CN2313333Y

CN2313333Y - 触摸式渐启闭电子开关

Info

Publication number: CN2313333Y
Application number: CN 97218566
Authority: CN
Inventors: 成爱林
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1997-06-27
Filing date: 1997-06-27
Publication date: 1999-04-07
Anticipated expiration: 2007-06-27

Abstract

本实用新型涉及电子开关,包括面板5、后盖7和线路板6,其特征是线路板6中的电路依次连接为电容降压式半波整流电路1,触摸开关电路2,R_C延时电源3和两极放大的射极输出电流触发BCR电路4负载L3连接在交流电源的N端与BCR的第一阳极之间。它具有结构简单、成本较低、触摸式渐启闭无触点控制不打火,节省电,无干扰谐波可提高开关本身和用电器使用寿命等诸多优点。

Description

触模式渐启闭电子开关

本实用新型涉及电子开关技术，国际专利分类号拟为HO3K17/00。

目前的电源开关一般使用机械式(簧式)开关。它的主要缺点是：结构较复杂，不可避免的反复使用容易损坏，开关状态不直观等。随着电子技术的发展，人们研究出不少非簧式的触摸式电子开关，如中国专利89221414、91228701、92214935、94205662和94237774等。它们虽结构较为简单，克服了簧式开关启闭时的“打火”现象和声响等，但仍未解决或说仍然存在着簧式开关固有的因启闭突然、瞬时通断电源而产生的巨大瞬时冲击电压或冲击电流(如照明开关瞬时冲击电流可达正常值的14倍)，造成开关本身和用电器电子元件受损的重大缺陷。另一方面，这种突启闭式开关作为照明特别是家用照明开关时，由于电源的突然点亮或消失的速度远大于(约两个数量级)人眼对光强突然变化自动调节的适应范围，因而对人眼是一种不良刺激或损害，并且这种损害或不良刺激是人们居家用电照明每日都要被迫接受的。这个重大缺陷是机械式开关本身固有的、无法克服的，而现有的触摸式电子开关也未能解决甚至设意识到需要解决的问题。

美国专利US5309084号报道一种称为“软启闭电子开关”(ELECTRONIC SWITCH WITH ON/OFF FADING)的技术，试图解决这一问题。它用桥式整流电源作为同步电压，采用包络自适应快速停息同步电压积分器和脉冲电量积分器组成的非线性相控电路来实现软启闭(即渐启闭)功能。但遗憾的是，它除仍然采用了机械式(簧式)开关作为电源的通断手段，必然存在着上述一些缺点外，还因电路以脉冲方式工作，暂态过程(约10秒)产生干扰谐波。再有该控制电路亦用高压电源，其强弱电之间隔离作用较差，易损坏电子元件，开关的耐用性值得怀疑。

本实用新型是针对上述现有技术的不足，设计出一种新式电子开关，称之为触摸式渐启闭电子开关，其目的是：

1．用触摸式电源通断方式取代机械式电源通断方式，以简化结构，提高使用寿命；

2．用渐启闭过程取代突启闭过程，以减小冲击电压或电流，进而提高开关和用电器的使用寿命。将其用于照明开关时，有利于人眼卫生，并延长灯泡寿命，使用安全；

3．强化强弱电之间的隔离作用，以提高元器件的使用寿命；

4．控制电路不产生干扰谐波，对环境无污染。

本实用新型的目的是如下实现的：设计一种触摸式渐启闭电子开关，括线面板5、后盖7和线路板6，其特征是线路板6中的电路连接依次为：电源电路1、触摸开关电路2、延时电路3和执行电路4；所述的电源电路1为电容降压式半波整流电路1，其组成连接是电容C₁并电阻R₁后，一端接交流220伏电源的N端，另一端接稳压管2CW的负端，稳压管2CW的正端则接电源的L端；由稳压管2CW的负端接二极管D的正端，再接电容C₂的正端后，回电源的L端；延时电路3为RC延时电路3，其是由电阻R₆、R₇和电容C₃组成的T形网络，其中R₆的一端与触摸电路2相连；R₇的一端与执行电路4相连；执行电路4为两级放大的射极输出电流触发双向可控硅BCR电路4，其连接组成是与RC延时电路3相接的三极管T₅的射极接电阻R₈后回电源的L端，两者连接处再接三极管T₆的基极，其射极串电阻R₉后接双向可控硅BCR的控制极，三极管T₅、T₆的集电极均接电源的N端，双向可控硅BCR的第一阳极与交流电源的N端之间串接负载L₃；第二阳极则接电源的L端，双向可控硅BCR两阳极间还并接有串连的指示灯L2和电阻R₁₀；负载L₃连接在交流电源的N端与双向可控硅BCR的第一阳极之间；触摸点A、B或P嵌接在面板(5)上；

