CN2922288Y - 微功耗触摸式电子开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种微功耗触摸式电子开关，其电路板组件包括负载检测电路、磁保持继电器、驱动电路、电源电路、瞬态电流控制电路、驱动信号发生电路、控制电路。负载检测电路把负载功率转换为微控制器芯片可以识别的电压；瞬态电流控制电路和驱动信号发生电路在开关开启瞬时为驱动电路提供工作电流和驱动信号；控制电路根据来自负载检测电路检测的电压值控制电源的工作方式；开关导通压降不超过2V，可实现电子开关的微功耗，可带大功率负载，并且负载适应性强，可带日光灯、节能灯、白炽灯及排风扇等各种负载。

Description

微功耗触摸式电子开关

技术领域

本实用新型涉及一种墙壁开关，特别是一种微功耗触摸式电子开关，用于家庭及公共场所的灯具或电器的开关控制。

背景技术

现有技术中的触摸式墙壁开关多是采用可控硅、普通电磁继电器或磁保持继电器作为驱动元件来带动负载工作的，可控硅在驱动诸如电感镇流器式日光灯、节能灯、排风扇等感性负载时容易损坏。由于可控硅所要求的散热问题使其带负载功率受到限制。可控硅的导通压降较大，有的开关导通压降高达20V，使其应用受到限制。而采用普通电磁继电器的电子式开关在触点吸合后需在线圈加维持电流，功耗较大。申请(专利)号为02280334.3的微功耗触摸开关和申请(专利)号为02280333.5的微功耗感应开关采用磁保持继电器作为驱动元件来带动负载工作解决了上述问题，但都需要电池为其提供部分电能，而且当负载为节能灯或日光灯时灯具会发生闪烁现象，为了不使灯具闪烁采用了在负载两端并联阻容元件作为负载连接器的方法，这就增加了安装难度，使其难以推广。

发明内容

本实用新型的目的在于提供一种微功耗触摸式电子开关，不需要电池为其提供电能，通过瞬态电流控制电路和驱动信号发生电路为驱动电路提供瞬时电能和驱动信号就可以准确地开启开关，控制电路不需要维持在待机状态，在开关开启的瞬间上电工作。开关在关闭的状态下，瞬态电流控制电路有微弱的电流流过，负载为任何灯具都不会有闪烁现象。在开关开启的状态下，根据负载的大小改变电源电路的工作方式以解决大功率负载时功率器件的发热问题，使开关既能够带大功率负载又有很强的负载适应性，可带日光灯、白炽灯、节能灯及排风扇等各种负载。

本实用新型的技术方案是：一种微功耗触摸式电子开关，其特征在于：电路板组件包括负载检测电路、磁保持继电器、磁保持继电器驱动电路、电源电路、瞬态电流控制电路、驱动信号发生电路和带有微控制器芯片的触摸控制电路。磁保持继电器的线圈与磁保持继电器驱动电路连接；触摸控制电路的输入端口与负载检测电路连接，输出端口与磁保持继电器驱动电路连接并控制驱动电路驱动磁保持继电器开启或关闭；电源电路与触摸控制电路及磁保持继电器驱动电路连接并给其提供电能；瞬态电流控制电路及驱动信号发生电路与磁保持继电器驱动电路连接并为其提供电能和驱动信号，不需要电源电路和微控制器参与工作就能够开启开关。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

在开关处于关闭状态下，微控制器芯片不需要任何电流来维持休眠状态，开关关闭后控制器完全停止工作。在开关开启的瞬时，由瞬态电流控制电路和驱动信号发生电路瞬时产生驱动电流和驱动信号给驱动电路，磁保持继电器闭合开关开启。根据负载的大小改变电源电路的工作方式，在大功率负载时单独通过电流互感器为系统供电，解决了大功率负载时功率器件的发热问题，使开关既能够带大功率负载又有很强的负载适应性，可带日光灯、白炽灯、节能灯及排风扇等。在开关关闭状态下只有微弱的电流流过瞬态电流控制电路，负载灯具完全无闪烁现象。

附图说明

附图1是本实用新型的电路原理示意图；

附图2是本实用新型的电源电路原理示意图；

附图3是本实用新型电源电路加市电检测电路后的原理示意图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。

参见附图一，A为负载检测电路，B为电源电路，C为触摸控制电路，D为瞬态电流控制电路，E为驱动信号发生电路，F1为磁保持继电器驱动电路，RL为磁保持继电器。负载检测电路A内部包含电流互感器、整流和滤波电路，电路转换负载功率为相应的电压值并通过输出端口VAD送给C内的微控制器芯片。触摸控制电路C内部有一微控制器芯片和触摸按键，触摸按键的一端与公共地相连，另一端作为控制单元的控制端口与微控制器的一个输入脚和瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl相连，A、C均为现有技术，在此不多描述。

