一种零电压单火线墙壁触摸开关电路的制作方法

本实用新型涉及一种墙壁触摸开关控制电路，特别是零电压单火线墙壁触摸开关电路。

背景技术：

电容式触摸开关外形美观、大方，无触点、无火花、无磨损，安全可靠，使用寿命长，深受广大用户的喜爱。但是，现有的电容式单火线墙壁触摸开关普遍存在诸多的弊端：1、电路结构复杂，元件多，导致需采用两层PCB，不仅增加了成本，价格居高不下，难以实现平民化，不易大范围推广，并且因为使用了接插件，增大了接触不良的风险；2、静态工作电流大于50μA，小功率节能灯会出现频闪现象，小功率LED关不彻底； 3、多处使用电解电容，影响了使用寿命。有基于此，亟需有新的触摸开关以适应市场需求。为了解决上述问题，部分芯片生产厂家开发出了专用的单通道电容触摸开关集成电路，如RH6030、TTP223、ASC0111B，SOT23-6等集成芯片。此类专用的单通道电容触摸开关集成电路在电源为2.5-5V时具有极小的工作电流，只有2-9μA，非常适合用于低功耗的零电压单火线墙壁触摸开关电路的开发。然而，此类专用的单通道电容触摸开关集成电路由于设计的原因也存在一个特点，即芯片在上电启动时，需要电源至少提供毫安级的电流，待芯片正常启动后，工作电流才会降至2-9μA，对于那些对工作电流要求在毫安级、功耗不十分苛刻的应用电路，此类专用的单通道电容触摸开关集成电路能够起到非常好的简化电路、降低功耗效果，但对于要求微功耗的墙壁开关此矛盾一直难以解决，特别是单火线墙壁触摸开关电路，到目前为止仍无法通过采用此类专用的单通道电容触摸开关集成电路达到将零电压单火线墙壁触摸开关电路工作电流控制在20μA以下。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于为克服现有技术的不足而提供一种结构简单、成本低、工作可靠、且工作电流控制在20μA以下的零电压单火线墙壁触摸开关电路。

为实现上述目的，本实用新型提供了一种零电压单火线墙壁触摸开关电路，其特征在于：包括直流电源电路、电容输入电路、电容触摸检测电路和功率驱动及开关电路；所述电容输入电路由触摸片和触发灵敏度调节电容组成，所述触发灵敏度调节电容一端接电源负极，另一端与触摸片连接并同时作为电容输入电路的输出端；所述电容触摸检测电路为由单通道电容触摸开关集成电路为核心组成的双稳态电路构成，输出端初始为高电平，所述电容触摸检测电路的输入端电容增加时，输出端电平翻转；所述直流电源电路包括桥式整流电路、充电二极管VD2、充电电阻R4、第一储能电容C2、第二储能电容C3、第一斯密特反相器U3-1、第二斯密特反相器U3-2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、充电晶闸管VT3、自举充电二极管VD3、自举升压电容C4、降压二极管LED2和稳压元件LED1，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2串联后连接在桥式整流电路的直流侧正负极两端，所述第一斯密特反相器U3-1的输出端与第二斯密特反相器U3-2输入端连接，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点与所述第一斯密特反相器U3-1的输入端连接构成零电压脉冲形成电路；所述充电晶闸管VT3、降压二极管LED2和光电耦合器OP1的输入侧串联后接在所述桥式整流电路的直流侧正负极两端之间，所述第二储能电容C3连接在充电晶闸管VT3阴极和桥式整流电路的直流侧负极之间，所述稳压元件LED1与第一储能电容C2并联后与限流电阻R4的串联支路并联在第二储能电容C3的两端，所述自举升压电容C4与限流电阻R3串接在所述零电压脉冲形成电路输出端和充电晶闸管VT3门极之间，所述自举充电二极管VD3并联在充电晶闸管VT3门极和负极之间，自举充电二极管VD3阴极连接在充电晶闸管VT3门极上，所述充电二极管VD2连接在所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点和所述稳压元件LED1与第一储能电容C2的正极上，所述第一分压电阻R1、充电二极管VD2及第一储能电容C2构成第一充电支路，所述充电晶闸管VT3、充电电阻R4及第一储能电容C2构成第二充电支路；所述稳压元件LED1的稳压值Vcc为2.5 V，所述稳压元件LED1的稳压输出Vcc构成所述电容输入电路、电容触摸检测电路及零电压脉冲形成电路的直流工作电源，所述电容触摸检测电路的输出端经过第一封锁二极管VD1与零电压脉冲形成电路的输入端连接；所述桥式整流电路的交流侧两端为本零电压单火线墙壁触摸开关电路的两个接线端，所述主晶闸管串联在所述桥式整流电路的交流侧两端之间，所述光电耦合器OP1的输出端串接在主晶闸管的触发电路中。

