專利名稱：微功耗觸摸式電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種墻壁開關(guān)，特別是一種微功耗觸摸式電子開關(guān)，用于家庭及公共場所的燈具或電器的開關(guān)控制。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有技術(shù)中的觸摸式墻壁開關(guān)多是采用可控硅、普通電磁繼電器或磁保持繼電器作為驅(qū)動元件來帶動負載工作的，可控硅在驅(qū)動諸如電感鎮(zhèn)流器式日光燈、節(jié)能燈、排風(fēng)扇等感性負載時容易損壞。由于可控硅所要求的散熱問題使其帶負載功率受到限制?？煽毓璧膶?dǎo)通壓降較大，有的開關(guān)導(dǎo)通壓降高達20V，使其應(yīng)用受到限制。而采用普通電磁繼電器的電子式開關(guān)在觸點吸合后需在線圈加維持電流，功耗較大。申請(專利)號為02280334.3的微功耗觸摸開關(guān)和申請(專利)號為02280333.5的微功耗感應(yīng)開關(guān)采用磁保持繼電器作為驅(qū)動元件來帶動負載工作解決了上述問題，但都需要電池為其提供部分電能，而且當負載為節(jié)能燈或日光燈時燈具會發(fā)生閃爍現(xiàn)象，為了不使燈具閃爍采用了在負載兩端并聯(lián)阻容元件作為負載連接器的方法，這就增加了安裝難度，使其難以推廣。

發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的在于提供一種微功耗觸摸式電子開關(guān)，不需要電池為其提供電能，通過瞬態(tài)電流控制電路和驅(qū)動信號發(fā)生電路為驅(qū)動電路提供瞬時電能和驅(qū)動信號就可以準確地開啟開關(guān)，控制電路不需要維持在待機狀態(tài)，在開關(guān)開啟的瞬間上電工作。開關(guān)在關(guān)閉的狀態(tài)下，瞬態(tài)電流控制電路有微弱的電流流過，負載為任何燈具都不會有閃爍現(xiàn)象。在開關(guān)開啟的狀態(tài)下，根據(jù)負載的大小改變電源電路的工作方式以解決大功率負載時功率器件的發(fā)熱問題，使開關(guān)既能夠帶大功率負載又有很強的負載適應(yīng)性，可帶日光燈、白熾燈、節(jié)能燈及排風(fēng)扇等各種負載。
本實用新型的技術(shù)方案是一種微功耗觸摸式電子開關(guān)，其特征在于電路板組件包括負載檢測電路、磁保持繼電器、磁保持繼電器驅(qū)動電路、電源電路、瞬態(tài)電流控制電路、驅(qū)動信號發(fā)生電路和帶有微控制器芯片的觸摸控制電路。磁保持繼電器的線圈與磁保持繼電器驅(qū)動電路連接；觸摸控制電路的輸入端口與負載檢測電路連接，輸出端口與磁保持繼電器驅(qū)動電路連接并控制驅(qū)動電路驅(qū)動磁保持繼電器開啟或關(guān)閉；電源電路與觸摸控制電路及磁保持繼電器驅(qū)動電路連接并給其提供電能；瞬態(tài)電流控制電路及驅(qū)動信號發(fā)生電路與磁保持繼電器驅(qū)動電路連接并為其提供電能和驅(qū)動信號，不需要電源電路和微控制器參與工作就能夠開啟開關(guān)。
本實用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點在開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)下，微控制器芯片不需要任何電流來維持休眠狀態(tài)，開關(guān)關(guān)閉后控制器完全停止工作。在開關(guān)開啟的瞬時，由瞬態(tài)電流控制電路和驅(qū)動信號發(fā)生電路瞬時產(chǎn)生驅(qū)動電流和驅(qū)動信號給驅(qū)動電路，磁保持繼電器閉合開關(guān)開啟。根據(jù)負載的大小改變電源電路的工作方式，在大功率負載時單獨通過電流互感器為系統(tǒng)供電，解決了大功率負載時功率器件的發(fā)熱問題，使開關(guān)既能夠帶大功率負載又有很強的負載適應(yīng)性，可帶日光燈、白熾燈、節(jié)能燈及排風(fēng)扇等。在開關(guān)關(guān)閉狀態(tài)下只有微弱的電流流過瞬態(tài)電流控制電路，負載燈具完全無閃爍現(xiàn)象。


