多地联合控制的单火线开关的制作方法
【专利摘要】一种多地联合控制的单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元，能实现在无限多地点控制照明灯或者其他电器设备。所述单火线开关允许宽度大于规定值的正常操作脉冲信号通过，自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲，特别是能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲或者负窄脉冲干扰信号，消除开关脉冲的上升沿抖动和下降沿抖动；需要过滤的正窄脉冲和负窄脉冲最大宽度能够分别通过改变充电时间常数和放电时间常数进行调整。所述单火线开关可以作为普通开关的替代产品。
【专利说明】
多地联合控制的单火线开关
技术领域
[0001]本发明涉及一种电器设备的控制开关，尤其是一种多地联合控制的单火线开关。 【背景技术】
[0002]当要求对灯或者其他电器进行多地控制时，目前常用的方法一是采用双控开关和双刀双掷开关，现场接线复杂;二是采用智能开关，成本高，且智能开关内部的MCU容易受到各种干扰影响，开关易出现非受控的误动作。
【发明内容】
[0003]为了解决现有多地联合控制的单火线开关存在的问题，本发明提供了一种多地联合控制的单火线开关，包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元。
[0004]所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、单火线输出端、单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端。
[0005]所述保持单元设置有单火线通断控制信号输出端和控制脉冲输入端;所述单火线通断控制信号输出端连接至单火线通断控制信号输入端。
[0006]所述抗扰单元设置有控制脉冲输出端和开关脉冲输入端;所述控制脉冲输出端连接至控制脉冲输入端。
[0007]所述多地开关单元设置有开关脉冲输出端，所述开关脉冲输出端连接至开关脉冲输入端。
[0008]所述单火线通断控制模块由可控交流开关电路组成;所述可控交流开关电路由单火线通断控制信号输入端输入的单火线通断控制信号控制。
[0009]所述单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及多地开关单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源;所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。
[0010]所述多地开关单元包括1个及1个以上并联的自复位开关，输出开关脉冲。
[0011]所述抗扰单元包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路。
[0012]所述可控放电电路输入为开关脉冲，输出连接至施密特电路输入端;所述可控充电电路输入为开关脉冲，输出连接至施密特电路输入端;所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源;所述施密特电路的输出端为控制脉冲端。
[0013]所述可控放电电路包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门；所述快速放电二极管阴极连接至快速放电三态门输出端，阳极为可控放电电路输出端;所述充电电阻与快速放电二极管并联;所述可控充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门；所述快速充电二极管阳极连接至快速充电三态门输出端，阴极为可控充电电路输出端； 所述放电电阻与快速充电二极管并联。[0〇14]所述快速放电三态门输入端为可控放电电路输入端;所述快速充电三态门输入端为可控充电电路输入端;所述快速放电三态门由控制脉冲控制;所述快速充电三态门由控制脉冲控制。[〇〇15]所述快速放电三态门由控制脉冲控制以及快速充电三态门由控制脉冲控制的具体方法是，当施密特电路为同相施密特电路时，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态；当施密特电路为反相施密特电路时，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。
[0016]所述抗扰单元能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行控制。
[0017]所述充电时间常数为充电电阻与电容的乘积;所述放电时间常数为放电电阻与电容的乘积。
[0018]所述快速放电三态门与快速充电三态门同为同相三态门，或者是，所述快速放电三态门与快速充电三态门同为反相三态门。
[0019]本发明的有益效果是:所述多地联合控制的单火线开关能实现在无限多地点控制照明灯或者其他电器设备；允许宽度正常的自复位开关脉冲通过，能够自动过滤负宽脉冲期间的正窄脉冲和正宽脉冲期间的负窄脉冲干扰，将他地控制时的因长线路产生的高频干扰脉冲滤除;能够快速恢复过滤能力过滤连续的正窄脉冲干扰信号和连续的负窄脉冲干扰信号，消除开关脉冲的上升沿抖动和下降沿抖动;可以替代普通开关。【附图说明】
[0020]图1是多地联合控制的单火线开关实施例结构图；
[0021]图2是单火线单元实施例1电路；[〇〇22]图3是单火线单元实施例2电路；[〇〇23]图4是单火线单元实施例3电路；
[0024]图5是单火线单元实施例4电路；[〇〇25]图6是多地开关单元实施例电路；[〇〇26]图7为抗扰单元实施例；
[0027]图8为抗扰单元实施例的开关脉冲和控制脉冲波形。【具体实施方式】
[0028]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0029]如图1所示为多地联合控制的单火线开关实施例结构图，包括单火线单元10、保持单元20、抗扰单元30和多地开关单元40。
[0030]多地开关单元输出的开关脉冲P1被送至抗扰单元，抗扰单元对开关脉冲P1进行抗干扰处理后，输出的控制脉冲Ml被送至保持单元，保持单元对控制脉冲进行触发及状态保持处理后，输出的单火线通断控制信号G1被送至单火线单元。
[0031]所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端AC、单火线输出端AC1、单火线通断控制信号输入端G1和直流工作电源输出端+VCC。单火线取电模块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及多地开关单元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源。直流工作电源的地端为单火线通断控制模块以及多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。[〇〇32]如图2所示为单火线单元实施例1的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U01 及其外围元件二极管D51、电容C01、电容C02、电感L01、电感L02，以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。单火线单元实施例1中，单火线稳压器U01的型号为MP-6V-02S， 低压差稳压器U02的型号为HT7350。