本实用新型通过电容输入电路与电容触摸检测电路配合检测输入的人体电容，电容触摸检测电路选用专用的单通道电容触摸开关集成电路控制功率驱动及开关电路，并设置具有提供瞬时较大启动电流的直流电源电路为专用的单通道电容触摸开关集成电路供电，因此电路简单，静态工作电流小，工作可靠且成本大为降低，同时保留了零电压开关电路电磁干扰小、电流冲击小的优点，适合在墙壁开关中使用，应用前景广阔。

下面将结合附图及具体实施例对本实用新型作进一步的说明。

附图说明

附图1为本实用新型具体实施例1电路原理图；

附图2为本实用新型具体实施例2电路原理图。

具体实施方式

具体实施例1：零电压单火线墙壁触摸开关电路包括直流电源电路、电容输入电路、电容触摸检测电路和功率驱动及开关电路。如图1所示，所述电容输入电路由触摸片和触发灵敏度调节电容组成，本电容式墙壁触摸开关控制电路中，电容输入电路由触摸片M和触发灵敏度调节电容C1组成，所述触发灵敏度调节电容C1一端接电源VCC负极，另一端与触摸片M连接并同时作为电容输入电路的输出端，触摸片M由导电金属片制成，通过设置合适的灵敏度调节电容C1，可以得到合适的触摸灵敏度，防止误触发，灵敏度调节电容C1通常选择30-47pF为宜；所述电容触摸检测电路为由单通道电容触摸开关集成电路U1组成，如RH6030、TTP223、ASC0111B，SOT23-6等集成芯片，本具体实施例选用TTP223，单通道电容触摸开关集成电路U1的第4、5、6脚连接到直流电源VCC的正极，第2脚连接到直流电源VCC的负极，触摸片与单通道电容触摸开关集成电路U1的第3脚连接，触发灵敏度调节电容C1连接在单通道电容触摸开关集成电路U1的第2脚和第3脚之间构成初始输出为高电平的双稳态电路，单通道电容触摸开关集成电路U1的第1脚为输出端，当所述电容触摸检测电路的输入端电容增加时，所述电容触摸检测电路的输出端电平翻转。

