改進型複合雙控制模式民用電源開關的製作方法

2023-06-27 12:27:06

專利名稱：改進型複合雙控制模式民用電源開關的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電學領域，是一種用於一般照明用途的民用電源控制開關。
發明背景現有的電源控制開關沒有將自動延時和普通開閉式開關兩種功能配合在一起的產品，在設計使用中多有不便，限制了產品的應用範圍。此外對於和負載相串連，不接零線的二線自動開關而言，都是可控矽式設計的，它有控制負荷功率小，開關內部發熱大，造成電源電磁汙染的弊端。一般的自動控制開關很少能做到比較大的負荷功率，且常容易燒毀。
本實用新型是在本人的原「可即時轉換的雙控制模式新型民用電源開關」實用新型專利(02253935.2)的基礎上經過改進而形成的。改進的目的在於使其功率負載能力進一步擴大，以適應更寬的範圍。

發明內容
本實用新型改進型複合雙控制模式民用電源開關是一種全新類型的照明控制開關，它兼普通電源控制開關和延時開關為一體，有雙重控制功能，並且兩種控制模式可以方便的相互轉換。本裝置做成的實際產品是牆體嵌入式的，面板上有兩個按鍵和兩隻發光二極體指示燈可以提示開關當前工作狀態。其中一個按鍵是開、關控制鍵，另一個鍵是延時控制鍵。開關共有三種工作狀態，關斷、開啟和延時。二隻指示燈全亮時是關斷態，一隻黃色指示燈對應於開、關控制鍵，另一綠色指示燈對應於延時控制鍵。按下開、關控制鍵電源開啟，對應的黃色指示燈熄滅，再按一下開、關控制鍵電源關斷，如此循環。不論開關處於開啟或關斷，按下延時控制鍵後開關轉向延時工作狀態，延時時間完了，照明燈自動熄滅。當按下延時控制鍵本裝置處於延時工作狀態時(綠色指示燈處於熄滅狀態)，在延時段內按開、關控制鍵，照明燈就轉於常亮狀態，再按一下開、關控制鍵照明燈熄滅。由此可見，這兩種工作模式是完全可以互相轉換的。
本實用新型的自動開關不但使用靈活，功能非常強，而且在它豐富的功能之外還因它有清晰鮮明的工作狀態顯示，如果配以巧妙的工業美術設計，它能給人們帶來非常良好的感覺。因此這樣的照明開關很適用於製作高檔的家用開關產品和一些在特定場合所使用的特種開關。比如在家庭衛生間，它的延時性能可以在人走之後讓排風扇繼續排風一段時間以消除室內異味；在儲物間、倉庫庫房、公共盥洗間以及其他許多場合它的雙重功能將能給人們以更多的便利。本裝置採用了非常巧妙的設計，它採用繼電器作為功率開關觸點，並且像普通機械式開關一樣是兩線制的接線方式，所以用它可以直接代換普通機械式開關安裝於通用制式的牆體開關槽內，並且它像普通機械式開關一樣可以應用於包括感性負載和容性負載在內的各式用電器。在未來的現代家庭的家用照明系統和公共場所使用環境中，這種雙控制模式的自動開關必然佔據主流的地位。此外，本實用新型的自動開關的設計充分考慮到開關產品國家強制性技術標準(3C認證)的要求，並按IEC體系的相關標準進行設計，以滿足產品達到國標和市場發展國際化需要。