所述的触摸开关电路2为双稳态电路2，具体组成和连接方式是开启触摸端A接电阻R₂连三极管T₁基极，三极管T₁射极接电源L端，集电极接电阻R₄和三极管T₄的基极，电阻R₄的另一端和三极管T₄射极均接电源的N端；三极管T₄的集电极接电阻R₅和R₆并经电阻R₆的另一端接入延时电路3，电阻R₅的另一端则接三极管T₂的基极和三极管T₃的集电极；三极管T₂的集电极接电阻R₄，射极则接指示L₁的正端，L₁的负端接电源的L端，三极管T₃的射极接电源L端，基极则经电阻R₃接关闭触摸点B；或所述的触摸式开关电路2为三极电流放大对电容C_E充电电路2，具体组成和连接方式是触摸开关触摸端P接电阻R_P连三极管T_P基极，三极管T_P射极则接电源L端，其集电极接电阻R_N和三极管T_N的基极；电阻R_N的另一端和三极管T_N的射极接电源N端，而三极管T_N的集电极接电阻R_M和三极管T_M的基极；电阻R_M的另一端接电源L端，三极管T_M的射极串接电阻R_E后，一支路接电容C_E的正极后接电源L端；另一支路接电阻R₆。

本实用新型电源电路采用了电容降压式半波整流电路1，具有结构简单、不耗电等优点；用触摸式开关电路工来取代机械式(簧式)开关，启闭灵敏；适宜匹配的RC延时电路3和两级放大的射极输出电流触发双向可控硅BCR电路4的设计，可有效地减小电源通断瞬时的冲击电压或冲击电流，使启闭电源形成渐变过程，从而克服了突变式电源开关带来的诸多弊病(如光强弱突变给人眼带来不良刺激或损害等)，提高了开关本身和相应用电器的使用寿命(如用做灯泡开关时，可提高其寿命10倍)；同时由于执行电路4采用了两级放大的射极输出电流触发双向可控硅BCR电路4，既可使其前的RC延时电路3工作更为有效，又可使输出电阻增大，从而达到强化主控电路(即强弱电)之间的隔离作用，防止电子元件的损坏。再有，本实用新型采用直流电源触发双向可控硅BCR的方式做控制电路，不会产生干扰谐波，不会污染环境。另外，本实用新型设计了两个不同颜色的发光二极管L2和L1分别安装在面板5的启闭触摸端A、B之内(当然也可以按装在其他位置)，触摸动作前后，可直接显示出电源的启闭状态，而当两者都不发光时，则表明停电或断电。这也是一般开关所不具备的直观显示功能。

下面结合实施例及其附图详述本实用实型：

图1为本实用新型触摸式渐启闭普通开关线路组成示意图；

图2为本实用新型触摸式渐启闭延时开关线路组成示意图：

图3为本实用新型触摸式渐启闭普通开关的外观结构示意图；

延时开关仅有一个触摸点P，因而在面板5的外观上去除一个开孔且开孔位置居中即可，其余结构与普通开关外观结构均同；

图4为本实用新型的电路原理框图。

本实用新型的电源电路1，采用的是电容降压式半波整流电路1(参照图1)。它的具体设计是：电容C₁并电阻R₁后，一端接交流220伏电源的N端，另一端接稳压管2CW的负端，稳压管2CW的正端则接电源的L端；由稳压管2CW的负端接二极管D的正端，再接电容C₂的正端后，回电源的L端。交流220伏经电容C₁降压、稳压管2CW限幅稳压后，输出电压存贮在电容C₂中，电容C₂的两端电压即为输出直流电源电压，设计参数为7-15伏。这一电压经串接的电阻R₄，三极管T₁、电阻R₂降压后到开启触摸点A和经串接的电阻R₄、三极管T₂、T₃和电阻R₃降压后，到关闭触摸点B电压已很小，使用开关即触摸点A、B是十分安全的，且因直流控制，也不产生干扰谐波，不污染环境，整个电源电路既简单又不耗电；控制电路电源采用低压直流电源可避免损坏电子元件，也加强了主控电路之间的隔离。

