用於穩定電壓且最小化功率消耗的電子開關的製作方法
2023-11-08 04:31:22
專利名稱：用於穩定電壓且最小化功率消耗的電子開關的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電子開關。更明確地說，本發明涉及一種用於為電器獲得電源且用於最小化功率消耗的電子開關。
背景技術：
用於打開和關閉燈和電器的開關最近已經發展成具有便利性和安全性的遠程控制器，或由電子電路操作的電子開關。
常規3線電子開關常規燈開關具有兩個端子，其中如果所述端子連接，那麼燈打開，且反之亦然。另一方面，用於燈用途的電子開關由繼電器和SCR或三端雙向可控矽開關(triac)組合成。圖1中繪示電子開關的典型示意圖。控制器10用於控制並驅動繼電器RY1。控制器10可構造成通過內建時鐘的幫助而在早晨自動將燈打開，或在人們的就寢時間自動將燈關閉。
電源供應器12提供用於操作控制器10的電力。因此，圖1中的電路為將商業交流電源用於控制器10的電路。圖中的電路稱為「3線電子開關」，因為其具有三個輸入和輸出端子，L1、L2、L3。
此類型的電子開關的優勢是，不管負載的量如何，電源供應器12都穩定地供應電力到控制器10。另外，儘管控制器10中的功率消耗有點大，但穩定的電源供應是可以實現的。然而，由於其具有三個輸入和輸出端子，所以不方便替換現有的常見開關。
常規2線電子開關為了更容易地替換現有開關的目的而開發了圖2中所示的2線開關。由於是2線端子，所以當繼電器RY2打開時，電流流經電阻器R1，且接著從此電阻器R1獲得控制器10所必需的電源。然而，在此類開關電路中，如果繼電器RY2關閉，那麼電流不會流過電阻器R1。因此，有必要建立附加電路以獲得電能。為此，構造所述電路，使得當開關關閉時，通過C2的電流在通過電源供應器12之後流經燈L。因此，此類型的電子開關具有劣勢，即充分驅動控制器10所必需的電能量有限。另外，因為燈的負載由於越過電阻器R1的電壓降(voltage drop)的緣故而變化，所以產生過多熱量。同樣，由於低電壓降的緣故，所以操作電流變得不充足。
發明內容
本發明的目的是提供一種電子開關，其利用兩個輸入線，但克服了常規3線電子開關的安裝中的問題以及常規2線電子開關的功率消耗和功率穩定性的問題。
為了達到上述目的，提供一種電子開關，其用於打開和關閉燈，電子開關的兩端都連接在第一線與第二線之間，電子開關包括a)電源供應器，其包含一對二極體，二極體的每一個都串聯插入在第一與第二線之間，且二極體兩者以相反極性並聯連接；變壓器，其用於升高越過二極體而出現的電壓；第一整流器，其用於將升高的AC整流成DC；第二整流器，其由於燈關閉的緣故而斷開第一和第二線時整流來自第一線的電流，b)電壓調節器，其包含用於抑制電源供應器的輸出電壓的異常上升的構件，以及c)繼電驅動器，其包含繼電器，所述繼電器由來自電源供應器的DC電壓操作，所述繼電器為自保持繼電器，即使將電壓去除，繼電器一旦通過流經線圈或繞組的電流而激活就保持激活狀態。
在上文中，希望用於抑制電源供應器的輸出電壓的異常上升的構件為齊納二極體(Zener diode)。
另外，電源供應器中的所述一對二極體中的每一個分別包含兩個串聯二極體，且第一整流器和第二整流器分別為半波整流器。自保持繼電器包括兩個繞組，一個用於打開繼電器，且另一個用於關閉繼電器。
電源供應器的第一整流器包括二極體，其用於整流流經變壓器的次級繞組(secondary)的電流；平滑電容器，其用於使通過二極體的半整流電流平滑；以及齊納二極體，其越過變壓器的次級繞組而連接。
電源供應器的第二整流器包括連接到第一線的電容器，以及連接到電容器的橋接二極體。或者，第二整流器包括二極體，其在正向上連接到第一線，用於對電容器進行充電；以及齊納二極體，其在正向上連接到第二線。
當結合附圖考慮時，本發明的上述以及其它目的、特徵和優勢將從以下描述內容中變得更明顯，其中圖1和圖2是繪示常規電子開關的示意圖。
圖3是繪示本發明的示意圖。
圖4是電源供應器的示意圖。
圖5是第二整流器和電壓調節器的示意圖。
圖6是繼電驅動器的示意圖。
圖7是圖5中的第二整流器的第二實施例的示意圖。
圖8是根據圖4中的電源供應器的第二實施例的變壓器的初級側的示意圖。
圖9是根據圖4中的電源供應器的第二實施例的變壓器的次級側的示意圖。
圖10是圖6中的繼電驅動器的第二實施例的示意圖。
