帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路的製作方法

2023-10-28 04:53:37

專利名稱：帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種適用於所有市電網絡供電的感應開關電路，具體的講，涉及一種牆面式感應開關電路。
背景技術：
目前樓宇建築的公共照明，為了節約能源，已越來越多的採用無觸點電子式開關(內部均採用可控矽作為開關元件)，例如觸摸開關、聲光控感應開關、人體熱釋電紅外線感應開關等，尤其是聲光控感應開關和人體熱釋電感應開關(以下統稱為感應開關)，因具有自動開關燈的功能而被廣泛地應用。
但因目前牆壁開關的接線方式絕大多數為火線進、火線出的單極性供電方式，所以感應開關是串接在迴路裡面使用，當感應開關處在斷態時(可控矽處於斷態)，其內部的控制電路可獲得充足的供電，可正常地對開關元件(可控矽)進行開啟控制，但當開關處於通態時(可控矽處於通態)，隨著可控矽導通角的不斷增加，可控矽兩端的電壓會迅速下降(正常觸發的情況下應在1V以下)，又因控制電路和可控矽兩端是並聯方式，從而使控制線路失去了正常的供電。但當感應開關的負載是白熾燈等阻性負載時，可以用縮短導通角的方式來實現控制，但此時控制線路獲得的供電並非完全的連續供電，並不平滑，而且感應開關輸出到負載上的市電與輸入端的市電相差比較大，所以適用的負載類型也很少，這也是目前市場上主流產品所採用的方式，而且即使可以接白熾燈等阻性負載，因控制線路一般也需要幾毫安甚至更大的電流供電，又因負載是串聯在供電迴路當中，如果電流較大，就意味著負載將可能處在半導通狀態，例如小功率白熾燈的燈絲會發紅(微亮)，市場上大多數的感應開關一般只能接25W以上的白熾燈等阻性負載。
應樓宇建築的消防要求，公共照明系統在發生火災等緊急情況時，會接通消防集控總開關(手動或自動切換)，從而使照明系統內的所有感應開關強制接通點亮燈具負載。但目前市場上類似功能的產品一般是採用雙極性供電方式(需要零線接到感應開關上，這與普通牆壁式開關的布線方式不符，需要重新布線)，並且內部採用一個繼電器(觸點為單刀雙擲)作為開關器件，其消防集控功能是利用繼電器的一個常閉觸點來完成，此種線路無法實現單極性供電的消防集控功能，無法直接安裝在普通牆壁開關位置，布線麻煩。
實用新型內容本實用新型的目的在於克服上述技術缺陷，解決採用市電供電、接線方式採用普通牆壁開關的單極性供電方式的感應開關控制線路供電問題，提供了一種帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路。
為實現上述目的，本實用新型的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路包括一個全橋整流電路1，一個與全橋整流電路1輸出端相連的可控矽SCR1，一個感應開關的信號處理及輸出電路2，一個開關斷態供電電路3，一個與可控矽SCR1控制端相連的可控矽觸發電路4，一個開關通態供電電路5和一個消防集控電路6。
本實用新型的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路無論處於通態還是斷態，其控制線路均能正常工作；整體線路用橋式整流與控制線路採用同一市電電源，可實現同步觸發，從而最大限度地保證了可控矽的全周期導通，使負載獲得基本上接近市電的電源供應；可接各類燈具負載，並且負載最小功率在5W時仍能正常使用；以此線路生產的感應開關均可直接替換普通牆壁開關(單極性供電方式)；因採用微功耗器件，線路本身功耗極低，可真正實現節約能源的目的；在單極性接線方式、可接各類燈具負載的基礎上增設消防集控功能，從而使得感應開關在樓宇自動照明方面的功能最大化，可免除更換不同功能種類感應開關以及重新鋪設線路的麻煩。