本实用新型的延时电路3采用RC延时电路3，其由电阻R₆、R₇和电容C₃组成的T形网络构成。电阻R₆一端接触摸开关电路2中的电阻R₅，另一端接电阻R₇后接入执行电路4中的三极管T₅的基极；电阻R₆、R₇连接处引线接电容C₃的正端。电容C₃的负端则接电源的L端。由于电容C₃的充放电需要时间，因而经电阻R₇输入到执行电路4的时间延迟，从而造成执行动作的延缓，达到渐启、渐闭的目的。T形延时网络中的电容C₃参数为1μ-10μ。这一参数为独特设计。与延时电路3相接的是两级放大的射极输出电流触发双向可控硅BCR执行电路4，具体设计是：与RC延时电路3相接的三极管T₆的基极，其射极串电阻R₉后接双向可控硅BCR的控制极，三极管T₅、T₆的集电极均接电源的N端，双向可控硅BCR的第一阳极与交流电源的N端之间串接负载L₃；第二阳极则接电源的L端，双向可控硅BCR两阳极间还并接有串连的指示灯L₂(发光二极管L₂)和电阻R₁₀。上述电路中的T₅、T₆构成两级放大的射极电流输出，T₅为射极电压输出，T₆则为射极电流输出。这种电路设计触发灵敏，准确可靠，克服了现有技术的不足，使本实用新型电子开关工作性能稳定提高。

本实用新型的触摸开关电路2根据实际功能需要可分别相应设计，构成触摸式渐启闭电子开关系列。实施例1(参见图1)给出的是为普通开关使用的双稳态电路2。具体设计是开启触摸端A接电阻R₂连三极管T₁基极，三极管T₁射极接电源L端，集电极接电阻R₄和三极管T₄的基板，电阻R₄的另一端和三极管T₄射极均接电源的N端；三极管T₄的集电极接电阻R₅和R₆并经电阻R₆的另一端接入延时电路3，电阻R₅的另一端则接三极管T₂的基极和三极管T₃的集电极；三极管T₂的集电极接电阻R₄，射极则接指示灯(发光二极管)L₁的正端，L₁的负端接电源的L端；三极管T₃的射极接电源L端，基极则经电阻R₃接关闭触摸点B。

所设计的触摸开关电路2的工作原则和过程是：当要开启电源时，用手触摸开启触摸点A(参照图1、图3)，信号经电阻R₂输入三极管T₁的基极，电路进入正反馈过程，用流程表示为(此处电流I的角码b、c分别代表三极管的基极、集电极，数字代表三极管的标号，如I_b1表示三极管T₁的基极电流，余类推)：

这一正反馈过程会使三极管T₂、T₄迅速进入持续导通状态。于是，三极管T₂射极使指示灯L₁点亮，标志电源进入渐开启状态，指示灯L₁也指示了关闭触摸端B的位置；同时三极管T₄的导通又为延时电路3和执行电路4提供触发信号源。

当用手触摸关闭触摸端B时，电路也处于正反馈过程，用流程图表示为：

这一正反馈过程会使三极管T₂、T₄迅速截止。于是，因三极管T₂截止，指示灯L₁熄灭，标志着电路已进入渐关闭状态；三极管T₄的截止切断了对电容C₃的继续充电，进而使执行电路4因缺少触发信号而进入渐关闭过程。

这种触摸开关电路2的设计，还可使本实用新型普通开关具有“自锁”功能，即在开关处于工作(开着)状态下突然断电后再来电，开关自动处于关闭锁定状态。其原理由前述正反馈流程图可以得知：当突然断电后，正反馈即被打破，先去原触发信号，开关自然关闭；当再次来电后，正反馈过程因没有触发信号(I_b1)仍然不会形成。但指示灯L₂点亮，提示人们电已来，可开启开关。断电自锁功能的好处在于：1．节约电能；常规开关没有开关状态直接显示功能很难保证断电后开关处于关闭状态；来电后，用电器即行工作(如灯亮、电视打开等)，在无人情况下造成用电浪费；2．保护电表：如果断电后不能即时关闭所有用电器的开关，来电时，所有用电器届时同时启动，瞬时会产生巨大的启动冲击电流，可能有损于家用电表。

