專利名稱：超小型電子式無功耗延時節(jié)電開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種能使各種建筑內(nèi)走廊、樓道燈自動延時關(guān)閉的高效節(jié)電開關(guān)。
延時節(jié)電開關(guān)是國家大力提倡在各種建筑的走廊、樓道內(nèi)安裝的高效節(jié)電產(chǎn)品，是消滅長明燈的最有效方法，一盞40W燈加裝延時節(jié)電開關(guān)后，年節(jié)電100度以上。
目前，電子式延時節(jié)電開關(guān)存在的主要問題是1、無論燈亮與否，開關(guān)本身都要消耗電能，既不利于進一步節(jié)電，更重要的是本身消耗的能量在開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生較多的熱量，使開關(guān)內(nèi)部溫度升高，各電子元器件長期置身于較高溫度的環(huán)境中，其參數(shù)易發(fā)生變化，易老化、失效。產(chǎn)品工作穩(wěn)定性差，使用壽命短。
2、電路放大環(huán)節(jié)多，故障可能性大，當某個元件參數(shù)發(fā)生一定的變化，就可能導(dǎo)致電路失控。
3、繼電器觸點分斷電流時火花大，易燒蝕，使用壽命短。
4、產(chǎn)品體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本及生產(chǎn)費用高。
上述弊端嚴重影響了延時節(jié)電開關(guān)的聲譽，致使延時節(jié)電技術(shù)在全國得不到應(yīng)有的推廣應(yīng)用。
本實用新型的目的在于提供一種適用于控制各種建筑走廊、樓道燈，并可作為其它電器定時開關(guān)，價格低廉，自身不耗電，使用壽命長，其延遲時間可在1秒至30分鐘內(nèi)設(shè)置的超小型無觸點延時節(jié)電開關(guān)。
本實用新型電子電路是這樣實現(xiàn)的1、利用單向可控硅的高靈敏度觸發(fā)特性，并設(shè)置與其工作特點相適應(yīng)的電路。單向塑封可控硅，其觸發(fā)電流一般20μA左右，觸發(fā)后維持導(dǎo)通電流僅需幾μA，這一特性為消除產(chǎn)品本身靜態(tài)功耗，保證產(chǎn)品本身不發(fā)熱創(chuàng)造了條件。但由于可控硅具有單向?qū)щ娞匦?，在交流電路上?yīng)用，如不采取相應(yīng)的措施，則負載ED既不能獲得完整的交流電，而且很小的觸發(fā)電流不能維持可控硅T連續(xù)導(dǎo)通，無法延遲。為解決這一問題，在開關(guān)側(cè)設(shè)置橋式整流電路，將流經(jīng)負載ED的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，加于可控硅T／A，K極。橋式整流電路由D1－D4組成，其交流輸入一端經(jīng)負載ED與電源A端相接，另一端接電源B端，直流輸出正端接T／A極，負端接T／K極。此電路可使可控硅T始終處于正向工作狀態(tài)，既利于觸發(fā)后小電流維持可控硅連續(xù)導(dǎo)通，又可使負載ED獲得完整的交流電。
2、利用可控硅阻斷時，交流電源經(jīng)D1－D4整流后在T／A、K極間產(chǎn)生幅度為200V左右的直流電壓，作為按鈕KN接通瞬間向延時電路儲能電容C1快速充電電源。此直流充電電源也可通過將D5正端接交流電源經(jīng)半波整流后獲得。
3、設(shè)置觸發(fā)延時電路，此電路由D5、R1、KN、C1、DW、R2等元器件組成。二極管D5、限流電阻R1、按鈕KN和儲能電容C1串聯(lián)。C1負端接T／K極，D5正端接T／A極。放電電阻R2經(jīng)D6接T／G極。KN接通前，上述元件都處于與直流電源斷開狀態(tài)，不耗電。KN接通瞬間，經(jīng)D1－D4整流后的直流電源經(jīng)D5、R1、KN向C1快速充電，同時觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通。可控硅T導(dǎo)通后，當電源A端為正時，電流從A端出發(fā)經(jīng)ED、D1、T、D2到電源B端；當電源B端為正時，電流從B端出發(fā)，經(jīng)D4、T、D3、ED到電源A端，負載ED有額定 交流電流流過，燈亮。KN斷開后，C1儲存的電荷經(jīng)R2和可控硅T／G極放電，以維持可控硅T繼續(xù)導(dǎo)通。當C1流經(jīng)T／G極的放電電流下降到低于維持可控硅T導(dǎo)通值時，T自動關(guān)閉，負載ED因無電流流過而熄滅。