附圖1是本實用新型的電路原理示意圖；附圖2是本實用新型的電源電路原理示意圖；附圖3是本實用新型電源電路加市電檢測電路后的原理示意圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明。
參見附圖一，A為負載檢測電路，B為電源電路，C為觸摸控制電路，D為瞬態(tài)電流控制電路，E為驅(qū)動信號發(fā)生電路，F(xiàn)1為磁保持繼電器驅(qū)動電路，RL為磁保持繼電器。負載檢測電路A內(nèi)部包含電流互感器、整流和濾波電路，電路轉(zhuǎn)換負載功率為相應(yīng)的電壓值并通過輸出端口VAD送給C內(nèi)的微控制器芯片。觸摸控制電路C內(nèi)部有一微控制器芯片和觸摸按鍵，觸摸按鍵的一端與公共地相連，另一端作為控制單元的控制端口與微控制器的一個輸入腳和瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl相連，A、C均為現(xiàn)有技術(shù)，在此不多描述。
磁保持繼電器RL的觸點串聯(lián)在交流回路中控制開關(guān)開啟或關(guān)閉，電源電路B的直流輸出端VCC分別與紅外線感應(yīng)控制電路C及磁保持繼電器驅(qū)動電路F1的電源輸入端相連；觸摸控制電路的輸入端口與負載檢測電路的輸出端口VAD相連，輸出端口分別與電源電路B的輸入端口K0、G0和磁保持繼電器驅(qū)動電路F1的R11、R12連接。在F1中，當電阻R11輸入一個脈沖信號，三極管Q4、Q5、Q7導(dǎo)通，Q3、Q6、Q8截止，磁保持繼電器RL的線圈通正向脈沖電壓，RL的觸點閉合使開關(guān)開啟。當電阻R12輸入一個脈沖信號，三極管Q3、Q6、Q8導(dǎo)通，Q4、Q5、Q7截止，磁保持繼電器RL的線圈通反向脈沖電壓，RL的觸點斷開使開關(guān)關(guān)閉。由于只需在開關(guān)開啟和關(guān)閉的瞬時給磁保持繼電器線圈通電，功耗很低。
瞬態(tài)電流控制電路只在開關(guān)開啟瞬時為系統(tǒng)提供電能，平時不用于系統(tǒng)供電，電路包括電阻R1～R4、場效應(yīng)管Q1和Q2、二極管D1～D4以及電容C1；場效應(yīng)管Q1的漏極與R1的一端連接作為瞬態(tài)電流控制電路的輸入端IN；場效應(yīng)管Q1的源極與R3、R4、瞬態(tài)二極管D1的一端連接，R3的另一端與C1、穩(wěn)壓二極管D3、隔離二極管D4的一端相連形成瞬態(tài)電流控制電路的輸出端OUT1，D4的另一端形成瞬態(tài)電流控制電路的另一輸出端OUT2；場效應(yīng)管Q1的柵極與R1、D1的另一端及R2的一端連接，R2的另一端與Q2的漏極連接；場效應(yīng)管Q2的柵極與R4的另一端、穩(wěn)壓二極管D2的負極連接并作為瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl；場效應(yīng)管Q2的源極和D2、D3、C1的負極形成公共地并與開關(guān)各單元的直流公共地連接。
瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl與觸摸控制電路的觸摸按鍵的一端相連，并與微控制器的一個輸入腳連接，同時該引腳通過一上拉電阻在開關(guān)開啟后獲得高電平，觸摸按鍵的另一端接公共地。瞬態(tài)電流控制電路的輸入端IN與開關(guān)的接線端子LOAD連接，輸出端口Out1與驅(qū)動信號發(fā)生電路連接，驅(qū)動信號發(fā)生電路包含電壓檢測芯片IC1，當瞬態(tài)電流控制電路Out1端口的輸出電壓高于IC1的輸入閥值電壓時，IC1將輸出高電平使Q9導(dǎo)通，則驅(qū)動信號發(fā)生電路輸出低電平驅(qū)動信號給磁保持繼電器驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端口IN1。瞬態(tài)電流控制電路的輸出端口Out2與磁保持繼電器驅(qū)動電路的電源輸入端口IN2相連。