本實用新型將通過優選的實施例結合附圖加以說明。


圖1為本實用新型的原理方框圖。
圖2為本實用新型的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路的一種具體實施方式
的電路圖。
圖3為本實用新型的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路的另一種具體實施方式
的電路圖。
圖4一種典型的可控矽控制感應開關電路。
圖5簡化後的典型可控矽控制感應開關電路。
具體實施方式
參照圖2，本實用新型第一種具體實施方式
中的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路包括一個全橋整流電路1，一個與全橋整流電路1輸出端相連的可控矽SCR1，一個感應開關的信號處理及輸出電路2，一個開關斷態供電電路3，一個與可控矽SCR1控制端相連的可控矽觸發電路4，一個開關通態供電電路5和一個消防集控電路6。
其中，開關斷態供電電路包括一個電阻R3，一個二極體D1和一個穩壓管Z1，所述電阻R3一端與所述二極體D1正極相連，另一端與全橋整流電路的正極輸出端相連，所述二極體D1負極與所述穩壓管Z1的負極相連，所述穩壓管Z1的正極接地；所述可控矽SCR1的陽極與所述全橋整流電路1的正極輸出相連，其陰極與全橋整流電路1的負極輸出相連；所述第一可控矽觸發電路包括一個穩壓管Z2、一個可控矽SCR2和兩個電阻R1、R2，所述可控矽SCR2的陽極與電阻R1一端相連，陰極與電阻R2一端相連，其陰極還與所述穩壓管Z2的負極相連；所述電阻R1另一端連接全橋整流電路的正極輸出，所述電阻R2的另一端接地；所述穩壓管Z2的正極與可控矽SCR1的控制端相連；所述開關開態供電電路包括一個二極體D4，和一個電容C1，所述二極體D4負極與所述電容C1的一極相連，正極與可控矽觸發電路中的穩壓管Z2的負極相連，所述電容C1負極接地；所述感應開關的信號處理及輸出電路包括，一個感應開關模塊U1，兩個電阻R4、R5，一個二極體D2，所述感應開關模塊U1的正極與所述開關斷態供電電路中的二極體D1的負極相連，其負極接地，其輸出端通過電阻R5與所述二極體D2正極相連，所述二極體D2負極與所述電阻R4一端相連，所述電阻R4另一端與所述感應開關模塊U1的負極相連；所述消防集控電路包括一個光電耦U2、一個二極體D3、一個電容C2和兩個電阻R6、R7，所述光電耦U2包含控制極A、K和輸出極C、E，所述控制極A連接所述電阻R6的一端，所述輸出極C連接所述感應開關的信號處理及輸出電路中的感應開關模塊U1的正極輸入，輸出極E連接所述電容C2的一極以及所述二極體D3的正極，所述電容C2的另一極接地，所述二極體D3的負極通過所述電阻R7與所述感應開關的信號處理及輸出電路中的二極體D2的負極相連。
本具體實施方式
中的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路的工作原理如下開關斷態時的供電電路當感應控制線路無信號輸出時，主可控矽SCR1及其觸發電路部分均處於斷態，市電正半波通過R3、D1並經Z1的穩壓向C1充電，從而保證感應控制線路監控狀態的所需供電，R3取值較大，另外，在開關斷態時，流經負載的電流只有數十微安，所以不會對負載造成影響。
