一種單線制電子觸摸開關的製作方法

2023-05-12 15:11:31

專利名稱：一種單線制電子觸摸開關的製作方法
技術領域：
本實用新型公開一種觸摸開關，特別是一種單線制電子觸摸開關。
背景技術：
目前，市場上的交流電開關多數為機械按鍵式開關。存在機械磨損、以及開關時出現火花等問題，對於某些場合，如易燃、易爆、煤氣洩漏房間等不適用。在此情形下，出現了電子式開關，開關過程中，不再出現火花等危險情況。目前的電子開關普遍不具有輸出檢測功能，當輸出過壓、過載時，容易產生危險，存在安全隱患。
發明內容針對上述提到的現有技術中的電子開關存在安全隱患的缺點，本實用新型提供一種新的單線制電子觸摸開關，其在開關驅動模塊輸出端連接有負載檢測模塊，用於檢測負載電壓，同時將檢測信號輸出給觸摸感應模塊。本實用新型解決其技術問題採用的技術方案是一種單線制電子觸摸開關，電子觸摸開關包括觸摸感應模塊、電源模塊、開關驅動模塊和負載檢測模塊，觸摸感應模塊用於接收電容式觸摸開關輸入的觸摸感應信號，並根據觸摸感應信號控制開關驅動模塊動作， 以導通負載的供電迴路，電源模塊給觸摸感應模塊供電，負載檢測模塊檢測開關驅動模塊輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。本實用新型解決其技術問題採用的技術方案進一步還包括所述的觸摸感應模塊設有一個以上電容式觸摸開關接口。所述的開關驅動模塊設有一個以上，觸摸感應模塊分別輸出控制信號控制各個開關驅動模塊。所述的負載檢測模塊設有一路以上，每一路負載檢測模塊檢測一個開關驅動模塊的輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。所述的負載檢測模塊採用串聯連接的分壓電阻，分壓電阻一端連接在開關驅動模塊輸出端，分壓電阻另一端接地，分壓電阻的公共端與觸摸感應模塊連接。所述的觸摸感應模塊採用觸摸感應晶片。所述的電子觸摸開關中還包括饋電單元，饋電單元包括穩壓二極體和整流單元， 穩壓二極體連接在開關驅動模塊上，穩壓二極體輸出給整流單元進行整流，整流單元輸出連接至電源模塊上。所述的電源模塊包括整流橋、變壓器、開關管、RC振蕩單元和穩壓晶片，外接交流電源經整流橋整流後輸入變壓器的初級線圈一端，開關管連接在變壓器的初級線圈另一端和地之間，RC振蕩單元連接在開關管的控制端上，變壓器次級線圈輸出給穩壓晶片，經穩壓晶片穩壓後輸出給觸摸感應模塊供電。所述的電源模塊還包括反饋單元，反饋單元包括光耦和穩壓二極體，穩壓二極體連接在變壓器次級線圈上，採樣變壓器次級線圈的輸出電壓，並將採樣結果輸出給光耦內的發光二極體，光耦內的光敏三極體輸出至開關管的控制端上，控制開關管的通斷。所述的開關驅動模塊包括雙向可控矽和光耦，觸摸感應模塊輸出控制信號給光耦，經光耦輸出控制雙向可控矽的通斷，雙向可控矽控制導通負載的供電迴路。所述的觸摸開關還包括狀態指示模塊，狀態指示模塊包括三個紅色LED和三個白色LED，六個LED分別連接在觸摸感應模塊的輸出端上。本實用新型的有益效果是本實用新型可以帶動各種負載，負載範圍更廣，負載可以為電感性、電容性、純阻性及高頻開關電源負載，如節能燈、開關電源、交流電機、LED新光源、普通日光燈等等，其克服了傳統開關的負載範圍小，負載能力弱的缺點。本實用新型設有負載檢測模塊，用於檢測負載電壓等，已達到過壓、過載保護。同時，本實用新型中使用開關電源作為電源模塊，利用它的高效率，可以減輕自身功耗，帶動更小功率的負載，如LED 燈等。另外，本實用新型中使用低功耗類LDO穩壓晶片、觸摸晶片等，可以降低整體功耗，總功耗小於2.2mW (沒有背光指示燈下測得)，單路靜態總功耗小於IOmW (有指示燈下測得)。 本實用新型簡化電路，提升電源利用率。本實用新型使用雙路不同穩壓值的LD0(U2=3. 0V, U3=3. 3V)，饋電電源及開關電源分開供電，單路導通時，不會影響其餘負載的功耗，真正起到靠自身導通饋電自行供電需求。本實用新型將饋電低頻濾波與高頻開關電源分開使用不同濾波電路，消除通電時復位時間的影響，電路更穩定，更安全。本實用新型中還設有負載檢測電路，為開關提供負載檢測，如開關無負載，在面板上可以看到該路背景指示燈不亮， 而且觸摸無作用，同時可以判定該路負載是否損壞(開路)。在無負載情況下，可以準確判定觸摸位置，更具人性化。下面將結合附圖和具體實施方式