实施例2(参见图2)是为具有延时功能的触摸式渐启闭电子开关而设计的，其电源电路1、延时电路3和执行电路4均与实施例1给出的普通开关相同，仅是在触摸开关电路2部分有所调整：触摸开关端P(因延时开关是自动关闭的，只需一个触摸端即可)接电阻R_P连三极管T_P基极，三极管T_P射极则接电源L端(这部分与实施例1中的开启触摸端A至三极管T₁部分也一样)，其集电极接电阻R_N和三极管T_N基极；电阻R_N的另一端和三极管T_N的射极接电源N端，而三极管T_N的集电极接电阻R_M和三极管T_M的基极；电阻R_M的另一端接电源L端，三极管T_M的射极串接电阻R_E后，一支路接电容C_E的正极后接电源L端，另一支路接电阻R₆，以使触发信号送入延时电路3。

这一电路设计的工作原理和过程是：当手触开关端P时，电路的工作流程为：

开启信号经三极管T_P、T_N、T_M三级电流放大，在三极管T_M的射极会输出足够大的电流，经电阻R_E对电容C_E快速充电。触摸结束，C_E的充电也完成，这时电容C_E上的电压已足够作为后续电路的触发信号源。

实施例1和2两种不同的触发开关电路2设计，均具有结构简单，触发灵敏(仅用约0.1秒时间触摸即可使本设计电路工作)、动作可靠的优点。

无论是实施例1，还是实施例2，其触摸开关信号均经电阻R₆进入延时电路3以产生渐启闭信号过程，并把触发信号送入执行电路4以实现这一功能。执行电路4中的三极管的T₅为射极电压输出，三极管T₆为射极电流输出。当触摸开启开关(实例1中的A点，实施例2中P点)后，实施例1中的三极管T₄迅速导通或实施例2中的C_E快速充电；经电阻R₆又向电容C₃充电；电容C₃的电压逐渐上升，使三极管T₅的基极电位逐渐上升，三极管T₆的射极电流逐渐上升，进而使双向可控硅BCR的触发电流逐渐上升，导通程度逐渐增强，实现本实用新型的渐开启作用。当用白炽灯作实验时，这一渐开启过程约2秒钟。当触摸关闭开关(实施例1中的B点)后，实施例1中的三极管T₄迅速截止，不再向电容C₃充电，C₃上的电压逐渐下降，三极管T₅的基板电位也逐渐下降，三极管T₆的射极电流随之逐斩下降，进而使双向可控硅BCR的触发电流逐渐下降，导通程度逐渐减弱，直至截止，实现本实用新型的渐关闭作用。当用作白炽灯开关时，这一渐关闭过程设置30秒钟左右。渐启闭过程时间长短可根据实际用途需要设计。例如前述实施例1的白炽灯实验中，渐开启过程约2秒，考虑到用灯的急需。2秒钟时间比突启闭开关开启灯的时间虽稍长，但人的感觉上并不明显；而其渐关闭过程设计约30秒，是使灯有一延时照明的过程，一是便于人眼由光亮到突暗的适应，有益眼卫生；二是可使人在渐弱的光线下，完成必要的动作(如从书房走到起居室，或从起居室进入卧室等)，而不会在人眼本已不适应的忧况下摸黑完成。这是渐启闭开关的最大好处而常规开关无法作到和无法比拟的。对于实施例2的延时开关来说，则不必再触摸关闭开关(图2中仅一个开启触摸端P点)，它仅依靠触摸开启端P时对电容CE的迅速充电，经延时电路3和执行电路4实现渐开启过程(前已述)；当触模结束后，电容C_E不再充电而是逐渐放电，进而经延时电路3和执行电路4实现渐关闭过程。实验的楼道灯用延时开关渐关闭过程设置为3分钟左右，依据是楼道灯在这一时间里人们上下楼已足够用。当然这一时间的长短可依据实际需要设置或设计成专用开关(如门厅灯开关，厕所灯开关，床头灯开关等)。