主可控矽SCR1的觸發電路及通態時的供電電路此電路由圖4所示的典型的可控矽觸發電路簡化並加以改進而來，在圖3中，當在S處加入觸發控制信號以後，市電的交流正半波電壓首先通過D1，T1，R3，R2形成導通迴路，當R2上的電壓上升達到SCR1控制極觸發電壓時(一般為4V-10V)，SCR1便導通，同時D1，T1，R3，R2迴路則斷流，當交流正半波電壓過零時，SCR1切斷，此時交流負脈衝在D2，R3，T1，R1又形成迴路，當R1上的電壓上升達到SCR2控制極觸發電壓時，SCR2則導通，這樣周而復始，通過在R2和R1上形成的短暫脈衝不斷對SCR1和SCR2進行觸發導通，因觸發脈衝時間很短，負載上獲得的基本上是全周期導通的交流市電。因採用兩個可控矽成本較高，而且線路較複雜，所以可通過預先把交流市電整流的方式來簡化線路，只採用一個可控矽即可實現圖4的同等功能，簡化後的電路見圖5，因可控矽在每個半波周期導通前，都必須在R2上形成一個短時脈衝，則可以考慮把此脈衝電壓加以利用，但R2上形成的脈衝電壓並不一定穩定(因可控矽的觸發電壓有一定的範圍)，所以為了獲得比較恆定的脈衝電壓，則在R2連接可控矽控制極的線路上串聯一個穩壓二極體，這樣可以限定R2上的脈衝電壓值，只有達到穩壓管的穩壓值，才可以對可控矽SCR1進行觸發導通；另圖4中的光電耦合式雙向晶閘管T1在簡化線路後已是大材小用，此處可用一個小型單向可控矽SCR2即可勝任，所以最終的改良電路如圖2中主可控矽SCR1的觸發及開關通態供電電路部分所示。加入穩壓管Z2後，脈衝電壓值得到了限定，然後則需對此脈衝電壓進行收集存儲，所以須在R2與Z2的連接端接入一個二極體D4，並把脈衝電壓存儲到電解電容C1上，D4的作用是單導向收集，避免C1上存儲的電量在SCR1導通期間再通過R2等元件洩放掉。這樣在C1上就獲得了相對穩定的直流電壓，因後面的感應控制線路耗電很低，只需要幾十微安，所以C1上的電壓足以滿足後面控制線路的供電要求。
圖2中主可控矽SCR1的觸發電路及開關通態供電電路的工作過程為當感應開關模塊U1接收到外界信號，加以處理後輸出高電平然後通過限流電阻R5、D2從而觸發SCR2導通，SCR2導通後經過R1、R2的分壓會在很短的時間內在R2上形成一個脈衝電壓(其值基本與Z2的穩壓值相同)，從而觸發主可控矽SCR1導通。同時在R2上形成的脈衝電壓經D4導向並存儲至電解電容C1上，以交流市電AC220V/50Hz為例，R2上每10毫秒便可獲得一個脈衝電壓，因後面的控制線路耗電極低，從而可確保線路的正常供電。
消防集控電路消防集控端X平時並不接入消防火線(但火線L和負載LOAD必須保證正常連接)，當有緊急情況需要強制照明時，則人工或自動的把X端接入消防火線，經過限流電阻R6、U2、燈線端(H點位置)以及負載然後再通往零線形成迴路，使光電耦合器導通，從而電源電壓Vcc通過U2、C2、D3、R7、R4形成迴路對SCR2進行觸發導通，從而使主可控矽SCR1導通，SCR1導通以後，因有前面所述的開關通態供電電路，可保證直流電源電壓Vcc的穩定。
但SCR1導通以後，由於燈線端(H點位置)的電位與X端(消防火線)以及L端(火線)的電位基本相同，因此R6、U2、H點、LOAD已不能再形成導通迴路，這將導致U1的關斷，這就意味著電源電壓Vcc將不能再對SCR2形成觸發迴路，也將導致SCR1無法正常導通，從而使負載無法正常工作。但由於在U2後端加入儲能電容C2，從而確保了U2關斷期間的觸發SCR2的正常供電，當C2上電能耗盡使SCR2以及SCR1關斷的瞬間，因H點電位又重新為零，則消防觸發迴路又接通，Vcc則繼續對C2進行充電並觸發SCR2及SCR1導通。由於儲能電容C2的電量從耗盡到再充滿的過程非常短暫(C2取值較小)，可控矽SCR1基本上處於全周期導通狀態，從而可保證負載的正常供電。