對本實用新型做進一步說明。
圖1為本實用新型電路方框圖。圖2為本實用新型電路原理圖。圖3為本實用新型觸摸感應模塊部分電路原理圖。圖4為本實用新型開關電源模塊部分電路原理圖。圖5為本實用新型穩壓模塊部分電路原理圖。圖6為本實用新型開關驅動模塊部分電路原理圖。圖7為本實用新型狀態指示模塊部分電路原理圖。圖8為本實用新型負載檢測模塊部分電路原理圖。
具體實施方式
本實施例為本實用新型優選實施方式，其他凡其原理和基本結構與本實施例相同或近似的，均在本實用新型保護範圍之內。請參看附圖1和附圖2，本實用新型主要包括觸摸感應模塊、電源模塊、開關驅動模塊和負載檢測模塊，觸摸感應模塊用於接收電容式觸摸開關輸入的觸摸感應信號，並根據觸摸感應信號控制開關驅動模塊動作，以導通負載的供電迴路，電源模塊給觸摸感應模塊供電，負載檢測模塊檢測開關驅動模塊輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。請結合參看附圖1、附圖2和附圖3，本實施例中，觸摸感應模塊的核心器件為觸摸感應晶片U4，本實施例中，觸摸感應晶片U4採用型號為ADPT008的觸摸感應晶片，其包括有8路觸摸感應輸入和8個I/O 口，且具有數據處理能力，觸摸感應晶片U4為低功耗觸摸器件，靜態功耗小於5uA，具體實施時，也可以採用其他類似功能的晶片替換。本實施例中， 觸摸感應模塊上設有一個以上電容式觸摸開關接口，可用於連接電容式觸摸開關，本實施例中，每個電容式觸摸開關接口上串接一個電容，可以起到濾波作用減少5(Tl00Hz電源雜波幹擾，具體實施時，電容式觸摸開關可集成在本實用新型內，也可以設置在本實用新型外部，通過接口與本實用新型連接。本實施例中，觸摸感應晶片U6的靈敏度調節接口上連接有調節電容C9，通過改變電容C9的大小，可調節觸摸感應晶片U4對電容式觸摸開關感應的靈敏度。本實施例中，以採用其中3路為例進行具體說明，即在觸摸感應晶片U4上連接有三個電容式觸摸開關，同時觸摸感應晶片U4輸出三路控制信號，控制三個開關驅動模塊工作，具體實施時，可以根據實際需要進行增減，可以僅設置一路，也可以設置兩路或其他多路，當其僅設置一路時，本實用新型為節能型單線制單路電容感應式觸摸開關，當其設置兩路以上是，本實用新型則為節能型單線制多路電容感應式觸摸開關。本實施例中，觸摸感應晶片U4輸出端上分別連接有一個三極體，觸摸感應晶片U4分別輸出信號至三極體Q2、三極體Q3和三極體Q4的基極，三極體Q2、三極體Q3和三極體Q4的發射極分別接地，三極體 Q2、三極體Q3和三極體Q4的集電極分別與一個開關驅動模塊的控制輸入端連接，觸摸感應晶片U4通過三極體控制開關驅動模塊工作。 請結合參看附圖1、附圖2、附圖4和附圖5，本實施例中，電源模塊主要包括開關電源部分和穩壓模塊部分，電源模塊包括整流橋BD1、變壓器Τ、開關管Ql、RC振蕩單元和穩壓晶片U2、穩壓晶片U3，整流橋BDl連接在本實用新型的市電輸入接口上，本實施例中， 整流橋BDl —端連接在市電火線輸入接口上，另一端連接在第一路開關驅動模塊的負載連接端上，當本實用新型的第一路開關驅動模塊處於斷開狀態時，220V交流直接加在整流橋 BDl上，經整流橋BDl整流後，輸出高壓直流電，本實施例中，變壓器T和開關管Ql組成高頻開關電源，整流橋BD1整流後的高壓直流電直接輸入至變壓器T的初級線圈的一端，變壓器 T的初級線圈的另一端通過開關管Ql接地，本實施例中，電阻R4和電容C2組成RC振蕩單元，RC振蕩單元一端連接在變壓器T的一個線圈上，該線圈的另一端接地，RC振蕩單元另一端連接在開關管Ql的控制端上，控制開關管Ql的通斷，從而實現高壓直流電通過變壓器Τ， 經過變壓器T轉換成5V低壓電源，然後經過二極體D3整流後輸入給穩壓晶片U2和穩壓晶片U3，經穩壓晶片U2和穩壓晶片U3穩壓後輸出給觸摸感應晶片U4供電。