磁保持继电器RL的触点串联在交流回路中控制开关开启或关闭，电源电路B的直流输出端VCC分别与红外线感应控制电路C及磁保持继电器驱动电路F1的电源输入端相连；触摸控制电路的输入端口与负载检测电路的输出端口VAD相连，输出端口分别与电源电路B的输入端口K0、G0和磁保持继电器驱动电路F1的R11、R12连接。在F1中，当电阻R11输入一个脉冲信号，三极管Q4、Q5、Q7导通，Q3、Q6、Q8截止，磁保持继电器RL的线圈通正向脉冲电压，RL的触点闭合使开关开启。当电阻R12输入一个脉冲信号，三极管Q3、Q6、Q8导通，Q4、Q5、Q7截止，磁保持继电器RL的线圈通反向脉冲电压，RL的触点断开使开关关闭。由于只需在开关开启和关闭的瞬时给磁保持继电器线圈通电，功耗很低。

瞬态电流控制电路只在开关开启瞬时为系统提供电能，平时不用于系统供电，电路包括电阻R1～R4、场效应管Q1和Q2、二极管D1～D4以及电容C1；场效应管Q1的漏极与R1的一端连接作为瞬态电流控制电路的输入端IN；场效应管Q1的源极与R3、R4、瞬态二极管D1的一端连接，R3的另一端与C1、稳压二极管D3、隔离二极管D4的一端相连形成瞬态电流控制电路的输出端OUT1，D4的另一端形成瞬态电流控制电路的另一输出端OUT2；场效应管Q1的栅极与R1、D1的另一端及R2的一端连接，R2的另一端与Q2的漏极连接；场效应管Q2的栅极与R4的另一端、稳压二极管D2的负极连接并作为瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl；场效应管Q2的源极和D2、D3、C1的负极形成公共地并与开关各单元的直流公共地连接。

瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl与触摸控制电路的触摸按键的一端相连，并与微控制器的一个输入脚连接，同时该引脚通过一上拉电阻在开关开启后获得高电平，触摸按键的另一端接公共地。瞬态电流控制电路的输入端IN与开关的接线端子LOAD连接，输出端口Out1与驱动信号发生电路连接，驱动信号发生电路包含电压检测芯片IC1，当瞬态电流控制电路Out1端口的输出电压高于IC1的输入阀值电压时，IC1将输出高电平使Q9导通，则驱动信号发生电路输出低电平驱动信号给磁保持继电器驱动电路的驱动信号输入端口IN1。瞬态电流控制电路的输出端口Out2与磁保持继电器驱动电路的电源输入端口IN2相连。

当开关处于关闭状态时，L、N两端加220V交流电的瞬间，Q2截止，Q1通过电阻R1获得较高的栅极平均电压处于充分导通状态，有大电流流过Q1的源极，经分压限流电阻R3送给稳压滤波元件D3、C1，同时Q2的栅极经R4和D2获得电压而导通，Q1的栅极平均电压随之降低而使Q1处于低导通状态。Q1充分导通的时间非常短，又由于瞬态电流控制电路平时不用于系统供电而驱动信号发生电路的静态功耗极低，所以Out1端口能够有稳定的电压输出并且该电压远低于驱动信号发生电路的IC1输入阀值电压，之后Q2获得稳定的栅极电压而保持在导通状态。

开关在关闭状态下，用手轻触触摸控制电路中的触摸按键，瞬态电流控制电路的电流控制输入端口获得了足够长的低电平控制信号Von，Q2截止，Q1的栅极获得较长时间的平均高压而使其输出电流增加，为此瞬态电流控制电路能够为磁保持继电器驱动电路提供工作电流，并且驱动信号发生电路的IC1获得高于输入阀值的电压，输出高电平，Q9导通，则驱动信号发生电路输出低电平驱动信号给磁保持继电器驱动电路的驱动信号输入端口IN1，磁保持继电器驱动电路在瞬间获得驱动信号和工作电流驱动磁保持继电器闭合，开关开启。开关开启瞬间微控制器获得电压开始工作，并首先检测低电平驱动信号Von以确认开关处于开启状态并记录这一状态，开关开启后瞬态电流控制电路失去高电压而进入低导通状态，不能为磁保持继电器驱动电路提供工作电流，系统的工作电流将由电源电路和电池提供。

开关在开启状态下用手轻触触摸控制电路中的触摸按键，此时由于瞬态电流控制电路已经失去高电压处于低导通状，无法产生大电流和驱动信号，微控制器芯片检测到低电平驱动信号Von，确认为关闭开关信号，于是通过输出端口输出相应的驱动信号给磁保持继电器驱动电路，驱动磁保持继电器RL使触点断开，开关关闭。