为了解决芯片在上电启动时，瞬时需要电源至少提供毫安级的电流的问题，零电压单火线墙壁触摸开关电路设计了独特的直流电源电路，本直流电源电路包括桥式整流电路、充电二极管VD2、充电电阻R4、第一储能电容C2、第二储能电容C3、第一斯密特反相器U3-1、第二斯密特反相器U3-2、第一分压电阻R1、第二分压电阻R2、充电晶闸管VT3、自举充电二极管VD3、自举升压电容C4、降压二极管LED2和稳压元件LED1，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2串联后连接在桥式整流电路的直流侧正负极两端，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2阻值比在10:1左右为宜，第一分压电阻R1阻值在10MΩ为宜，所述第一斯密特反相器U3-1的输出端与第二斯密特反相器U3-2输入端连接，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点与所述第一斯密特反相器U3-1的输入端连接构成零电压脉冲形成电路。所述充电晶闸管VT3、降压二极管LED2和光电耦合器OP1的输入侧串联后接在所述桥式整流电路的直流侧正负极两端之间，所述第二储能电容C3连接在充电晶闸管VT3阴极和桥式整流电路的直流侧负极之间，所述稳压元件LED1与第一储能电容C2并联后与限流电阻R4的串联支路并联在第二储能电容C3的两端，所述自举升压电容C4与限流电阻R3串接在所述零电压脉冲形成电路输出端和充电晶闸管VT3门极之间，所述自举充电二极管VD3并联在充电晶闸管VT3门极和负极之间，自举充电二极管VD3阴极连接在充电晶闸管VT3门极上，所述充电二极管VD2连接在所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点和所述稳压元件LED1与第一储能电容C2的正极上，所述第一分压电阻R1、充电二极管VD2及第一储能电容C2构成第一充电支路，所述充电晶闸管VT3、充电电阻R4及第一储能电容C2构成第二充电支路；为了尽量降低电路静态工作电流，所述稳压元件LED1的稳压值Vcc优选约为2.5 V，所述稳压元件LED1的稳压输出Vcc构成所述电容输入电路、电容触摸检测电路及零电压脉冲形成电路的直流工作电源，所述电容触摸检测电路的输出端经过第一封锁二极管VD1与零电压脉冲形成电路的输入端连接，为了能够可靠地封锁和解除封锁，所述电容触摸检测电路的输出端优选经过串联连接的第一封锁二极管VD1和第二封锁二极管VD4后再与零电压脉冲形成电路的输入端连接；所述桥式整流电路的交流侧两端为本零电压单火线墙壁触摸开关电路的两个接线端，使用时串接在负载的电源（市电）电路中，所述主晶闸管VT1串联在所述桥式整流电路的交流侧两端之间，所述光电耦合器OP1的输出端串接在主晶闸管VT1的触发电路中。其中，稳压元件LED1要选用稳压值为2.5-3.0 V、工作电流很小的稳压元器件，如三端稳压芯片HT7130，本具体实施例中，稳压元件LED1选用蓝光发光二极管，所述蓝光发光二极管的阴极与直流负极端连接，蓝光发光二极管的正向压降作为VCC直流电源，以提供约2.5 V左右的直流电压构成所述电容输入电路、电容触摸检测电路及零电压脉冲形成电路的直流工作电源，同时作为电源指示灯。选用2.5 V的直流电压作为工作电源可以使得单通道电容触摸开关集成电路U1的工作电流在3μA。所述降压二极管LED2优选与稳压元件LED1电性能相同，最好选用相同型号和规格的元件，本具体实施例中，所述降压二极管LED2同样选用相同型号和规格的蓝光发光二极管，所述降压二极管LED2阳极与充电晶闸管VT3的负极连接。在此选用蓝光或白光发光二极管作为低压稳压管使用，是因为现有2.5 V左右的低压稳压管的稳压性能远不及蓝光或白光发光二极管，并且工作电流在mA级，功耗过大。

具体实施例2：为了消除瞬态高频干扰，进一步地，所述主晶闸管VT1优选与抗干扰电感L1串联后并联在所述桥式整流电路的交流侧两端之间，另外，主晶闸管VT1的第一阳极和第二阳极两端并联有压敏电阻RV，其作用是利用压敏电阻RV的极间电容作为抗干扰电容，同时起到过压保护的作用。