本實施例中，穩壓晶片U2和穩壓晶片U3採用低壓差、低功耗的LDO器件，以降低穩壓電路中的靜態功耗， 本實施例中，穩壓晶片U2採用型號為ΗΙ7130的穩壓晶片，穩壓晶片U3採用型號為ΗΙ7133 的穩壓晶片，具體實施時，也可以採用類似功能的其他晶片替換。本實施例中，電源模塊中還包括有整流橋BD2，整流橋BD2 —端連接在第二路開關驅動模塊的負載連接端上，整流橋 BD2另一端連接在第三路開關驅動模塊的負載連接端上，整流橋BD2與整流橋BDl並聯，整流橋BD2的輸出端也連接在變壓器T上，當第二路開關驅動模塊或第三路開關驅動模塊中有一路導通時，外接市電通過整流橋BD2進行整流，進行供電。本實施例中，整流橋BDl和整流橋BD2與變壓器T之間串接有電阻R1，電阻Rl與變壓器T的公共端和地之間連接有電容Cl，電阻Rl和電容Cl組成RC濾波電路，能濾除整流橋BDl和整流橋BD2輸出的高頻幹擾。本實施例中，穩壓晶片U2和穩壓晶片U3的輸出經過電阻R7輸入至觸摸感應晶片U4的振蕩信號輸入端，電阻R7為觸摸感應晶片U4的振蕩電阻。本實施例中，電源模塊中還包括有反饋單元，反饋單元主要包括光耦OPO和穩壓二極體D2，穩壓二極體D2連接在變壓器 T次級線圈上，即穩壓晶片U2和穩壓晶片U3的輸入引腳上，用於採樣變壓器T次級線圈的輸出電壓，並將採樣結果輸出給光耦OPO內的發光二極體，當採樣結果高於穩壓二極體D2 的擊穿電壓時，穩壓二極體D2導通，使光耦OPO內的發光二極體發光，同時使光耦OPO的次級，即光耦OPO內的光敏三極體也導通，光耦OPO內的光敏三極體輸出至開關管Ql的控制端上，光耦OPO內的光敏三極體導通，將開關管Ql的控制端電位拉低，控制開關管Ql斷開， 實現輸出高壓保護。 請結合參看附圖1、附圖2和附圖6，本實施例中，開關驅動模塊設有三個，每個開關驅動模塊的電路結構都相同，本實施例中，僅以第一路開關驅動模塊為例，對其電路進行具體說明。本實施例中，第一路開關驅動模塊主要包括光耦OPl和雙向可控矽Tl，光耦OPl 的初級一端通過限流電阻R5和電容Cll接地，另一端連接到三極體Q4的集電極上，光耦 OPl的次級連接在雙向可控矽Tl的控制端上，通過雙向可控矽控制負載的迴路通斷。光耦 OPl是過零觸發光耦隔離驅動器，使用此器件可使電流過零時才接通負載，降低電子開關的幹擾噪聲，延長負載壽命及對電子開關的電流衝擊損害。 請結合參看附圖1、附圖2和附圖7，本實用新型中，還包括有狀態指示模塊，本實施例中，狀態指示燈採用雙色LED，其中包括三個紅色LED和三個白色LED，三個白色LED分別通過一個限流電阻連接在觸摸感應晶片U4的一個輸出端上，用於指示一路開關驅動模塊的工作狀況，當觸摸感應晶片U4的一個輸出端上的開關驅動模塊為導通時，觸摸感應晶片U4對應的I/O 口輸出低電平，則相應的LED點亮，當觸摸感應晶片U4對應的I/O 口輸出高電平時，相應的LED熄滅，相應的開關驅動模塊導通工作。三個紅色LED分別連接在觸摸感應晶片U4的控制信號輸出端上。同時，狀態指示燈還可以作為背景燈使用，不僅可以指示相應的開關驅動模塊的工作狀況，還能在黑暗中，指示本實用新型所在位置。本實用新型採用雙色LED燈，當相應的負載通電時，顯示一種顏色的LED，當相應的負載斷電時，顯示另一種顏色的LED。本實用新型中還包括饋電單元，本實施例中的饋電單元包括穩壓二極體ZD1、穩壓二極體ZD2、穩壓二極體ZD3和整流單元，穩壓二極體ZDl連接在雙向可控矽Tl的控制端上，穩壓二極體ZD2連接在雙向可控矽T2的控制端上，穩壓二極體ZD3連接在雙向可控矽 T3的控制端上，每個穩壓二極體分別輸出給整流單元，本實施例中，整流單元包括二極體 D5、二極體D6和二極體D7，其中，二極體D5與穩壓二極體ZDl的輸出端連接，二極體D6與穩壓二極體ZD2的輸出端連接，二極體D7與穩壓二極體ZD3的輸出端連接，二極體D5、二極體D6和二極體D7的輸出分別連接至穩壓晶片U3的輸入引腳上，在本實用新型中的電子開關接通時，高壓電源降低後，電源模塊部分無法正常工作時，可以通過饋電模塊繼續為觸摸感應晶片U4提供工作電流。