CN2494099Y - 稳压式多路灯光程控开关 - Google Patents

Abstract

本实用新型是一种稳压式多路灯光程控开关,其电路组成包括电容降压式直流电源,转换状态信号,二位程控状态减计数器及译码,双向可控硅及选通触发,其中电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源,其中,双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式,其触发角α受控于电源电压。本实用新型具有稳压特性好、多路输出、结构简单和成本低等优点。

Description

稳压式多路灯光程控开关

                                    技术领域

本实用新型涉及开关领域，特别是一种稳压式多路灯光程控开关。

                                    背景技术

生产吊灯灯光控制开关的厂家较多，就使用的开关元件(可控硅或继电器)划分，典型的有胜球牌“高效电子控制专用开关”和华艺牌“高效电脑控制器”，其电路分别如图3、4所示。

由于大多数吊灯都是吸顶式装配，安装于吸顶罩内的控制开关，要求其体积很小，尤其是厚度必须很薄(＜20mm)，因而无一例外的采用了电容降压方式为控制电路提供电源。在电路中，电源最主要消耗在开关元件(双向可控硅的控制极电流或继电器工作电流)上。由于图3所示电路结构只能采用半波整流，为同时触发两只可控硅，降压电容C31用到1.5μF，即便如此，所能提供的平均电流也不过50mA，而小型双向可控硅最大直流控制极触发电流IGT(12V 25℃不含III+触发方式，“III+”及其它触发方式的意义，请见注解说明)就可达50mA，使用效果表明，要使图3所采用的直流且为I+、III+触发方式的可控硅可靠触发，降压电容还须加大，结果可控硅无触点、体积小的优点，因电容C31大的体积而不复存在。作为图3的改进型，在图4中开关元件使用微型继电器，由于电源可以采用全波整流，降压电容C41容量减小近一半，但微型继电器有触点，而且体积较大。

由于上述原因，也由于控制开关的体积限制，目前这类名为三路输出的控制开关，实际上都只有两个开关元件可以控制，这样当控制白炽灯数较多(比如8只以上)时，就很难满足使用者对灯光亮度的不同需求。

                                    发明内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构新颖、实用性强的稳压式多路灯光程控开关，该开关以不增大体积为前提，控制三个(或以上)开关元件，实现真正的多路输出；对于多只白炽灯泡同时工作的吊灯，使其工作电压稳定在额定电压之内。稳压特性能延长白炽灯泡的使用寿命，也能避免开灯瞬间灯泡更容易烧毁的现象发生，在电源电压较高时尤为实用。

本实用新型解决技术问题时是这样实现的：其电路组成包括电容降压式直流电源，转换状态信号，二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发；还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源，其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。

上述移相器受控于电源电压。若输入电压低于210V，负半周触发脉冲与负半周零点检测电路输出同步(触发角α＝0)；当输入电压在210V-245V之间，负半周触发角α受控于输入电压，输入电压越高，触发角α越大(使输出电压保持在210V左右)；当输入电压大于245V后，触发角α固定不变；而正半周触发脉冲由一个相对负半周触发脉冲延时10mS(电网频率为50Hz)的延时器产生。

本实用新型与现有技术相比具有如下主要优点：

一是实现了真正的多路输出，能分别或同时控制三路灯光，满足使用者在不同条件下对灯光亮度的不同需求；合理地控制灯光亮度，也有利于省电，节约开支。

二是稳压特性可延长白炽灯泡的使用寿命，也能避免开灯瞬间灯泡更容易烧毁(P＝U*U/R、灯泡的热冷电阻比约为15)的现象发生，这对于多只白炽灯泡同时工作或者电源电压较高时尤为实用。

三是体积小，这是由于可控硅体积小，而脉冲触发方式又使降压电容可以很小的缘故。

四是结构简单，成本低廉，便于生产和推广。

                                附图说明

图1是本实用新型电路原理方框图。

图2是图1的具体电路原理图。

图3是胜球牌“高效电子控制专用开关”电路原理图。

图4是华艺牌“高效电脑控制器”电路原理图。

                                    具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

如图1所示，本实用新型的电路原理方框组成包括：电容降压式负直流电源、转换状态信号(计数脉冲)、二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发；所述的电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、受控于电源电压的移相器、10mS延时器、负触发脉冲源形成电路。其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。

如图2所示，本实用新型的具体电路如下：

图中集成电路U1(U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F)是六施密特触发器40106(或反相器4069、14069)等，U2(U2A、U2B)是4013双D触发器。它们具有功耗小、抗干扰能力强、价格低廉等特点。

电容降压式负直流电源：可由电容C1、C2、二级管D1、D2及稳压管DW1组成。D1是电源负半周整流二极管，D2为电源正半周C1的泄放通路，由于C1很小，为快速建立电压，C2取值较小为宣(直流电压稳定为前提)，直流电源取自C2负极。(为了方便，在以下对高低电平的叙述，均采用正逻辑。)