圖3為本實用新型的另一種具體實施方式
。在圖3中，開關斷態供電電路包括一個電阻R3，一個二極體D1和一個穩壓管Z1，所述電阻R3一端與所述二極體D1正極相連，另一端與全橋整流電路的正極輸出端相連，所述二極體D1負極與所述穩壓管Z1的負極相連，所述穩壓管Z1的正極接地；所述開關開態供電電路包括四個二極體D4、D5、D6、D7，三個電容C1、C3、C4，一個電阻R8，一個電感L1和一個升壓集成電路U3，所述升壓集成電路U3包括輸入端Lx，輸出端OUT和接地端Gnd，其中輸入端Lx與所述電感L1的一端以及二極體D7的正極相連，輸出端OUT與電容C4的一極以及二極體D4的正極、D7的負極相連，接地端Gnd接地，二極體D5的正極與電阻R8的一端相連，負極與二極體D6的正極相連，D6的負極接地；電阻R8的另一端與電容C3的一極相連，電容C3的另一極接地；所述電感的另一端連接電阻R8另一端；所述可控矽SCR1的陽極與所述全橋整流電路1的正極輸出相連，其陰極與所述開關開態供電電路中的二極體D5正極相連；所述可控矽觸發電路包括一個可控矽SCR2和兩個電阻R1、R2，所述可控矽的正極與電阻R1一端相連，負極與電阻R2一端相連；所述電阻R1另一端連接全橋整流電路1的正極輸出，所述電阻R2的另一端接地；所述感應開關的信號處理及輸出電路包括，一個感應開關模塊U1，兩個電阻R4、R5，一個二極體D2，所述感應開關模塊U1的正極與所述開關斷態供電電路中的二極體D1的負極相連，其負極接地，其輸出端通過電阻R5與所述二極體D2正極相連，所述二極體D2負極與所述電阻R4一端相連，所述電阻R4另一端接地；所述消防集控電路包括一個光電耦U2、一個二極體D3、一個電容C2和兩個電阻R6、R7，所述光電耦U2包含控制極A、K和輸出極C、E，所述控制極A連接所述電阻R6的一端，所述輸出極C連接所述感應開關的信號處理及輸出電路中的感應開關模塊U1的正極，輸出極E連接所述電容C2的一極以及所述二極體D3的正極，所述電容C2的另一極接地，所述二極體D3的負極通過所述電阻R7與所述感應開關的信號處理及輸出電路中的二極體D2的負極相連。
當感應控制線路無信號輸出時，主可控矽SCR1及其觸發電路部分均處於斷態，市電正半波通過R3、D1並經Z1的穩壓向C1充電，從而保證感應控制線路監控狀態的所需供電，R3取值較大，在開關斷態時，流經負載的電流只有數十微安，所以不會對負載造成影響。
主可控矽SCR1的觸發電路及通態時的供電電路當感應模塊接收到外界信號，加以處理後輸出高電平然後通過限流電阻R5、D2從而觸發SCR2導通，SCR2導通後經過R1、R2的分壓會在很短的時間內在R2上形成一個脈衝電壓觸發主可控矽SCR1導通，SCR1導通後，串接在其下面的功率整流二極體D5、D6上便獲得1V左右的電壓，此電壓經過小值限流電阻R8然後進入升壓線路進行升壓處理(升壓集成電路U3採用理光公司的RH5RH，其與C3、L1、D7、C4組成調頻調寬開關穩壓式升壓電路)，升壓後的電壓經D4導入電源Vcc端，此升壓電路輸出能力較強，可達數十毫安級，可確保控制電路的供電。
消防集控電路消防集控端X平時並不接入消防火線(但L和LOAD必須保證正常連接)，當有緊急情況需要強制照明時，則把X端接入消防火線，經過限流電阻R1、U1、燈線端(H點位置)以及負載然後再通往零線形成迴路，使光電耦合器導通，從而電源電壓Vcc通過U1、C1、D2、R4、R6及SCR2形成迴路對SCR2進行觸發導通，從而使主可控矽SCR1導通，SCR1導通以後，因有前面所述的開關通態供電電路，可保證直流電源電壓Vcc的穩定。