請結合參看附圖1、附圖2和附圖8，本實用新型中還包括負載檢測模塊，負載檢測模塊採用串聯連接的分壓電阻，本實施例中，負載檢測模塊分為三路，分別檢測一個開關驅動模塊的輸出，本實施例中，以第一路為例，進行具體說明，第一路分壓電阻包括依次串聯連接的電阻R10、電阻R34和電阻R28，電阻RlO連接在開關驅動模塊輸出端，電阻似8接地， 電阻R34和電阻R28的公共端與觸摸感應模塊的一個I/O 口連接，將檢測信號傳輸給觸摸感應模塊。負載檢測模塊還能為開關提供負載檢測，如開關無負載，在面板上可以看到該路背景指示燈不亮，而且觸摸無作用，同時可以判定該路負載是否損壞(開路)。在無負載情況下，可以準確判定觸摸位置，更具人性化。本實施例中，觸摸開關包括4個外接接口，其中一個可用於與交流市電的火線連接，另外三個接口分別與一個負載連接，與火線連接的輸入接口分別與每個開關驅動模塊中的光耦的次級的一端連接，每個開關驅動模塊中的光耦的次級的另一端分別與一個和負載連接的輸出接口連接。本實用新型在使用時，將火線連接在本實用新型的與火線連接的輸入接口上，另外三個接口上分別連接一個負載，當負載不導通時，外接市電通過整流橋BDl整流後，再經過開關電源部分變壓後輸出給穩壓晶片U2和穩壓晶片U3，由穩壓晶片U2和穩壓晶片U3給觸摸感應晶片U4供電。當有觸摸開關輸入控制信號給觸摸感應晶片U4時，觸摸感應晶片 U4輸出相應的控制信號，使相應的開關驅動模塊中的光耦導通，光耦驅動相應的開關驅動模塊中的雙向可控矽導通，雙向可控矽接通火線與對應的負載，使對應的負載上電，同時， 相應的狀態指示燈熄滅，實現開關控制。本實用新型可以帶動各種負載，負載範圍更廣，負載可以為電感性、電容性、純阻性及高頻開關電源負載，如節能燈、開關電源、交流電機、LED新光源、普通日光燈等等，其克服了傳統開關的負載範圍小，負載能力弱的缺點。本實用新型設有負載檢測模塊，用於檢測負載電壓等，已達到過壓、過載保護。同時，本實用新型中使用開關電源作為電源模塊，利用它的高效率，可以減輕自身功耗，帶動更小功率的負載，如LED燈等。另外，本實用新型中使用低功耗類LDO穩壓晶片、觸摸晶片等，可以降低整體功耗，總功耗小於2. 2mW(沒有背光指示燈下測得)，單路靜態總功耗小於IOmW (有指示燈下測得)。本實用新型簡化電路，提升電源利用率。本實用新型使用雙路不同穩壓值的LDO (U2=3. 0V, U3=3.3V)，饋電電源及開關電源分開供電，單路導通時，不會影響其餘負載的功耗，真正起到靠自身導通饋電自行供電需求。本實用新型將饋電低頻濾波與高頻開關電源分開使用不同濾波電路，消除通電時復位時間的影響，電路更穩定，更安全。本實用新型中還設有負載檢測電路，為開關提供負載檢測，如開關無負載，在面板上可以看到該路背景指示燈不亮，而且觸摸無作用，同時可以判定該路負載是否損壞(開路)。在無負載情況下，可以準確判定觸摸位置，更具人性化。以上對本實用新型實施例所提供的技術方案進行了詳細介紹，本文中應用了具體個例對本實用新型實施例的原理以及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只適用於幫助理解本實用新型實施例的原理；同時，對於本領域的一般技術人員，依據本實用新型實施例，在具體實施方式
以及應用範圍上均會有改變之處，綜上所述，本說明書內容不應理解為對本實用新型的限制。
權利要求1.一種單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的電子觸摸開關包括觸摸感應模塊、電源模塊、開關驅動模塊和負載檢測模塊，觸摸感應模塊用於接收電容式觸摸開關輸入的觸摸感應信號，並根據觸摸感應信號控制開關驅動模塊動作，以導通負載的供電迴路，電源模塊給觸摸感應模塊供電，負載檢測模塊檢測開關驅動模塊輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。