4、由R2、C2組成的可控硅T延遲導(dǎo)通電路。本電路可使可控硅在KN接通后延遲一段時間導(dǎo)通，以確保有足夠的時間使C1充得足夠的電壓。延遲電容C2正端與R2電流輸出端相接，負端接T／K極。如果不設(shè)C2，接通KN后，當C1電壓剛剛上升到可控硅導(dǎo)通值時，可控硅T立即導(dǎo)通，T／A、K極電壓立即下降到小于1V、C1停此充電，由于此時C1上充得的電壓很低，儲存的電荷少，放電電流小，難以維持可控硅繼續(xù)導(dǎo)通，可控硅T隨之關(guān)閉。接入C2后，流經(jīng)R2的電流先向C2充電，當C2上電壓高于D6＋T／GK極結(jié)電壓時，可控硅才導(dǎo)通。由于R2C2遠大于R1C1的時間常數(shù)，在按鈕按通期間，C1有足夠的時間充至預(yù)定電壓值。以上所說的時間長短是相對而言，實際上都低于0.1秒，人不易察覺。
5、設(shè)置可控硅自動關(guān)閉電路，確保可控硅準確無誤地關(guān)閉。可控硅導(dǎo)通后，在GK極間存在一種由T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦半波電壓，此電壓幅度雖很小，但由于維持可控硅T導(dǎo)通的觸發(fā)電壓幅度更小，當C1電壓降至較低值時，由T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦半波壓幅度高于C1、C2電壓幅度。當正弦電壓波幅高于C1、C2電壓時，向C1、C2反向充電，當G、K極正弦電壓波幅較低或為零時，C1、C2向G、K極放電，如此反復(fù)，C1、C2上電壓始終維持在可控硅T持續(xù)導(dǎo)通值，可控硅T關(guān)不斷，電路處于失控狀態(tài)。為消除T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦電壓的影響，電路中加設(shè)反向隔離管D6和泄漏電阻R3。D6正端與R2和C2正端相接，負端接T／G極；R3與可控硅T／G、K極并聯(lián)。D6的作用在于阻止T／G、K極正弦半波電壓向C1、C2反向充電，R3的作用在于為T／GK極正弦電流開辟通路，使T／GK極正弦電壓降到低于可控硅T關(guān)斷電壓值。R3對延遲時間雖有一定的影響，但可通過加大C1容量來彌補。加設(shè)D6、R3后，可控硅T可按設(shè)定時間準確關(guān)閉。
以下結(jié)合附圖1簡要介紹如下圖中A、B為交流220V電源，編號1、2為開關(guān)電源輸入端，編號5為緊急開關(guān)輸入端。
接通電源后，交流電源經(jīng)負載ED加到橋式電路D1－D4交流輸入端，經(jīng)整流后，其輸出的直流電壓加于可控硅T／A、K極。由于按鈕KN斷開，D5、R1、R2、R3、C1、C2、DW、D6與可控硅T／A、K極兩端直流電源斷開，D7輸入A端編號5不接電源，可控硅T因G極無觸發(fā)電流而阻斷，ED和D1－D4因可控硅阻斷而無電流流過，負載ED不發(fā)光，這時整個電路處于無功耗狀態(tài)。按鈕KN接通瞬間，經(jīng)D1－D4整流后幅度為200V左右的直流電源經(jīng)D5、R1、KN向C1快速充電，同時向R2放電。流經(jīng)R2的電流先向C2充電，經(jīng)C2延遲一段時間后觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通。