技術方案原有技術的所有兩線制的任何一種電源自動控制開關由於設計上的困難，它們都以可控矽作為功率開關元件，這樣的開關往往因可控矽器件的耐受過電流能力差，常引起可控矽燒壞，造成該開關產品報廢，使用繼電器器件將大大減少自動控制開關的損壞機率，繼電器比可控矽器件有更好的耐受大電流衝擊的能力。但是以繼電器作為功率開關元件，在兩線制的接線方式也就是無零線接入、開關和負載相串連的設計框架中，它是一個長期懸而未決的技術難題。本實用新型很好的突破了這個設計難點，並且開關可以設計成工作於包括雙穩態工作模式在內的任何一種控制方式。另外，採用繼電器作為開關元件，不像可控矽式開關那樣必然產生諧波汙染電源，所以它又是一種「綠色產品」，對解決電網的電磁幹擾問題非常有利。這種類型的電路設計，實際產品能做成同普通機械式開關一樣的免零線的牆體嵌入式開關，有靜耗電少、抗幹擾能力強，產品成本低廉，負載不僅限於純阻性負荷的特點。在除本發明人以外的以往的中國實用新型專利裡是沒有的，更無實際產品問世。


附圖1是本實用新型的電路原理圖，附圖2是本實用新型的外觀結構圖。
實施方式本實用新型的電路原理請見附圖1，介紹如下附圖中ICA和ICB是一塊普通的雙D觸發器，其中一個連接成標準的雙穩態電路，另一個則連接成標準的單穩態電路形式。除此之外，又各將兩者的一個輸出端用RC微分電路引出，用之互相觸發各自的復位端，這樣如果ICA的時鐘輸入觸發了ICA的翻轉，那麼不論現時ICB處於何種狀態，必然被ICA的輸出復位；反之如果ICB的時鐘輸入觸發了ICB的翻轉，那麼不論現時ICA處於何種狀態，必然被ICB的輸出復位。通過這樣的辦法使兩者互相變換工作狀態，實際上就實現兩種工作模式的自動轉換。由圖可見ICB的輸出經C9、R8組成的微分電路微分後通過D5連到了ICA的R端。ICA的輸出經C3、R5組成的微分電路微分後直接連到了ICB的R端。附圖電路選擇了一個雙D觸發器，但它也可以是任何另一種其他的觸發器元件，包括J-K觸發器元件。
ICA和ICB的一個輸出端都各連接有一隻發光二極體，可以指示電路的當前工作狀態。開關面板上和兩個按鍵對應的兩隻發光二極體指示燈可以提示開關當前工作狀態。其中一個按鍵是開、關控制鍵，另一個鍵是延時控制鍵。開關共有三種工作狀態，關斷、開啟和延時。二隻指示燈全亮時是關斷態，一隻指示燈對應於開、關控制鍵，另一指示燈對應於延時控制鍵。按下哪個控制鍵對應的指示燈熄滅，說明它正處於相應的工作模式。
兩個觸發器的輸出端各經一個二極體導向，匯合在一起輸出給三極體開關N1，使用二極體導向是為兩個電路不致互相影響。在任何一個觸發器有輸出時，三極體開關N1都導通，使繼電器動作，負載被接通。負載接通後，有半波的電流是要流經繼電器迴路的，這樣比較強的電流可以保證繼電器保持鎖定，直到三極體開關N1截止為止。
本實用新型專利比較本人的前一專利(02253935.2)所增加的部分在SCR、DW2、R13、R14和D10、R15。這部分電路所起到的作用是當開關功率負荷很大時，因為繼電器是串連於負載的，所以需要流過非常大的電流。前方案採用普通的穩壓二極體旁路掉對滿足繼電器吸合過剩的電流起到穩壓的作用。但是當功率負荷過大時，這隻穩壓管自身的實際載荷也相對增加。儘管可以選用大功率的穩壓管，但是它的發熱問題難以解決。對500W的功率負荷而言，在半波狀態，流過的電流也有2A以上，這樣開關內部的通態總發熱功率可能達到6W甚至10W以上。顯然這將嚴重危及產品的性能可靠性，甚至造成開關失效。本改進設計可以解決這個問題。它採用一種特殊的可控矽電路來滿足穩壓和旁路過剩電流的需要。由附圖可知，當交流電從零相角開始，電壓漸增時，當它達到DW2的導通電壓前，C10可以得到充電補充。超過DW2的導通電壓後，DW2的導通讓可控矽導通，從而旁路掉大相角時流過的大電流。可控矽的通態壓降僅在1V左右，這就大大降低了開關的開態時開關內部的實耗功率，使之在可容許的範圍之內。