为了进一步提高抗干扰，所述光电耦合器OP1的输入端上优选并联有抗干扰电容C5和放电电阻R7。

本零电压单火线墙壁触摸开关电路的工作原理如下：

1、启动阶段：当电路接通市电上电时，市电经过桥式整流电路整流后的直流侧为全波正弦脉动电压，所述第一分压电阻R1与第二分压电阻R2的连接点（即零电压脉冲形成电路的输入端）的电压约在0-30V之间波动，如果在上电的瞬间，全波正弦脉动电压已经过零处于上升阶段，电流经过第一分压电阻R1、充电二极管VD2构成的第一充电支路对第一储能电容C2充电，并再经过限流电阻R4对第二储能电容C3充电，由于所述第一斯密特反相器U3-1和第二斯密特反相器U3-2在1.2V时即可工作，当第一储能电容C2充电至1.2V时，单通道电容触摸开关集成电路U1为核心组成的双稳态电路初始输出不高于1.2V的电压，经过第一封锁二极管VD1和第二封锁二极管VD4压降后约为0V，不能对零电压脉冲形成电路的输入端构成封锁，零电压脉冲形成电路的输入端的电压将会随全波正弦脉动电压变化，当零电压脉冲形成电路的输入端的电压为0V时，经两次反相，零电压脉冲形成电路输出端也为0V，第二储能电容C3经过自举充电二极管VD3、限流电阻R3和零电压脉冲形成电路的输出端对自举升压电容C4充电至接近第二储能电容C3上的电压，当低电平由0V升至0.8V以上的高电平时，零电压脉冲形成电路输出端输出高电平，叠加自举升压电容C4电压，并经过限流电阻R3触发充电晶闸管VT3导通，桥式整流电路以较大的电流直接经过限流电阻R4对第一储能电容C2充电，使之快速上升到2.5 V的工作电压，并为单通道电容触摸开关集成电路U1提供足够的启动电流，此时，单通道电容触摸开关集成电路U1输出的高电平2.5 V，经过第一封锁二极管VD1压降后约为1.3V，为高电平，能将对零电压脉冲形成电路的输入端钳位在1.3-3.1V，即高电平状态从而构成封锁，零电压脉冲形成电路的输出端的电压不将会随全波正弦脉动电压变化，始终处于高电平状态，充电晶闸管VT3无触发电压而处于关闭，主晶闸管VT1同样也无触发电压，当主晶闸管VT1电流过零后自动关断，整个零电压单火线墙壁触摸开关电路启动完毕，处于待机状态，工作电流下降为20μA以下。

2、触摸工作阶段：当使用者接触触摸片M时使电容触摸检测电路的输入端电容增加时，所述电容触摸检测电路的输出端电平翻转，双稳态电路输出变为低电平，零电压脉冲形成电路的输入端封锁解除，电压将会随全波正弦脉动电压变化，当零电压脉冲形成电路的输入端的电压由低电平升至1.6V以上的高电平时，零电压脉冲形成电路输出端输出高电平，经过自举升压电容C4和限流电阻R3触发充电晶闸管VT3导通，并通过光电耦合器OP1进而触发主晶闸管VT1导通，负载RL得电，此时全波正弦脉动电压下降至0V，零电压脉冲形成电路的输入端输出低电平，输出端输出低电平，第二储能电容C3上电压经过自举充电二极管VD3、限流电阻R3和零电压脉冲形成电路的输出端对已放电自举升压电容C4进行补充充电，主晶闸管VT1电流过零后自动关断，为下半周触发充电晶闸管VT3做好准备。由于此时双稳态电路输出仍为低电平，零电压脉冲形成电路的输入端电压仍将会随全波正弦脉动电压变化，当零电压脉冲形成电路的输入端的电压由低电平升至0.8V以上的高电平时，零电压脉冲形成电路输出端输出高电平，并重复上述过程，周而复始。

当使用者再次接触触摸片M时使电容触摸检测电路的输入端电容增加时，所述电容触摸检测电路的输出端电平又翻转，双稳态电路输出再次变为高电平，将对零电压脉冲形成电路的输入端钳位在高电平状态构成封锁，零电压脉冲形成电路的输出端的电压不将会随全波正弦脉动电压变化，始终处于高电平状态，充电晶闸管VT3无触发电压而处于关闭，主晶闸管VT1同样也无触发电压，当主晶闸管VT1电流过零后自动关断，负载RL断电。