2.根據權利要求1所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的觸摸感應模塊設有一個以上電容式觸摸開關接口。
3.根據權利要求1所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的開關驅動模塊設有一個以上，觸摸感應模塊分別輸出控制信號控制各個開關驅動模塊。
4.根據權利要求3所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的負載檢測模塊設有一路以上，每一路負載檢測模塊檢測一個開關驅動模塊的輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。
5.根據權利要求1至4中任意一項所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的負載檢測模塊採用串聯連接的分壓電阻，分壓電阻一端連接在開關驅動模塊輸出端，分壓電阻另一端接地，分壓電阻的公共端與觸摸感應模塊連接。
6.根據權利要求1至4中任意一項所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的電子觸摸開關中還包括饋電單元，饋電單元包括穩壓二極體和整流單元，穩壓二極體連接在開關驅動模塊上，穩壓二極體輸出給整流單元進行整流，整流單元輸出連接至電源模塊上。
7.根據權利要求1至4中任意一項所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的電源模塊包括整流橋、變壓器、開關管、RC振蕩單元和穩壓晶片，外接交流電源經整流橋整流後輸入變壓器的初級線圈一端，開關管連接在變壓器的初級線圈另一端和地之間，RC振蕩單元連接在開關管的控制端上，變壓器次級線圈輸出給穩壓晶片，經穩壓晶片穩壓後輸出給觸摸感應模塊供電。
8.根據權利要求7所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的電源模塊還包括反饋單元，反饋單元包括光耦和穩壓二極體，穩壓二極體連接在變壓器次級線圈上，採樣變壓器次級線圈的輸出電壓，並將採樣結果輸出給光耦內的發光二極體，光耦內的光敏三極體輸出至開關管的控制端上，控制開關管的通斷。
9.根據權利要求1至4中任意一項所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的開關驅動模塊包括雙向可控矽和光耦，觸摸感應模塊輸出控制信號給光耦，經光耦輸出控制雙向可控矽的通斷，雙向可控矽控制導通負載的供電迴路。
10.根據權利要求1至4中任意一項所述的單線制電子觸摸開關，其特徵是所述的觸摸開關還包括狀態指示模塊，狀態指示模塊包括三個紅色LED和三個白色LED，六個LED分別連接在觸摸感應模塊的輸出端上。
專利摘要一種單線制電子觸摸開關，電子觸摸開關包括觸摸感應模塊、電源模塊、開關驅動模塊和負載檢測模塊，觸摸感應模塊用於接收電容式觸摸開關輸入的觸摸感應信號，並根據觸摸感應信號控制開關驅動模塊動作，以導通負載的供電迴路，電源模塊給觸摸感應模塊供電，負載檢測模塊檢測開關驅動模塊輸出電壓，並反饋給觸摸感應模塊。本實用新型可以帶動各種負載，負載範圍更廣，負載可以為電感性、電容性、純阻性及高頻開關電源負載，。本實用新型中還設有負載檢測電路，為開關提供負載檢測，如開關無負載，在面板上可以看到該路背景指示燈不亮，而且觸摸無作用，同時可以判定該路負載是否損壞(開路)。在無負載情況下，可以準確判定觸摸位置，更具人性化。
文檔編號H03K17/96GK202261220SQ201120374439
公開日2012年5月30日 申請日期2011年9月30日 優先權日2011年9月30日
發明者林慶光, 燕彩虹, 肖興朝 申請人:深圳市阿達電子有限公司