但SCR1導通以後，由於燈線端(H點位置)的電位與X端(消防火線)以及L端(火線)的電位基本相同，因此R1、U1、H點、LOAD已不能再形成導通迴路，這將導致U1的關斷，這就意味著電源電壓Vcc將不能再對SCR2形成觸發迴路，也將導致SCR1無法正常導通，從而使負載無法正常工作。但由於在U1後端加入儲能電容C1，從而確保了U1關斷期間的觸發SCR2的正常供電，當C1上電能耗盡使SCR2以及SCR1關斷的瞬間，因H點電位又重新為零，則消防觸發迴路又接通，Vcc則繼續對C1進行充電並觸發SCR2及SCR1導通。由於儲能電容C1的電量從耗盡到再充滿的過程非常短暫(C1取值較小)，可控矽SCR1基本上處於全周期導通狀態，從而可保證負載的正常供電。
權利要求1.一種帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路包括一個全橋整流電路(1)，一個與所述全橋整流電路輸出端相連的可控矽(SCR1)，一個感應開關的信號處理及輸出電路(2)，一個開關斷態供電電路(3)，一個與可控矽(SCR1)控制端相連的可控矽觸發電路(4)，其特徵在於還包括一個開關通態供電電路(5)，一個消防集控電路(6)。
2.根據權利要求1所述的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路，其特徵在於所述開關斷態供電電路包括一個電阻(R3)，一個二極體(D1)和一個穩壓管(Z1)，所述電阻(R3)一端與所述二極體(D1)正極相連，另一端與全橋整流電路的正極輸出端相連，所述二極體(D1)負極與所述穩壓管(Z1)的負極相連，所述穩壓管(Z1)的正極接地；所述可控矽(SCR1)的陽極與所述全橋整流電路(1)的正極輸出相連，其陰極與全橋整流電路(1)的負極輸出相連；所述第一可控矽觸發電路包括一個穩壓管(Z2)、一個可控矽(SCR2)和兩個電阻(R1)、(R2)，所述可控矽(SCR2)的陽極與電阻(R1)一端相連，陰極與電阻(R2)一端相連，其陰極還與所述穩壓管(Z2)的負極相連；所述電阻(R1)另一端連接全橋整流電路的正極輸出，所述電阻(R2)的另一端接地；所述穩壓管(Z2)的正極與可控矽(SCR1)的控制端相連；所述開關開態供電電路包括一個二極體(D4)，和一個電容(C1)，所述二極體(D4)負極與所述電容(C1)的一極相連，正極與可控矽觸發電路中的穩壓管(Z2)的負極相連，所述電容(C1)負極接地；所述感應開關的信號處理及輸出電路包括，一個感應開關模塊(U1)，兩個電阻(R4)、(R5)，一個二極體(D2)，所述感應開關模塊(U1)的正極與所述開關斷態供電電路中的二極體(D1)的負極相連，其負極接地，其輸出端通過電阻(R5)與所述二極體(D2)正極相連，所述二極體(D2)負極與所述電阻(R4)一端相連，所述電阻(R4)另一端與所述感應開關模塊(U1)的負極相連；所述消防集控電路包括一個光電耦(U2)、一個二極體(D3)、一個電容(C2)和兩個電阻(R6)、(R7)，所述光電耦(U2)包含控制極(A)、(K)和輸出極(C)、(E)，所述控制極A連接所述電阻(R6)的一端，所述輸出極(C)連接所述感應開關的信號處理及輸出電路中的感應開關模塊(U1)的正極輸入，輸出極(E)連接所述電容(C2)的一極以及所述二極體(D3)的正極，所述電容(C2)的另一極接地，所述二極體(D3)的負極通過所述電阻(R7)與所述感應開關的信號處理及輸出電路中的二極體(D2)的負極相連。