实施例1的指示灯L₂接通电源后即点燃，以指示有电且处于关闭状态。当触摸开启端A点时，指示灯L₂即熄灭，指示灯L₁则点亮，表示渐开启开关已打开；相反，当触摸关闭端B点时，指示灯L₁应熄灭，表示渐关闭动作已开始。当渐关闭过程完成后，指示灯L₂重新点亮，以示再用。指示灯L₁、L₂采用不同颜色以便于区分。实施例2只有指标灯L2关断时点亮，开启后熄灭，更为简单。这种指示灯直接表示开关工作状态的显示功能也是常规开关所没有的。

计算和实验表明，使用本实用新型普通开关可使白炽灯使用寿命延长10倍，同时节省电能；使用本实用新型延时开关比一般突启闭式的开关不但节约电能1/4以上，同时可延长白炽灯的使用寿命。本实用新型电子开关电路不产生干扰谐波，对环境无污染，并且白炽灯和荧光灯均可适用，因而推广使用本实用新型技术具有良好的经济和社会效益。

Claims

1．一种触摸式渐启闭电子开关，包括面板(5)、后盖(7)和线路板(6)，其特征是线路板(6)中的电路连接依次为：电源电路(1)、触摸开关电路(2)、延时电路(3)和执行电路(4)；所述的电源电路(1)为电容降压式半波整流电路(1)，其组成连接是电容C₁并电阻R₁后，一端接交流220伏电源的N端，另一端接稳压管2CW的负端，稳压管2CW的正端则接电源的L端；由稳压管2CW的负端接二极管D的正端，再接电容C₂的正端后，回电源的L端；延时电路(3)为RC延时电路(3)，其是由电阻R₆、R₇和电容C₃组成的T形网络，其中R₆的一端与触摸电路(2)相连；R₇的一端与执行电路4相连，执行电路(4)为两级放大的射极输出电流触发双向可控硅BCR电路(4)，其连接组成是与RC延时电路(3)相接的三极管T₅的射极接电阻R₈后回电源的L端，两者连接处再接三级管T₆的基极，其射极串电阻R₉后接双向可控硅BCR的控制极，三极管T₅、T₆的集电极均接电源的N端，双向可控硅BCR的第一阳极与交流电源的N端之间串接负载L₃；第二阳极则接电源的L端，双向可控硅BCR两阳极间还并接有串连的指示灯L₂和电阻R₁₀；负载L₃连接在交流电源的N端与双向可控硅BCR的第一阳极之间；触摸点A、B或P嵌接在面板(5)上；

所述的触摸开关电路(2)为双稳态电路(2)，具体组成和连接方式是开启触摸端A接电阻R₂连三极管T₁基极，三极管T₁射极接电源L端，集电极接电阻R₄和三极管T₄的基极，电阻R₄的另一端和三极管T₄射极均接电源的N端；三极管T₄的集电极接电阻R₅和R₆并经电阻R₆的另一端接入延时电路(3)，电阻R₅的另一端则接三极管T₂的基极和三极管T₃的集电极；三极管T₂的集电极接电阻R₄，射极则接指示L₁的正端，L₁的负端接电源的L端，三极管T₃的射极接电源L端，基极则经电阻R₃接关闭触摸点B；或所述的触摸式开关电路(2)为三极电流放大对电容C_E充电电路(2)，具体组成和连接方式是触摸开关触摸端P接电阻R_P连三极管T_P基极，三极管T_P射极则接电源L端，其集电极接电阻R_N和三极管T_N的基极；电阻R_N的另一端和三极管T_N的射极接电源N端，而三极管T_N的集电极接电阻R_M和三极管T_M的基极；电阻R_M的另一端接电源L端，三极管T_M的射极串接电阻R_E后，一支路接电容C_E的正极后接电源L端；另一支路接电阻R₆。

2．根据权利要求1所述的触摸式渐启闭电子开关，其特点是所述的电容降压式半波整流电路(1)的输出电压为直流7-15伏。

3．根据权利要求1、2中任一项所述的触摸式渐启闭电子开关，其特征是所述的RC延时电路(3)中的电容C₃的参数为1μ-10μ。