专利名称：触摸开关的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够控制市电电路中的负载通电或断电的装置，尤其是工作于市电中的、与负载串联的、功能与普通单刀双掷开关相似的、通过触摸其触发端能够控制负载通电或断电的控制装置。
目前，能完成此功能的技术已有一些，但普遍存在着电路导通压降大、电路复杂或电路虽不复杂但使用了成本较高或体积较大的元件的情况，从而整机功耗较大、成本较高或体积较大。
本发明的目的，是提供一种具有此功能的控制装置，它电路简单且使用低成本及小体积元件，故整机成本较低、体积较小，另外，由于其电路在导通时压降较小，故功耗较低。
本发明是这样实现的在本装置的绝缘外壳的外表面上，固定有触摸金属片M；在绝缘外壳内，固定有本装置的印刷电路板，其电路由全桥BR、单向可控硅SCR、二极管D1、D2、D3、D4、D5、稳压二极管DZ1及DZ2、发光二极管LED、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、三极管T1、T2、T3、T4组成BR的两个交流输入端(AC端)分别接市电的一端AC0和负载RL的一端，两个输出端″+″、″-″中的″-″端为参考地″GND″；RL的另一端接市电的另一端AC1；SCR的正极接″+″，负极接″GND″，门极接R1的一端及C1的一端；R1的另一端接″GND″；C1的另一端接R2的一端及D1的负极；R2的另一端接D2的正极，D2的负极接R3的一端、T2的发射极及C3的正极；R3的另一端接T2的基极、R4的一端及R5的一端、D4的负极；R4的另一端接T1的集电极；T2的集电极接T1的基极及C2的正极；T1的发射极接″GND″；C2的负极接″GND″；C3的负极接″GND″；D1的正极接D3的正极和DZ1的负极、R8的一端；R8的另一端接″+″；D3的负极接R5的另一端、C4的正极和T3的漏极D；C4的负极接″GND″；T3的源极S接″GND″；T3的栅极接R6的一端、R7的一端；R6的另一端接″GND″；R7的另一端接触摸金属片M；DZ1的正极接″GND″；D4的正极接R9的一端、T4的集电极、C5的正极和DZ2的负极；R9的另一端接″+″；C5的负极接″GND″； DZ2的负极接″GND″；T4的发射极接″GND″； T4的基极接D5的负极；D5的正极接LED的负极、C6的正极和R11的一端；R11的另一端接″GND″；C6的负极接″GND′；LED的正极接R10的一端；R10的另一端接″+″。实际使用时，一般AC0接市电的零线，AC1接市电的相线。
电路中，全桥BR用于将50Hz市电整流为100Hz的全波脉动直流电，为后续电路提供供电电压。SCR为主控开关，R1用于防止SCR误触发。T1、T2组成可控关断的模拟可控硅，模拟可控硅的阳极为T2的发射极，阴极为T1的发射极，控制极为T2的基极，R3、C2用于防止此模拟可控硅误触发，C3用于暂时提供模拟可控硅的维持电流，R4的作用有两个，一个作用是使此模拟可控硅能够在其控制极的控制下关断，若R4短路，则T1集电极与T2的基极直接相连，模拟可控硅难以由控制极控制关断；另一个作用是降低模拟可控硅的导通电流，或称增大导通电阻。此模拟可控硅当其控制极(即T2的基极)输入低电平脉冲信号时即可导通；欲由导通转变为关断，则有两个途径，一是使其阳极电流(即流过R2、D2的电流)小于其维持电流，一是对其控制极(T2基极)加足够高的电压，使T2反向偏置。T3为N沟VMOS管；用于将人体触摸信号转化为电路内的开关信号，C4、R6用于防止其误导通，R7用来控制触发端的输入阻抗。T4等组成了反相器，当BR输出的电压瞬时值较高时，T4导通，从而使D4正极的电位变得很低。LED用作指示灯，既可表示本装置的当时工作状态为断开状态，又可在黑暗(灯灭)时指示本装置的位置，便于使用者操作。稳压二极管DZ1、DZ2用于箝位，在其阳极可得到经过箝位的电压。C5用于滤波，当T4截止时，在其正极可得到即使在交流电压过零时也不间断的直流电压，此电压通过D4为模拟可控硅的控制极提供能令其截止的反向偏压。C6的作用是，使T4在状态转变时有一段延迟时间(约为1s)，合理取R11、R9的数值，则可以作到当SCR两端的电压的瞬时值大于约200V时，T4(过大约1s之后)才导通，否则截止；当SCR两端的电压的瞬时值在大约100V至200V时，模拟可控硅得到足够强的反向偏压而截止；当SCR两端的电压的瞬时值小于100V时，模拟可控硅得不到反向偏压或得到的反向偏压不够强，不能由控制极控制关断。