發明特點附圖1所示的電路的特點特別表現在1、由附圖1可以看到，整體電路和負載是串連的，沒有零線接入。2、ICA和ICB和周圍元件所組成的電路分別是一個雙穩態電路和一個單穩態電路，它們是由一種帶有復位端的集成電路觸發器元件構成。3、兩者的一個輸出端分別用RC微分電路引出，用之互相觸發各自的復位端。ICA的Q+端通過C3連接到ICB的R端；ICB的Q+端通過C9、D5連接到ICA的R端。4、電路的功率開關採用繼電器元件。5、電路的功率開關部分的連接方法如圖所示，功率開關繼電器的供電措施是雙重的，在繼電器未吸合時它的得電是由電阻降壓、穩壓管穩壓的簡單電路(D7、R12、DW2、C10)供應的；在繼電器吸合時它的得電方式發生改變，被自身的觸點轉換為直接串連於負載迴路中，只受D8的整流，利用半波電流供電。6、前級電路和繼電器開關電路分別經不同的降壓電阻R11和R12，由兩套不同的供電電路供電，但是在繼電器吸合後，繼電器的觸點將自身鎖於和負載相串連的狀態，使之繼續得電，維持其獲得足夠的維持電流。同時由於DW2也串連於迴路中，產生了一個電位，所以經D6和R9，前級電路的供電也得到了維持。7、兩隻發光二極體指示燈可以提示開關當前工作狀態，開關共有三種工作狀態，關斷、開啟和延時。二隻指示燈全亮時是關斷態，一隻指示燈對應於開、關控制鍵，另一指示燈對應於延時控制鍵。按下哪個控制鍵對應的指示燈熄滅，說明它正處於相應的工作模式。8、採用了一個特別的可控矽穩壓、旁路過剩電流的電路，使開關內部實耗功率大大降低，解決產品內部通態發熱過大的問題。9、這種類型的電路適用於任何以繼電器為開關觸點，整體開關電路和負載相串連的無零線設計框架的單穩態延時開關和雙穩態控制開關的電路當中。
本實用新型的有利效果是它解決了無零線接入的設計框架下，採用繼電器作為功率開關的技術問題，它採用電阻降壓，靜態電流非常小，利用大容量電解電容儲存可以讓繼電器吸合所應滿足的電能。這是一種全新的設計，它有非常重要的意義。以繼電器觸點為功率開關的電路有如下的特點1、負載不僅限於純阻性負荷，這樣的開關可以用於排風扇、日光燈、節能燈的控制。2、它的抗過電流能力強，開關不易因負載燈泡壽命臨終所發生的大電流燒毀，大大增加了產品的耐用性。3、不產生可控矽電路不可避免的電網電磁汙染問題，因此它是一種「綠色產品」，並為產品滿足EMC電磁檢測標準創造非常良好的條件。它所能解決的問題是非常廣泛的。以繼電器為功率觸點，並和負載串連的無零線接入的開關設計方法，是本實用新型最具創新性的特點。另外本實用新型提供了一種全新的照明開關形式，它是一個雙控制模式的電子開關，除常規的開、關模式外還集成了延時控制模式，每一次操作這兩種控制模式間都可以完成自動轉換。同時它有一種特有的工作狀態顯示，非常鮮明，易於使用者分辨，所以它的使用帶特殊的方便性。
應用前景本實用新型方案不僅是一個相當成熟具體的技術方案，在新穎性、實用性方面都有體現，同時它解決了一個非常重要的技術問題——在整個開關和功率負載相串連，無零線接入的情況下採用繼電器作為功率開關的所有開關產品的設計難點，這類產品普遍適用於各種嵌壁式的牆體開關。由於目前的建築配電安裝大多都不在開關槽內配置零線(多布一條零線的工程耗材成本增加許多，需要耗去更多的銅線，而銅是貴重資源，無論對使用者或者從整個社會資源利用的綜合效益的角度出發，在經濟上都非常不划算)，所以市場上非常需要的是免接零線的二線開關產品，而本設計改變了牆體嵌入開關沒有零線無法採用繼電器元件做產品設計的業界現狀。另外，本實用新型的自動開關的設計充分考慮到開關產品國家強制性技術標準(3C認證)的要求，並參照IEC體系的相關標準使產品可以滿足國內、國際標準。這對產品拓展國際市場有極大的幫助作用，所以本實用新型方案所潛在的經濟意義是非同尋常的。