参见附图二，根据负载功率的大小，电源电路工作在两种方式下，方式1为磁保持继电器RL0不吸合，整流桥BRIDGE2参与工作；方式2为磁保持继电器RL0吸合，整流桥BRIDGE2停止工作。负载功率低于一定值的时候RL0处于关闭状态，电源电路通过电流互感器T1和整流桥BRIDGE2为系统提供工作电流，并且整流桥BRIDGE2、场效应管Q10的发热情况在容许的范围内。在大功率负载的情况下，吸合继电器RL0，电流互感器T1能够单独为系统提供足够大的工作电流。工作方式的切换通过触摸控制电路C内的微控制器识别来自负载检测电路A的电压值的大小，当电压高于或低于一定值时，微控制器发出驱动信号，经磁保持继电器驱动电路F2驱动RL0使其闭合或断开实现工作方式的切换，可根据负载的大小随时调整电源电路的工作方式，即能获得大的平均充电电流，又能控制功率器件发热在容许的范围之内。切换点的确定要综合考虑功率器件的发热情况以及电流互感器T1提供感应电流的能力来具体确定。

电源电路中T1为电流互感器，IC2为电压检测芯片，IC3为降压型电压调整器，Q10为场效应管，D8、D9为瞬态电压抑制二极管，RL0为磁保持继电器，F2为磁保持继电器驱动电路。方式1：在开关开启后，T1的感应电流经整流桥BRIDGE1和流经整流桥BRIDGE2的负载电流同时流过二极管D2，当IC2的输入端Vin的电压达到IC2的输入阀值电压时，IC2输出端由R14获得高电平，IC2的输出端与Q10的栅极相连，当Q10的栅极获得高电平时D、S极导通，D10正极失去电压，IC2的输入端Vin处的电压开始下降并达到输入阀值以下，IC2输出低电平使Q10截止，电流重新流过D10。C3对流过D10的电流进行滤波，使IC3的输入端获得一个围绕某一电压值小幅波动的电压，IC3输出的固定电压经隔离二极管D13后为整个系统提供工作电流和电压。方式2：磁保持继电器RL0闭合，整流桥BRIDGE2不再工作，由电流互感器T1的感应电流经整流桥BRIDGE1为整个系统提供工作电流，电池的充电电流会明显减小，但功率器件的温度将逐渐回落，除了BRIDGE2不参与工作外，其它工作过程与方式1相同。磁保持继电器驱动电路F2的工作原理与F1的工作原理相同，不再赘述。

参见附图三，为了保证开关在市电停电后进入关闭状态，可在电源电路B中加市电检测电路IC4，IC4可以是电压检测芯片，也可以是简单的电阻分压电路，也可以是电阻分压与电压检测芯片的组合，其输入端接IC3的输出端，输出端VSD接红外线感应控制电路C中微控制器的一个输入端。当开关处于开启状态时VSD端输出为高电平，若市电突然停电VSD端将输出低电平，市电检测电路IC4检测到这一状态并送给微控制芯片，微控制芯片发出控制信号使开关进入关闭状态或存储这一状态等来电后立即把开关关闭。

Claims (3)

1、一种微功耗触摸式电子开关，其电路板组件包括磁保持继电器、磁保持继电器驱动电路、电源电路、瞬态电流控制电路、驱动信号发生电路、带有微控制器芯片的触摸控制电路，其特征是：磁保持继电器的线圈与驱动电路连接；触摸控制电路输出端口与驱动电路连接并控制驱动电路驱动磁保持继电器吸合或断开；瞬态电流控制电路和驱动信号发生电路为驱动电路提供电能和驱动信号，不需要电源电路和微控制器参与工作就能够开启开关；开关在关闭状态下，瞬态电流控制电路只有微弱的电流流过，负载灯具无闪烁现象。

2、如权利要求1所述开关，其特征在于：瞬态电流控制电路包括电阻R1～R4、场效应管Q1和Q2、二极管D1～D4以及电容C1；

场效应管Q1的漏极与R1的一端连接作为瞬态电流控制电路的输入端IN；

场效应管Q1的源极与R3、R4、瞬态二极管D1的一端连接，R3的另一端与C1、稳压二极管D3、隔离二极管D4的一端相连形成瞬态电流控制电路的输出端OUT1，D4的另一端形成瞬态电流控制电路的另一输出端OUT2；

场效应管Q1的栅极与R1、D1的另一端及R2的一端连接，R2的另一端与Q2的漏极连接；

场效应管Q2的栅极与R4的另一端、稳压二极管D2的负极连接并作为瞬态电流控制电路的电流控制输入端口Ctrl；

场效应管Q2的源极和D2、D3、C1的负极形成公共地并与开关各单元的直流公共地连接。

3、如权利要求1所述开关，其特征在于：在电源电路的隔离二极管的正极引入市电检测电路，市电检测电路的输出端与触摸控制电路中的微控制器芯片连接。

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