此装置第一次接入电路中时，通电瞬间，SCR因无控制极电流而关断，负载RL两端电压为0V，市电整流后的电压全部加在SCR的两端；通电后瞬间，SCR两端的电压通过R8、D1对C1充电，从而产生充电电流，此充电电流部分流入SCR的控制极，使SCR导通。然而，由于C1的取值很小，C1很快被充满，从而不再存在充电电流，SCR因而关断；此时本装置才正式进入工作状态。因SCR截止，故流过RL的电流为流过R8、R9及R10的电流的总和，但因R8、R9及R10的取值均很大，故流过RL的电流很小(mA量级)，相当于本装置处于″断开″状态。此时LED因有电流流过而发光。同时，T4导通，使D4的正极电位变低，丧失对T2基极的上拉作用，使模拟可控硅输入低电平的触发电压成为可能。此时，若有人触摸触摸金属片M，则因T3的G极得到人体感应的电压在R6上的分压，使T3导通，从而T2的基极电位因R5的下拉作用而下降，T2导通，T1导通(即由T1、T2组成的可控硅导通)。导通后，C1上充满的电荷将通过R2、D2、模拟可控硅、GND、R1放掉，同时，C3上的电荷也被放掉一部分，但由于C3的容量较大，并且模拟可控硅的导通电阻较大，故其放电需较长的时间(约1s左右)，故此时即使撤去触发电压、C1不再为模拟可控硅提供阳极电流，C3亦可为其提供阳极电流以维持其继续导通一段时间(亦约1s左右)。在人体触摸期间，由于T3导通，使D3的正极的电位被下拉得很低，故C1不会得到充电电压，亦不会存在充电电流，故SCR仍然截止。若此时及时(在C3上的电荷放掉前)撤去触摸信号，即人体触摸的时间少于1s(实际上，人体触摸时间一般在几百毫秒左右)，则本装置将转变为接通状态，其具体过程如下首先，T3截止，脉动直流电压通过R8、D1为C1充电成为可能，一旦足够大的充电电流流过SCR的控制极，则SCR导通。SCR导通后，SCR两端的电压变得很低，C1的充电过程停止，开始通过仍在维持导通的模拟可控硅放电，此过程一直进行到BR整流的100Hz脉动直流电压此次周期的结束，即过零点处，SCR因无阳极电流而关断，下一个周期开始后，SCR仍关断，故SCR两端的电压不断上升，开始为C1充电，当SCR两端的电压足够大时(大约在10V左右)，有足够大的充电电流流过SCR的控制极，使SCR重新导通，重复上进行上一个周期的过程，也就是说，由于C1的不断地、自动地充电、放电，SCR工作在控制角极小(导通角接近一个周期)的控制导通状态，RL两端可得到接近完整的交流电压，亦即，此时本装置处于″接通″状态。之后，若又有人触摸金属片，则T3导通，D3的正极的电位变得很低，原来通过R8、D1为C1充电的电流被分流一部分，使SCR的导通变得困难。原来控制极电流较大时，SCR两端的电压增加到10V以上即可使SCR导通，现在由于控制极电流较小，SCR两端的电压需增加到100V以上才能使SCR导通。SCR两端的电压一旦增加到100V与200V之间，则D4的负极能够克服R5的下拉作用而提供足够强的高电压(对模拟可控硅而言，为反向偏压)，使模拟可控硅关断，从而C1失去了放电回路，充电电流越来越小，最终使SCR因无控制极电流而完全关断。SCR关断后，由于一般人体触摸的时间在几百毫秒左右，故从时间顺序上看，首先发生的是触摸信号被撤去，T3截止；然后发生的是，SCR两端的电压通过R11、LED为C6充电到T4导通，使D4正极的电位变低，为模拟可控硅提供的反向偏压消失，本装置重新回到″关断″状态。
由于在本电路中，没有使用变压器、降压电容或集成电路等高成本、大体积的元件，故本装置的成本较低、体积较小；另外，由于本装置在″接通″状态时电路的工作电压由市电在SCR的导通角前的期间内提供，而不是由电阻串入SCR回路的方法获得，故导通时的压降仅为SCR的导通压降，功耗很小。
以下结合附图
和实施例对本发明作进一步说明。
此实施例为一个外形尺寸及外电路接法均与普通壁式按键开关相同的，通过触摸其触发端(触摸金属片M)能够控制白炽灯负载通电(点亮)或断电(熄灭)的触摸开关装置。
附图是本发明的电路原理图。
电路部分由全桥BR、单向可控硅SCR、二极管D1、D2、D3、D4、D5、稳压二极管DZ1及DZ2、发光二极管LED、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、三极管T1、T2、T3、T4组成；BR的两个交流输入端(AC端)分别接市电的一端AC0和白炽灯负载RL的一端，两个输出端″+″、″-″中的″-″端为参考地″GND″；RL的另一端接市电的另一端AC1；SCR的正极接″+″，负极接″GND″，门极接R1的一端及C1的一端；R1的另一端接″GND″；C1的另一端接R2的一端及D1的负极；R2的另一端接D2的正极，D2的负极接R3的一端、T2的发射极及C3的正极；R3的另一端接T2的基极、R4的一端及R5的一端、D4的负极；R4的另一端接T1的集电极；T2的集电极接T1的基极及C2的正极；T1的发射极接″GND″；C2的负极接″GND″；C3的负极接″GND″；D1的正极接D3的正极和DZ1的负极、R8的一端；R8的另一端接″+″；D3的负极接R5的另一端、C4的正极和T3的漏极D；C4的负极接″GND″；T3的源极S接″GND″；T3的栅极接R6的一端、R7的一端；R6的另一端接″GND″；R7的另一端接触摸金属片M；DZ1的正极接″GND″；D4的正极接R9的一端、T4的集电极、C5的正极和DZ2的负极；R9的另一端接″+″；C5的负极接″GND″；DZ2的负极接″GND″；T4的发射极接″GND″；T4的基极接D5的负极；D5的正极接LED的负极、C6的正极和R11的一端；R11的另一端接″GND″；C6的负极接″GND′；LED的正极接R10的一端；R10的另一端接″+″。