3.根據權利要求1所述的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路，其特徵在於所述開關斷態供電電路包括一個電阻(R3)，一個二極體(D1)和一個穩壓管(Z1)，所述電阻(R3)一端與所述二極體(D1)正極相連，另一端與全橋整流電路的正極輸出端相連，所述二極體(D1)負極與所述穩壓管(Z1)的負極相連，所述穩壓管(Z1)的正極接地；所述開關開態供電電路包括四個二極體(D4)、(D5)、(D6)、(D7)，三個電容(C1)、(C3)、(C4)，一個電阻(R8)，一個電感(L1)和一個升壓集成電路(U3)，所述升壓集成電路(U3)包括輸入端(Lx)，輸出端(OUT)和接地端(Gnd)，其中輸入端(Lx)與所述電感(L1)的一端以及二極體(D7)的正極相連，輸出端(OUT)與電容(C4)的一極以及二極體(D4)的正極、(D7)的負極相連，接地端(Gnd)接地，二極體(D5)的正極與電阻(R8)的一端相連，負極與二極體(D6)的正極相連，(D6)的負極接地；電阻(R8)的另一端與電容(C3)的一極相連，電容(C3)的另一極接地；所述電感的另一端連接電阻(R8)另一端；所述可控矽(SCR1)的陽極與所述全橋整流電路(1)的正極輸出相連，其陰極與所述開關開態供電電路中的二極體(D5)正極相連；所述可控矽觸發電路包括一個可控矽(SCR2)和兩個電阻(R1)、(R2)，所述可控矽的正極與電阻(R1)一端相連，負極與電阻(R2)一端相連；所述電阻(R1)另一端連接全橋整流電路(1)的正極輸出，所述電阻(R2)的另一端接地；所述感應開關的信號處理及輸出電路包括，一個感應開關模塊(U1)，兩個電阻(R4)、(R5)，一個二極體(D2)，所述感應開關模塊(U1)的正極與所述開關斷態供電電路中的二極體(D1)的負極相連，其負極接地，其輸出端通過電阻(R5)與所述二極體(D2)正極相連，所述二極體(D2)負極與所述電阻(R4)一端相連，所述電阻(R4)另一端接地；所述消防集控電路包括一個光電耦(U2)、一個二極體(D3)、一個電容(C2)和兩個電阻(R6)、(R7)，所述光電耦(U2)包含控制極(A)、(K)和輸出極(C)、(E)，所述控制極(A)連接所述電阻(R6)的一端，所述輸出極(C)連接所述感應開關的信號處理及輸出電路中的感應開關模塊(U1)的正極，輸出極(E)連接所述電容(C2)的一極以及所述二極體(D3)的正極，所述電容(C2)的另一極接地，所述二極體(D3)的負極通過所述電阻(R7)與所述感應開關的信號處理及輸出電路中的二極體(D2)的負極相連。
專利摘要一種帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路包括一個全橋整流電路(1)，一個與全橋整流電路(1)輸出端相連的可控矽(SCR1)，一個感應開關的信號處理及輸出電路(2)，一個開關斷態供電電路(3)，一個與可控矽(SCR1)控制端相連的可控矽觸發電路(4)，一個開關通態供電電路(5)和一個消防集控電路(6)。本實用新型的帶消防控制功能的通用單極性感應開關電路無論處於通態還是斷態，其控制線路均能正常工作；整體線路用橋式整流與控制線路採用同一市電電源，可實現同步觸發，從而最大限度地保證了可控矽的全周期導通，使負載獲得基本上接近市電的電源供應。
文檔編號H03K17/94GK2802847SQ20052000077
公開日2006年8月2日 申請日期2005年1月14日 優先權日2005年1月14日
發明者劉劍 申請人:劉劍