權利要求1.一種改進型複合雙控制模式民用電源開關，可即時轉換控制模式，它可用於對照明燈或其他任何用電器進行雙重工作模式的控制，其特徵在於其構成具有以下部分以繼電器為功率開關的電路和可以在雙重工作模式間互相自動轉換的雙穩態電路和單穩態觸發器電路的集成，它兼普通開和關的電源控制開關和延時開關為一體。
2.如權利要求1所述的裝置其特徵在於其電路以繼電器為功率開關觸點，整體電路和負載是串連的，沒有零線接入，功率開關繼電器的供電措施是雙重的，在繼電器未吸合時它的得電是由電阻降壓、穩壓管穩壓的簡單電路供應的；在繼電器吸合時它的得電方式發生改變，被自身的觸點轉換為直接串連於負載迴路中，利用半波電流供電。
3.如權利要求1所述的裝置，其特徵在於可以在雙重工作模式間互相自動轉換的電路是雙穩態電路和單穩態觸發器電路的集成，①兩者的一個輸出端分別用RC微分電路引出，用之互相觸發對方的復位端；②觸發器可以是D觸發器，也可以採用任何另一種其他的帶有R復位端和S置位端的觸發器元件，包括J-K觸發器元件；③兩者的一個輸出端都各連接有一隻發光二極體，可以指示電路的當前工作狀態；④前級電路和繼電器開關電路分別經不同的降壓電阻由兩套不同的供電電路供電，但是在繼電器吸合後，繼電器的觸點將自身鎖於和負載相串連的狀態，使之繼續得電，維持其獲得足夠的維持電流，同時借D6和R9，前級電路的供電也得到了維持；④用一種特殊的可控矽穩壓/電流旁路電路，代替穩壓二極體對功率開關繼電器的自身工作用電進行穩壓；目的在於減少開關通態時開關內部的實耗功率，降低發熱效應。
4.權利要求1所述的裝置，其特徵在於這種類型的電路適用於任何以繼電器為開關觸點，整體開關電路和負載相串連的無零線設計框架的單穩態延時開關和雙穩態控制開關的電路當中。
5.權利要求1所述的裝置其特徵在於在開關面板上和兩個按鍵對應的兩隻發光二極體指示燈可以提示開關當前工作狀態，其中一個按鍵是開、關控制鍵，另一個鍵是延時控制鍵，開關共有三種工作狀態，關斷、開啟和延時，二隻指示燈全亮時是關斷態，一隻指示燈對應於開、關控制鍵，另一指示燈對應於延時控制鍵。按下哪個控制鍵對應的指示燈熄滅。
6.權利要求1所述的裝置，其特徵在於ICA的Q+端通過C3連接到ICB的R端ICB的Q+端通過C9、D5連接到ICA的R端。
專利摘要本實用新型是一種可即時轉換的雙控制模式的複合型新型民用電源開關。它兼普通電源控制開關的功能和延時開關為一體，有雙重控制功能，並且兩種控制模式可以方便的相互轉換。本裝置做成的實際產品是牆體嵌入式的，面板上有兩隻發光二極體指示燈可以提示開關當前工作狀態。可用於對照明燈或其他任何用電器進行雙重工作模式的控制。它適用於任何整體電路和負載是串連的，沒有零線接入的繼電器開關產品設計方案。本實用新型的獨特設計可以解決一個業界一直存在的產品設計難題——如何在和負載串連的無零線設計框架中採用繼電器式設計。同時它不像可控矽開關產生電網的電磁汙染，是一種「綠色」產品，並可以滿足EMC標準的電磁檢測要求。新的專利在原設計的基礎上採取措施，增大開關負荷的能力，使其範圍可以達到5W——1000W。
文檔編號H05B37/02GK2657289SQ02256930
公開日2004年11月17日 申請日期2002年10月14日 優先權日2002年10月14日
發明者陳有毅 申請人:陳有毅