电源电压幅度及负半周零点检测：可由R1、R2、R3、D3、D4、C4、C10、稳压管DW2和集成电路U1的U1A组成。在电源正半周D3导通，VC4(电容C4上的电压，以下同)正比于电源电压；负半周C4通过R2缓慢(R7可忽略，而时间常数R2*C4＞＞20mS)放电：因此，VC4可视为电源电压幅度检测结果。而负半周零点检测则是：D4负半周导通，电源电压使U1A输入端快速(R3＞＞R1、DW2为限幅稳压管、)达到下限阈值而输出高电平，其上升沿与负半周零点相对应；正半周D4截止，C10通过R3放电直到U1A上限阈值而输出低电平。由于C10的作用，U1A输出矩形波占空比大于50％。电路连接关系是：R1一端接交流电源电压，另一端与D3正极、D4负极相连，U1A脚1接D4正极、DW2正极、R3和C10的一端，D3负极接C4正极、R2一端，R2、R3和C10另一端、C4和DW2负极都接负直流电源公共端。

受控移相器电路：可由R7、R8、R9、C7、可调电阻W1、三极管Q1及集成电路U1的U1B、U1C组成。电源电压幅度检测值+VC4和负直流电源经过R7、W1相加，其结果作为控制电压通过R8加到Q1的基极，使Q1受控于电源电压幅度而工作于饱和、放大、截止等状态，其实质是一个受控的可变电阻。从U1A输出上升沿开始经Q1与R9并联之等效电阻对C7充电，当VC7达到U1B上限阈值，U1C对应输出上升沿(称U1A上升沿到U1C上升沿为相移或触发角α)；而对C7充电直到U1A输出下跳沿为止，此后VC7通过R9(此时Q1反向截止)放电到U1B下限阈值，U1C输出下跳沿。在一个周期中，U1C上升沿的到来决定于Q1与R9并联之等数电阻与C7之积，而下跳沿仅由时间常数R9*C7决定。

其电路连接关系是：R7一端接C4正极、W1一端接负电源，它们的另一端接R8并经R8接Q1基极，Q1发射极、R9并接于U1A脚2，Q1集电极接R9另一端、U1B脚3、C7一端，U1C脚5接U1B的脚4，U1C脚6接微分电容C8一端及C7另一端。

10mS延时器：可由C6、可调电阻W2及集成电路U1的U1D、U1E构成。为了不影响移相器工作，延时器的输入信号没有从U1C引出，而是专门经过U1E引出。当U1E输出上升沿到来时，U1D输出对应下跳沿；与此同时，U1E对C6通过W2充电，调节W2使U1D输入降到下限阈值时正好10mS，U1D对应上升沿输出，完成10mS延时；而U1E对C6充电一直到其下跳沿到来时迅速放电。由此可知，虽然U1D上升沿相对U1E上升沿延时10mS决定于C6*W2，但U1E输出宽度必须≥10mS。电路连接关系是：U1E脚11接U1B脚4，U1E脚10接C6一端，C6另一端接U1D脚9和W2，U1D脚8接微分电容C9一端。

负触发脉冲源形成：可由C8、C9、D6、D7、D8、D9、R10及三极管Q2构成。其中C8、C9是微分电容，分别在U1C、U1D上升沿来时，产生微分尖脉冲并通过D7(D6)、R10使作为负电源开关的Q2饱和导通，形成负脉冲触发源；U1C、U1D下跳沿到时，C8、C9通过D9、D8迅速放电，周而复始。

其电路连接关系是：C8一端与U1C脚6相连，另一端与D9负极、D7正极相接，C9一端与U1D脚8相连，另一端与D8负极、D6正极相接，D8、D9正极、Q2发射极接负电源，D6、D7负极经R10接Q2基极，Q2集电极作为脉冲源输出与三极管Q3、Q4、Q5发射极相连。

转换状态信号(计数脉冲)：可由R4、R5、C3、D5及集成电路U1的U1F产生。正常情况下，对应U1A的一个矩型波周期，C3有一次充电与放电，由于D5的作用，充电时间常数小于放电时间常数，即充得快、放得慢，只要VC3一旦达到U1F上限阀值后，输出就保持低电平，此举有利于抗干扰。当要转换状态时，关断电源开关，U1A因此输出并保持低电平，VC3通过R5、R4放电至U1F下限阈值，U1F输出上升沿，此上升沿使计数器(D触发器)翻转；重新合上电源开关，U1F输出低电平，直到下次转换状态。在电源开关断合期间，VC2充当电源，微分电路使得Q2始终截止，而其它电路能耗较低，这既能减小C2容量又能保证在此期间电路可靠工作。

二位程控状态减计数器及译码：可由集成电路U2的U2B及U2A组成二位二进制异步减计数器，C5、R6为计数器首次清零，使U2B U2A输出初始态从“00”开始，按“00→11→10→01→00”循环计数。R11、R12、R13和D10、D11、D12构成对U2A、U2B输出的异或非(同或)关系译码，即当计数器“00”及“11”状态时有输出。二位程控状态减计数器及译码输出作为负脉冲源的选通信号，高电平有效。