实际使用时，一般AC0接市电的零线，AC1接市电的相线。
此开关装置处于″断开″状态时，SCR关断，流过RL的电流为流过R8、R9及R10的电流的总和，但因R8、R9及R10的取值均很大，故流过RL的电流很小(mA量级)，故白炽灯不发光，但LED因有电流流过而发光，用以指示本开关的位置，便于使用者在黑暗中操作。同时，T4导通，使D4的正极电位变低，丧失对T2基极的上拉作用，使模拟可控硅输入低电平的触发电压成为可能。此时，若有人触摸触摸金属片M，则T3导通，从而模拟可控硅因其控制极受R5的下拉作用而导通，导通后，C1上充满的电荷将通过R2、D2、模拟可控硅、GND、R1放掉，同时，C3上的电荷也被放掉一部分，若此时及时撤去触摸信号，则模拟可控硅能维持导通，为C1的充电提供了可能。之后，脉动直流电压不断地为C1充电，又不断地被模拟可控硅放掉，从而不断地为SCR的控制极提供触发电流脉冲，使SCR工作在控制角极小(导通角接近一个周期)的控制导通状态，RL两端可得到接近完整的交流电压，亦即，此时本装置处于″接通″状态，白炽灯发光，LED熄灭。之后，若又有人触摸金属片，并及时撤去触摸信号，则T3导通，D3的正极的电位变得很低，原来通过R8、D1为C1充电的电流被分流一部分，使SCR的导通变得困难，导通转折电压变高，使D4输出高电压，令模拟可控硅关断，从而C1失去了放电回路，充电电流越来越小，最终使SCR因无控制极电流而完全关断，本装置重新又回到″关断″状态，白炽灯熄灭。SCR截止后，SCR两端的高电压使T4导通，使D4正极的电位变低，撤去加在模拟可控硅控制极的反向偏压，为重新触发做好了准备。
权利要求一种触摸开关，在其绝缘外壳的外表面上，固定有触摸金属片M；在绝缘外壳内，固定有本电路的印刷电路板，其电路部分由全桥BR、单向可控硅SCR、二极管D1、D2、D3、D4、D5、稳压二极管DZ1、DZ2、发光二极管LED、电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R10、R11、电容C1、C2、C3、C4、C5、C6、三极管T1、T2、T3、T4组成，其特征在于BR的两个交流输入端(AC端)分别接市电的一端AC0和负载RL的一端，两个输出端″+″″-″中的″-″端为参考地″GND″；RL的另一端接市电的另一端AC1；SCR的正极接″+″，负极接″GND″，门极接R1的一端及C1的一端；R1的另一端接″GND″；C1的另一端接R2的一端及D1的负极；R2的另一端接D2的正极，D2的负极接R3的一端、T2的发射极及C3的正极；R3的另一端接T2的基极、R4的一端、R5的一端、D4的负极；R4的另一端接T1的集电极； T2的集电极接T1的基极及C2的正极；T1的发射极结″GND″；C2的负极接″GND″；C3的负极接″GND″；D1的正极接D3的正极和DZ1的负极、R8的一端；R8的另一端接″+″；D3的负极接R5的另一端、C4的正极和T3的漏极；C4的负极接″GND″； T3的源极接″GND″；T3的栅极接R6的一端、R7的一端；R6的另一端接″GND″；R7的另一端接触摸金属片M；DZ1的正极接″GND″；D4的正极接R9的一端、T4的集电极、C5的正极和DZ2的负极；R9的另一端接″+″；C5的负极接″GMD″；DZ2的正极接″GND″；T4的发射极接″GND″；T4的基极接D5的负极；D5的正极接LED的负极、C6正极和R11的一端；R11的另一端接″GND″；C6的负极接″GND″；LED的正极接R10的一端；R10的另一端接″+″。
专利摘要一种触摸开关，涉及一种能够控制市电电路中的负载通电或断电的装置，尤其是工作于市电中的、与负载串联的、功能与普通单刀双掷开关相似的、通过触摸其触发端能够控制负载通电或断电的控制装置，其电路在接通状态时的工作电源由市电在可控硅的导通角之前的期间供给，故电路在导通时的压降较小，功耗较低。
文档编号H03K17/96GK2239683SQ95200108
公开日1996年11月6日 申请日期1995年1月3日 优先权日1995年1月3日
发明者廖晓明 申请人:廖晓明