具體實施例方式
圖3繪示本發明的電子開關的總體示意圖。如圖所示，本發明僅利用兩個線L1和L3。圖3僅表示如圖1和2中用虛線表示的電子開關的構造。由於與外部輸電線的連接和與燈有關的配線與圖1和2的那些相同，所以將省略對這些項目的描述。
參看圖3，將描述本發明的構造。本發明為電子開關，其具有越過燈而連接的第一線和第二線，用於以電子方式打開和關閉燈。電子開關由以下部分組成電源供應器100，其包含一對二極體D1、D2，二極體的每一個都串聯插入在第一與第二線L1、L3之間，且二極體兩者都以相反極性並聯連接；變壓器TRANS 1，其用於升高越過二極體而出現的電壓；第一整流器BD1，其用於將升高的AC整流成DC；第二整流器BD2，其用於在第一和第二線L1、L2由於燈關閉的緣故而斷開時整流來自第一線L1的電流，電壓調節器200，其包含齊納二極體，用於抑制電源供應器100的輸出電壓的異常上升，以及繼電驅動器300，其包含繼電器RY，繼電器由來自電源供應器100的DC電壓操作，繼電器為自保持繼電器，即使將電壓去除，繼電器一旦由流過線圈的電流激活就保持激活狀態。
現在，將參照各個實施例詳細描述所述組成部分。
第一實施例的構造和操作電源供應器100
如先前參看圖2所闡釋，如果使用電阻器來獲得用於將燈打開的電，那麼隨著燈的負載改變，可能獲得不穩定的電能。然而，在本發明的此實施例中，如圖3中所示，使用兩個二極體(見圖4)代替電阻器。由於越過二極體的電壓降恆定為約0.6V，所以可獲得相對較穩定的電壓，而不阻礙AC電流流動。
越過二極體出現的電壓由變壓器升壓，且由整流器電路整流，為繼電驅動器300獲得良好質量的DC電壓。
參看圖5，當燈關閉時，通過L1、C3、第二整流器BD2、L3以及燈的路徑來獲得用於繼電驅動器300的電。由於使用AC，所以隨著電流的方向改變，上述路徑次序也將改變。
電壓調節器200
在本發明中，添加電壓調節器200。與圖5的右側類似，電壓調節器200由齊納二極體ZD1組成。齊納二極體ZD1防止電壓的異常上升，使得可提供穩定的電能。
繼電驅動器300
儘管本發明提供穩定的電源，但如果負載非常小，例如20W的螢光燈，那麼可能無法獲得足以驅動繼電器的電流。
為了解決此問題，本發明利用自保持或閂鎖類型的繼電器，即使將電壓去除，繼電器一旦由流過線圈的電流激活就保持激活狀態。因此，可減少不必要的電消耗。在圖6中，為了激活繼電器RY3，將低信號(0V)施加到B2，用於將Tr2打開，且將高信號(5V)施加到B1，用於將Tr3打開。接著，電流從VCC經過Tr2、RY3以及Tr3流到繼電器，且激活繼電器，且將電能施加到燈。不久，如果將高信號(5V)施加到B2使得Tr2關閉，那麼由於繼電器RY3為自保持繼電器，所以其保持連接狀態。為了停用繼電器，當將低信號(0V)施加到B1時，Tr1打開且電流從VCC經過Tr1流到繼電器線圈，且同樣，當將高信號(5V)施加到B2時，電流流經Tr4，且繼電器接觸器斷開。
一旦繼電器停用，繼電器就通過關閉Tr1和Tr4而保持此狀態。與此類似，通過使用自保持型繼電器，需要的功率消耗量少，且因此可大大降低電源供應器的能力。因此，電子開關可適合於使用相對較小燈的電路。
第二實施例的構造和操作當燈關閉時整流
返回參看圖3和5，此第一實施例已經繪示具有4個二極體的全波整流器電路BD2，其為電源供應器100的一部分，且當燈關閉時，起到全波整流的作用。為了減少二極體的數目，如圖7中所示，此第二實施例利用半波整流器電路以便在燈關閉時對電流進行整流。即，起源於L1的電流I1流經正向連接的二極體，對電容器C4進行充電，且在通過燈L之後從L2流出。另一方面，起源於L2的電流12流經齊納二極體ZD2和電容器C3，而不對電容器C4進行充電。通過這樣做，儘管可減小電的量，但可減少二極體的數目。此可給出另一經濟優勢。
用於在燈打開時獲得內部電壓的電路和使用所述電路的整流器
圖4繪示變壓器的初級側，其為那些用於在燈打開時內部地獲得電的元件中的一個元件。其通過使用兩個二極體D1和D2來獲得內部電壓。然而，如果負載較小，那麼越過二極體的電壓降變得更低，且因此不能獲得足夠量的內部電壓。為了改進此問題，如圖8中所示，添加兩個輸入二極體。即，將現有二極體D1增加成串聯的D4和D5，且將現有二極體D2增加成串聯的D6和D7。通過這樣做，因為線之間的電壓降增加，所以可獲得足夠的內部電壓。