當開關(guān)處于關(guān)閉狀態(tài)時，L、N兩端加220V交流電的瞬間，Q2截止，Q1通過電阻R1獲得較高的柵極平均電壓處于充分導(dǎo)通狀態(tài)，有大電流流過Q1的源極，經(jīng)分壓限流電阻R3送給穩(wěn)壓濾波元件D3、C1，同時Q2的柵極經(jīng)R4和D2獲得電壓而導(dǎo)通，Q1的柵極平均電壓隨之降低而使Q1處于低導(dǎo)通狀態(tài)。Q1充分導(dǎo)通的時間非常短，又由于瞬態(tài)電流控制電路平時不用于系統(tǒng)供電而驅(qū)動信號發(fā)生電路的靜態(tài)功耗極低，所以O(shè)ut1端口能夠有穩(wěn)定的電壓輸出并且該電壓遠低于驅(qū)動信號發(fā)生電路的IC1輸入閥值電壓，之后Q2獲得穩(wěn)定的柵極電壓而保持在導(dǎo)通狀態(tài)。
開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)下，用手輕觸觸摸控制電路中的觸摸按鍵，瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口獲得了足夠長的低電平控制信號Von，Q2截止，Q1的柵極獲得較長時間的平均高壓而使其輸出電流增加，為此瞬態(tài)電流控制電路能夠為磁保持繼電器驅(qū)動電路提供工作電流，并且驅(qū)動信號發(fā)生電路的IC1獲得高于輸入閥值的電壓，輸出高電平，Q9導(dǎo)通，則驅(qū)動信號發(fā)生電路輸出低電平驅(qū)動信號給磁保持繼電器驅(qū)動電路的驅(qū)動信號輸入端口IN1，磁保持繼電器驅(qū)動電路在瞬間獲得驅(qū)動信號和工作電流驅(qū)動磁保持繼電器閉合，開關(guān)開啟。開關(guān)開啟瞬間微控制器獲得電壓開始工作，并首先檢測低電平驅(qū)動信號Von以確認開關(guān)處于開啟狀態(tài)并記錄這一狀態(tài)，開關(guān)開啟后瞬態(tài)電流控制電路失去高電壓而進入低導(dǎo)通狀態(tài)，不能為磁保持繼電器驅(qū)動電路提供工作電流，系統(tǒng)的工作電流將由電源電路和電池提供。
開關(guān)在開啟狀態(tài)下用手輕觸觸摸控制電路中的觸摸按鍵，此時由于瞬態(tài)電流控制電路已經(jīng)失去高電壓處于低導(dǎo)通狀，無法產(chǎn)生大電流和驅(qū)動信號，微控制器芯片檢測到低電平驅(qū)動信號Von，確認為關(guān)閉開關(guān)信號，于是通過輸出端口輸出相應(yīng)的驅(qū)動信號給磁保持繼電器驅(qū)動電路，驅(qū)動磁保持繼電器RL使觸點斷開，開關(guān)關(guān)閉。
參見附圖二，根據(jù)負載功率的大小，電源電路工作在兩種方式下，方式1為磁保持繼電器RL0不吸合，整流橋BRIDGE2參與工作；方式2為磁保持繼電器RL0吸合，整流橋BRIDGE2停止工作。負載功率低于一定值的時候RL0處于關(guān)閉狀態(tài)，電源電路通過電流互感器T1和整流橋BRIDGE2為系統(tǒng)提供工作電流，并且整流橋BRIDGE2、場效應(yīng)管Q10的發(fā)熱情況在容許的范圍內(nèi)。在大功率負載的情況下，吸合繼電器RL0，電流互感器T1能夠單獨為系統(tǒng)提供足夠大的工作電流。工作方式的切換通過觸摸控制電路C內(nèi)的微控制器識別來自負載檢測電路A的電壓值的大小，當電壓高于或低于一定值時，微控制器發(fā)出驅(qū)動信號，經(jīng)磁保持繼電器驅(qū)動電路F2驅(qū)動RL0使其閉合或斷開實現(xiàn)工作方式的切換，可根據(jù)負載的大小隨時調(diào)整電源電路的工作方式，即能獲得大的平均充電電流，又能控制功率器件發(fā)熱在容許的范圍之內(nèi)。切換點的確定要綜合考慮功率器件的發(fā)熱情況以及電流互感器T1提供感應(yīng)電流的能力來具體確定。
電源電路中T1為電流互感器，IC2為電壓檢測芯片，IC3為降壓型電壓調(diào)整器，Q10為場效應(yīng)管，D8、D9為瞬態(tài)電壓抑制二極管，RL0為磁保持繼電器，F(xiàn)2為磁保持繼電器驅(qū)動電路。方式1在開關(guān)開啟后，T1的感應(yīng)電流經(jīng)整流橋BRIDGE1和流經(jīng)整流橋BRIDGE2的負載電流同時流過二極管D2，當IC2的輸入端Vin的電壓達到IC2的輸入閥值電壓時，IC2輸出端由R14獲得高電平，IC2的輸出端與Q10的柵極相連，當Q10的柵極獲得高電平時D、S極導(dǎo)通，D10正極失去電壓，IC2的輸入端Vin處的電壓開始下降并達到輸入閥值以下，IC2輸出低電平使Q10截止，電流重新流過D10。C3對流過D10的電流進行濾波，使IC3的輸入端獲得一個圍繞某一電壓值小幅波動的電壓，IC3輸出的固定電壓經(jīng)隔離二極管D13后為整個系統(tǒng)提供工作電流和電壓。方式2磁保持繼電器RL0閉合，整流橋BRIDGE2不再工作，由電流互感器T1的感應(yīng)電流經(jīng)整流橋BRIDGE1為整個系統(tǒng)提供工作電流，電池的充電電流會明顯減小，但功率器件的溫度將逐漸回落，除了BRIDGE2不參與工作外，其它工作過程與方式1相同。磁保持繼電器驅(qū)動電路F2的工作原理與F1的工作原理相同，不再贅述。