T導(dǎo)通后，其A、K極電壓迅速下降至小于1V，此時C1早已充至DW穩(wěn)壓值，由于D5的反向隔離作用，這時即使KN接通，C1上儲存的電荷也只能經(jīng)R2、D6、可控硅T／G、K極和R3放電，流經(jīng)T／GK極電流可維持可控硅T繼續(xù)導(dǎo)通。隨著放電時間的延長，C1放電電流逐步減小，當放電電流下降到低于維持可控硅T導(dǎo)通值時，可控硅T自動恢復(fù)阻斷狀態(tài)，負載ED熄滅，電路重新處于無功耗狀態(tài)。穩(wěn)壓管DW的作用有兩個一是防止C1因過充而擊穿。二是保證C1每次充得的電壓幅度一致，以確保產(chǎn)品重復(fù)延時精度。D6、R3是為確?？煽毓璋磿r關(guān)閉而設(shè)置的。D7、R4是緊急開燈觸發(fā)電流供給電路，用于遠距離控制，平時D7正端與外電路斷開。當D7正端與交流電源相按時，交流電經(jīng)D7半波整流，R4限流后，經(jīng)R2、D6觸發(fā)可控硅連續(xù)導(dǎo)通，燈長時間點亮。此電路是根據(jù)6層以上建筑安裝的延時節(jié)電開關(guān)必須設(shè)置緊急開燈電路的規(guī)定設(shè)置的。D8、D9、R5是一種附加的發(fā)光管指示電路此電路與產(chǎn)品性能無關(guān)，可設(shè)可不設(shè)。在明裝拉線式，暗裝拉線式開關(guān)中都不設(shè)置該電路，只有在暗裝按鈕式開關(guān)上安裝，用以在黑暗的環(huán)境中指示按鈕位置，方便用戶使用。因而指示電路的耗電量與本實用新型所述的內(nèi)容無關(guān)。
本實用新型的突出優(yōu)點在于1、開關(guān)本身燈不亮時不耗電。根據(jù)延時開關(guān)的工作特點，其每次通電時間為1分鐘左右，其中燈不亮時間占總接電時間97％以上；觸發(fā)時，其瞬間最大功耗為2W左右，每次充電時間小于0.01秒，開關(guān)點熄百萬次，按每天平均點亮30次計算，相當于連續(xù)通電100年，其總耗電量不足0.01度。燈亮時，可控硅和D1－D4雖有少量結(jié)功耗，但由于每次點亮時間短，每天點亮次數(shù)少，其總耗電量是極小的，可以忽略不計的，實際上等于開關(guān)本身不耗電。開關(guān)本身不耗，既可進一步節(jié)電，更重要的是自身不發(fā)熱，元器件不存在長期置身于較高溫度的環(huán)境中，參數(shù)易發(fā)生變化，易衰老失效等問題，可大幅度提高產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性和使用壽命同時可提高電子元件在印刷板上的密度，把電路元件組合成一個可隨意安裝在各種殼體中的超小型電路芯塊附圖2。以利于簡化殼體模具，發(fā)展全系列多品種延時節(jié)電開關(guān)，進一步降低產(chǎn)品成本及生產(chǎn)費用。
2、電路中無類似三極管放大環(huán)節(jié)，故障可能性極小，可靠性高。
3、抗干擾性能強，強電器產(chǎn)生的電磁場干擾都不會導(dǎo)致電路失控。
4、電路結(jié)構(gòu)簡單，組合后體積小，成本低，生產(chǎn)費用低。由除指示電路和按鈕KN外所有電路元件組成的電路芯塊體積為20＊16＊15毫米，如果不設(shè)置緊急開燈電路體積更小，芯塊成本3元左右，產(chǎn)品綜合成本約5元。
5、安裝接線方便。本實用新型同普通開關(guān)一樣，只有兩個接線點，安裝接線方法與普通開關(guān)完全相同。
6、電路適用范圍廣。只要對有關(guān)元件參數(shù)稍作調(diào)整，就可適用于頻率100HZ以內(nèi)，電源電壓為50V－380V的電網(wǎng)，適用于世界各國民用電源。因而具備向第三世界國家出口的條件。
本實用新型由以上所述的電子電路和絕緣殼體組成，其技術(shù)的關(guān)鍵在于電子電路，產(chǎn)品性能與殼體形狀、按鈕結(jié)構(gòu)無關(guān)。只要將電路元件裝入不同形狀，帶按鈕或拉線鈕的絕緣殼體中，即可成為各種安裝方式，使用方法不同的系列延時節(jié)電開關(guān)。圖3、圖4、圖5所示的三種產(chǎn)品僅為系列產(chǎn)品中的一部分。