双向可控硅及选通触发：可由Q3至Q5、Q6至Q8、R14至R18构成，其中电阻为三极管基极和可控硅控制极限流电阻。Q3至Q5的发射极接负脉冲源，选通信号对应接到Q3至Q5的基极，加有高电平的三极管导通，负脉冲源加到对应可控硅控制极，使其按触发角α导通点亮该路白炽灯。

下面简述一下本实用新型工作过程：

由于负触发脉冲源为程控开关各个状态公用，存在于电源开关闭合的整个期间，先介绍其形成过程。电源电压由零点进入负半周时，零点检测电路输出端U1A脚2对应上升沿，该上升沿是移相器的相移起始参考点。电源电压低于210V，Q1饱和，移相器不产生相移；电源电压在210-245V之间，Q1处于放大区，其等效电阻随电源电压升高而增大，移相器产生的相移也随之增大；电源电压大于245V之后，Q1截止，移相器的相移是由R9*C7决定的常数。

移相后的矩形波分两路，一路由U1C脚6经微分电容C8产生一正微分脉冲，使负脉冲源开关三极管Q2饱和导通，形成触发角为α的负半周触发信号；另一路经10mS延时后，再由U1D脚8经微分电容C9产生另一正微分脉冲，使Q2饱和导通，形成触发角为α的正半周触发信号；共同组成负触发脉冲源。负触发脉冲源加在Q3至Q5的发射极，等待基极选通。

首次台上电源开关，程控开关得电，负直流电源建立，由于减计数器U2B、U2A的清零端“R”接有R6、C5，C5从零开始负向充电至负电源电压，R端的高电平使U2B、U2A清零(高电平维持时间约0.5S，这段高电平保证了负直流电源电压稳定之前，计数器状态不受影响)，即首次状态为“00”，此时只有其同或关系译码输出为高电平，Q3被选通，负触发脉冲经Q3加到可控硅Q6的控制极，使其触发导通，A组白炽灯DSA点亮。

程控开关转换状态是由电源开关的一次短暂(＜2S)断合过程完成的，转换状态信号电路识别这一过程，并产生一个计数脉冲，加到减计数器的时钟端，每来一个脉冲，U2B、U2A按“00→11→10→01→00”的顺序转换一个状态，加之对其同或关系译码输出，作为选通信号加到Q3至Q5的基极，使可控硅Q6至Q8按“Q6→Q6、Q7、Q8→Q7→Q8→Q6”的顺序导通，点亮相应灯组。

注解说明：以双向可控硅的MT1作为参考点，其触发方式有：

MT2+，控制极+；I+；I象限，正控制极电流和电压。

MT2+，控制极-；I-；I象限，负控制极电流和电压。

MT2-，控制极+；III+；III象限，正控制极电流和电压。

MT2-，控制极-；III-；III象限，负控制极电流和电压。

双向可控硅灵敏度最好的是I+和III-方式，稍低的是I-方式，最差的是III+。

Claims (6)

1.一种稳压式多路灯光程控开关，其电路组成包括电容降压式直流电源，转换状态信号，二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发，其特征是所述的电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源，其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。

2.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的移相器电路，包括R7、R8、R9、C7、可调电阻W1、三极管Q1及集成电路U1的U1B、U1C组成，其连接关系是：R7一端接C4正极、W1一端接负电源，它们的另一端接R8并经R8接Q1基极，Q1发射极、R9并接于U1A脚2，Q1集电极接R9另一端、U1B脚3、C7一端，U1C脚5接U1B的脚4，U1C脚6接微分电容C8一端及C7另一端。

3.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的负触发脉冲源，包括C8、C9、D6、D7、D8、D9、R10及三极管Q2，其电路连接关系是：C8一端与U1C脚6相连，另一端与D8负极、D6正极相接，C9一端与集成电路U1的U1D脚8相连，另一端与D9负极、D7正极相接，D8、D9正极、Q2发射极接负直流电源，D6、D7负极经R10接于Q2基极，Q2集电极作为脉冲源输出与三极管Q3、Q4、Q5发射极相连。

4.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的电源电压幅度及负半周零点检测电路，包括R1、R2、R3、D3、D4、C4、C10、稳压管DW2及集成电路U1的U1A，其连接关系是：R1一端接电源电压，另一端与D3正极、D4负极相连，U1A脚1接D4正极、DW2正极、R3和C10的一端，D3负极接C4正极、R2一端，R2、R3和C10另一端、C4和DW2负极接负直流电源公共端。

5.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的10mS延时器，包括C6、可调电阻W2及集成电路U1的U1E、U1D，其连接关系是：U1E脚11接U1B脚4，U1E脚10接C6一端，C6另一端接U1D脚9、W2，U1D脚8接微分电容C9一端。

6.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的电容降压式直流电源，其电源降压电容C1的容量为≤0.47μF。

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