參見附圖三，為了保證開關(guān)在市電停電后進入關(guān)閉狀態(tài)，可在電源電路B中加市電檢測電路IC4，IC4可以是電壓檢測芯片，也可以是簡單的電阻分壓電路，也可以是電阻分壓與電壓檢測芯片的組合，其輸入端接IC3的輸出端，輸出端VSD接紅外線感應(yīng)控制電路C中微控制器的一個輸入端。當開關(guān)處于開啟狀態(tài)時VSD端輸出為高電平，若市電突然停電VSD端將輸出低電平，市電檢測電路IC4檢測到這一狀態(tài)并送給微控制芯片，微控制芯片發(fā)出控制信號使開關(guān)進入關(guān)閉狀態(tài)或存儲這一狀態(tài)等來電后立即把開關(guān)關(guān)閉。
權(quán)利要求1.一種微功耗觸摸式電子開關(guān)，其電路板組件包括磁保持繼電器、磁保持繼電器驅(qū)動電路、電源電路、瞬態(tài)電流控制電路、驅(qū)動信號發(fā)生電路、帶有微控制器芯片的觸摸控制電路，其特征是磁保持繼電器的線圈與驅(qū)動電路連接；觸摸控制電路輸出端口與驅(qū)動電路連接并控制驅(qū)動電路驅(qū)動磁保持繼電器吸合或斷開；瞬態(tài)電流控制電路和驅(qū)動信號發(fā)生電路為驅(qū)動電路提供電能和驅(qū)動信號，不需要電源電路和微控制器參與工作就能夠開啟開關(guān)；開關(guān)在關(guān)閉狀態(tài)下，瞬態(tài)電流控制電路只有微弱的電流流過，負載燈具無閃爍現(xiàn)象。
2.如權(quán)利要求1所述開關(guān)，其特征在于瞬態(tài)電流控制電路包括電阻R1～R4、場效應(yīng)管Q1和Q2、二極管D1～D4以及電容C1；場效應(yīng)管Q1的漏極與R1的一端連接作為瞬態(tài)電流控制電路的輸入端IN；場效應(yīng)管Q1的源極與R3、R4、瞬態(tài)二極管D1的一端連接，R3的另一端與C1、穩(wěn)壓二極管D3、隔離二極管D4的一端相連形成瞬態(tài)電流控制電路的輸出端OUT1，D4的另一端形成瞬態(tài)電流控制電路的另一輸出端OUT2；場效應(yīng)管Q1的柵極與R1、D1的另一端及R2的一端連接，R2的另一端與Q2的漏極連接；場效應(yīng)管Q2的柵極與R4的另一端、穩(wěn)壓二極管D2的負極連接并作為瞬態(tài)電流控制電路的電流控制輸入端口Ctrl；場效應(yīng)管Q2的源極和D2、D3、C1的負極形成公共地并與開關(guān)各單元的直流公共地連接。
3.如權(quán)利要求1所述開關(guān)，其特征在于在電源電路的隔離二極管的正極引入市電檢測電路，市電檢測電路的輸出端與觸摸控制電路中的微控制器芯片連接。
專利摘要本實用新型涉及一種微功耗觸摸式電子開關(guān)，其電路板組件包括負載檢測電路、磁保持繼電器、驅(qū)動電路、電源電路、瞬態(tài)電流控制電路、驅(qū)動信號發(fā)生電路、控制電路。負載檢測電路把負載功率轉(zhuǎn)換為微控制器芯片可以識別的電壓；瞬態(tài)電流控制電路和驅(qū)動信號發(fā)生電路在開關(guān)開啟瞬時為驅(qū)動電路提供工作電流和驅(qū)動信號；控制電路根據(jù)來自負載檢測電路檢測的電壓值控制電源的工作方式；開關(guān)導(dǎo)通壓降不超過2V，可實現(xiàn)電子開關(guān)的微功耗，可帶大功率負載，并且負載適應(yīng)性強，可帶日光燈、節(jié)能燈、白熾燈及排風(fēng)扇等各種負載。
文檔編號H03K17/94GK2922288SQ20062011843
公開日2007年7月11日 申請日期2006年6月8日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月8日
發(fā)明者譚定忠, 鄒繼超, 李印煒 申請人:北京瑪?shù)吕悄茈娖饔邢薰?br>