R4)、(R5)，一个二极管(D2)，所述感应开关模块(U1)的正极与所述开关断态供电电路中的二极管(D1)的负极相连，其负极接地，其输出端通过电阻(R5)与所述二极管(D2)正极相连，所述二极管(D2)负极与所述电阻(R4)一端相连，所述电阻(R4)另一端接地；

所述消防集控电路包括一个光电耦(U2)、一个二极管(D3)、一个电容(C2)和两个电阻(R6)、(R7)，所述光电耦(U2)包含控制极(A)、(K)和输出极(C)、(E)，所述控制极(A)连接所述电阻(R6)的一端，所述输出极(C)连接所述感应开关的信号处理及输出电路中的感应开关模块(U1)的正极，输出极(E)连接所述电容(C2)的一极以及所述二极管(D3)的正极，所述电容(C2)的另一极接地，所述二极管(D3)的负极通过所述电阻(R7)与所述感应开关的信号处理及输出电路中的二极管(D2)的负极相连。