由此類電路獲得的電壓由半波整流電路而不是圖3中的全波電路BD1進行整流。此新穎整流器(見圖9)包括整流二極體D8、平滑電容器C6以及齊納二極體ZD4。為何此半波整流適用的原因是由於如果負載較大，那麼從線獲得的電功率也較大，所以當負載足夠高時，半波足以獲得用於內部操作的電壓。
繼電驅動器
在圖6中所示的第一實施例的繼電驅動器中，使用四個電晶體。各個電晶體由用於打開繼電器的TR2、RY以及TR3；用於關閉繼電器的TR1、RY以及TR4的路徑構成。此處RY為繼電器的繞組。
參看圖10，第二實施例是減少電晶體的數目，其利用與第一實施例的自保持繼電器類似的自保持繼電器，但內建兩個獨立線圈一個用於使繼電器打開(Ry2)，另一個用於使繼電器關閉(Ry3)。如果將控制信號施加到B2(TR6的基線)，Ry2通電，且繼電器打開。相反，如果將控制信號施加到B1，那麼Ry3通電，且繼電器關閉。
因此，在第二實施例中，電晶體的數目減少。
本發明的優勢如下。
1)由於不需要電流來保持繼電器狀態，所以內部功率消耗非常小。因此，可使用多種燈的種類。
2)由於使用變壓器，所以電源供應區處的電壓降非常低，且因此保證了穩定的操作且產生較少熱量。
3)本發明基本上是基於2線的。因此，替換現有開關較容易。
4)通過使用越過二極體而不是電阻器的電壓，負載的變化不會影響電壓規律性。
雖然已經參照執行本發明的某些實施例繪示並描述了本發明，但所屬領域的技術人員將了解，在不脫離由所附權利要求書界定的本發明精神和範圍的情況下，可對本發明的形式和細節作出各種改變。
權利要求
1.一種電子開關，其用於打開和關閉燈，所述電子開關的兩端都連接在第一線與第二線之間，所述電子開關包括電源供應器，其包含一對二極體，所述二極體中的每一個都串聯插入在所述第一與第二線之間，且所述二極體兩者都以相反極性並聯連接；變壓器，其用於升高越過所述二極體而出現的電壓；第一整流器，其用於將升高的AC整流成DC；第二整流器，其由於所述燈關閉的緣故而斷開所述第一和第二線時整流來自所述第一線的電流，電壓調節器，其包含用於抑制電源供應器的輸出電壓的異常上升的構件，以及繼電驅動器，其包含繼電器，所述繼電器由來自所述電源供應器的DC電壓操作，所述繼電器為自保持繼電器，即使將所述電壓去除，所述繼電器一旦由流過線圈的電流激活就保持所述激活狀態。
2.根據權利要求1所述的開關，其中所述用於抑制所述電源供應器的所述輸出電壓的異常上升的構件為齊納二極體。
3.根據權利要求1所述的開關，其中所述電源供應器中的所述一對二極體中的每個分別包含兩個串聯二極體。
4.根據權利要求1所述的開關，其中所述第一整流器和所述第二整流器分別為半波整流器。
5.根據權利要求1所述的開關，其中所述自保持繼電器包括兩個繞組，一個用於打開繼電器，且另一個用於關閉繼電器。
6.根據權利要求1所述的開關，其中所述電源供應器的所述第一整流器包括二極體，其用於對流經所述變壓器的次級繞組的電流進行整流，平滑電容器，其用於使經過所述二極體的半整流電流平滑，以及齊納二極體，其越過所述變壓器的所述次級繞組而連接。
8.根據權利要求1所述的開關，其中所述電源供應器的所述第二整流器包括連接到所述第一線的電容器，和連接到所述電容器的橋接二極體。
9.根據權利要求1所述的開關，其中所述電源供應器的所述第二整流器包括二極體，其在正向上連接到所述第一線，用於對所述電容器進行充電；以及齊納二極體，其在正向上連接到所述第二線。
全文摘要
本發明提供一種電子開關，其利用兩個輸入線，但克服了常規3線電子開關的安裝中的問題以及常規2線電子開關的功率消耗和功率穩定性的問題。開關包括a)電源供應器，其包含一對二極體，每一個二極體都串聯插入在第一與第二線之間，且二極體兩者以相反極性並聯連接；變壓器，其用於升高越過二極體而出現的電壓；第一整流器，其用於將升高的AC整流成DC；第二整流器，其用於在第一和第二線由於燈關閉的緣故而斷開時整流來自第一線的電流，b)電壓調節器，其包含用於抑制電源供應器的輸出電壓的異常上升的構件，以及c)繼電驅動器，其包含繼電器，繼電器由來自電源供應器的DC電壓操作，繼電器為自保持繼電器，即使將電壓去除，繼電器一旦通過流過線圈的電流而激活就保持激活狀態。
文檔編號H01H43/02GK1942993SQ200580011275
公開日2007年4月4日 申請日期2005年3月28日 優先權日2004年4月16日
發明者申尚熙 申請人:中央制御株式會社