本實用新型電路中各電子元件參數(shù)，可根據(jù)開關(guān)所要求的延遲時間，電源電壓的高低，可控硅的觸發(fā)靈敏度等因素在很大范圍內(nèi)選擇。下面是一組適用于AC220V電源，延遲時間為40秒－5分鐘，控制能力不小于100W的延時節(jié)電開關(guān)元件參數(shù)參考表二極管D1－D8用1N400型。發(fā)光管D9用∮5或∮3型。穩(wěn)壓管D4用0.25W30V－50V、可控硅T用1A400V。電容C1用4.7μF－47μF，C2用10μF。電阻R1用10K；R2用1M－2M；R3用30K－200K，R4用300K，R5用51K KN為按鈕或拉線鈕，ED為白熾燈、日光燈或其它交流電器。


圖1是本實用新型電原理圖。圖2是由電路元件組合后經(jīng)封裝的電路芯塊外形圖。圖3是暗裝輕觸式延時節(jié)電開關(guān)面板圖。圖4是明裝拉線式延時節(jié)電開關(guān)面板圖。圖5是暗裝拉線式延時節(jié)電開關(guān)面板圖。如果使用的按鈕或拉線鈕外形結(jié)構(gòu)不同，則產(chǎn)品面板結(jié)構(gòu)不完全相同，電路元件都裝在面板的背面或內(nèi)部。上述產(chǎn)品樣品性能已于89年9月5日通過《全國電光源工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測中心》測試。
權(quán)利要求1.一種能在按鈕或拉線鈕接通后接通負載ED電源，并可自動延時關(guān)閉ED電源的超小型電子式無功耗延時節(jié)電開關(guān)，它由電子延時電路，按鈕和絕緣殼體組成，其特征在于按鈕斷開后，延時觸發(fā)電路不消耗電源能量，可控硅關(guān)閉后，電路所有元器件都處于阻斷或斷開狀態(tài)，產(chǎn)品本身不耗電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于D1－D4組成的橋式整流電路交流輸入一端經(jīng)負載ED與電源A端相連，另一端接電源B端，直流輸出正端接可控硅T／A極，負端接T／K極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于二極管D5、限流電阻R1、按鈕KN和儲能電容C1串聯(lián)，C1的負端接T／K極，D5正端接可控硅T／A極，也可接交流電源輸入端；R2一端接C1正端，另一端經(jīng)D6接T／G極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于延遲導(dǎo)通電容C2正端與放電電阻R2電流輸出端相接，另一端接T／K極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于自動關(guān)閉電路D6正端與R2和C2公共端相接，負端接T／G極；R3與T／G、K極并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于產(chǎn)品性能與絕緣殼體結(jié)構(gòu)、按鈕結(jié)構(gòu)無關(guān)，只要將電路元件裝入不同形狀，帶按鈕或拉線鈕的殼體中，可構(gòu)成安裝方式和使用方法不同的延時節(jié)電開關(guān)。
專利摘要一種特別適用于走廊、樓道燈自動關(guān)閉的超小型電子式無功耗延時節(jié)電開關(guān)，它由整流、觸發(fā)延時，自動關(guān)閉等電路和可控硅、按鈕、絕緣殼體組成。本開關(guān)在燈不亮時，電路所有元件都處于與電源斷開或阻斷狀態(tài)，開關(guān)本身不耗電，不發(fā)熱。本開關(guān)結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，使用壽命極長。
文檔編號H03K17/28GK2055999SQ89216689
公開日1990年4月11日 申請日期1989年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月16日
發(fā)明者西素英, 秦三根, 西凱英, 西凱雄 申請人:秦三根