[0〇33]单火线输入端AC是单火线单元的模拟地AGND，连接至单火线稳压器U01的交流电压公共端COM;电容C01的两端分别连接至单火线稳压器U01的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端COM;单火线稳压器U01的直流输出电压地GND端为单火线单元的公共地，电感L02 的两端分别连接至单火线单元的公共地和模拟地;二极管D51、电感L01和电容C02组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D51连接至单火线输出端AC1，输出连接至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC。单火线稳压器U01还设有直流电压输出端VCC、 交流电压端AC。[〇〇34] 低压差稳压器U02的输入端VIN连接至单火线稳压器U01的直流电压输出端VCC， U01的直流电压输出端输出直流电压+VCC1;低压差稳压器U02输出端V0UT输出+5V的直流工作电源+VCC;单火线稳压器U01的地端GND连接至单火线单元的公共地;电容C03、电容C04分别为低压差稳压器U02的输入电压、输出电压滤波电容。
[0035]单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为双向晶闸管开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，包括双向晶闸管V51、可控硅输出光耦U51、电阻R51、电阻R52、电阻 R53。可控硅输出光耦U51为移相型，单火线单元实施例1中，型号为M0C3053。[〇〇36]双向晶闸管V51的两个阳极端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC;电阻R51并联在双向晶闸管V51的两个阳极端;可控硅输出光耦U51的输出可控硅与电阻R52串联，其串联支路连接至双向晶闸管V51的第一阳极和控制极;可控硅输出光耦U51的输入发光二极管与电阻R53串联，其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管 V51导通，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V51截止，第1 路开关为关态。[〇〇37]图2中，当双向晶闸管V51截止时，经二极管D51半波整流和电感L01、电容C02滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器 U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1，实现关态取电。当双向晶闸管V51导通时，负载电流经由单火线稳压器U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+VCC1与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。
[0038]如图3所示为单火线单元实施例2的电路。单火线单元实施例2的单火线取电模块结构与工作原理与单火线单元实施例1完全一样，包括单火线稳压器U01及其外围元件二极管D51、二极管D61、二极管D71、电容CO 1、电容C02、电感L01、电感L02，以及低压差稳压器U02 及其外围元件电容C03、电容C04。
[0039]单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为继电器开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，包括继电器开关J54、继电器线圈J50、三极管V50、二极管D50、电阻R50、 电阻R54。
[0040]继电器开关J54的两端分别连接至单火线输出端AC1和单火线稳压器U01的交流电压端AC;电阻R54并联在继电器开关J54的两端;继电器线圈J50为三极管V50的集电极负载， 继电器线圈J50的供电电源为U01输出端输出的直流电压+VCC1;二极管D50为继电器线圈 J50的续流二极管；电阻R50为三极管V50基极的限流电阻，连接单火线通断控制信号输入端 G1与三极管V50基极。单火线通断控制信号G1为高电平时，三极管V50导通，继电器线圈J50 得电，继电器开关J54闭合，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管 V50截止，继电器线圈J50失电，继电器开关J54断开，第1路开关为关态。[〇〇411图3中，当继电器开关J54断开时，经二极管D51半波整流和电感L01、电容C02滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U01的直流高压输入端HDC，单火线稳压器 U01经DC/DC后输出直流电压+VCC1，实现关态取电。当继电器开关J54闭合导通时，负载电流经由单火线稳压器U01的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器U01通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容C01为开态取电滤波电容。单火线稳压器U01开态取电输出的直流电压+VCC1与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCC1相应增大。[〇〇42]如图4所示为单火线单元实施例3的电路。单火线取电模块包括单火线稳压器U05 及其外围元件电容C05、电容C06、电感L05、二极管D55、整流桥U56，以及低压差稳压器U06及其外围元件电容C07、电容C08。单火线单元实施例2中，单火线稳压器U05的型号为BSW-6V-03S，低压差稳压器U06的型号为HT7350。[〇〇43]单火线稳压器U05设置有直流高压输入端HDC、直流输出电压地端GND、直流电压输出端VCC、开态输入直流电压端ACC，其直流输出电压地GND为单火线单元的公共地。
[0044]二极管D55、电感L05和电容C05组成半波整流滤波电路，半波整流滤波电路的输入由二极管D55连接至单火线输出端AC1，输出连接至单火线稳压器U05的直流高压输入端 HDC〇[〇〇45]低压差稳压器U06的输入端VIN连接至单火线稳压器U05的直流电压输出端VCC，U05的直流电压输出端输出直流电压+VCC2;低压差稳压器U06输出端V0UT输出+5V的直流工作电源+VCC;电容C07、电容C08分别为低压差稳压器U06的输入电压、输出电压滤波电容。
[0046]单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为双向晶闸管开关电路，由单火线通断控制信号G1控制通断，包括双向晶闸管V55、可控硅输出光耦U55、电阻R55、电阻R56、电阻 R57、稳压管D56、稳压管D57。可控硅输出光耦U55为移相型，单火线单元实施例2中，U55的型号为 M0C3023。[〇〇47]双向晶闸管V55的第一阳极连接至单火线输出端AC1、第二阳极连接至单火线输入端AC;电阻R55并联在双向晶闸管V55的两个阳极端;稳压管D56与稳压管D57反向串联后，一端连接至可控娃输出光親U55的输出可控娃的一端和整流桥U56的一个交流输入端，另外一端连接至双向晶闸管V55的控制极;可控硅输出光耦U55的输出可控硅的另外一端连接至双向晶闸管V55的第一阳极;整流桥U56的另外一个交流输入端连接至单火线输入端AC;电阻 R56并联在双向晶闸管V55的控制极和第二阳极;可控硅输出光耦U55的输入发光二极管与电阻R57串联，其串联支路一端连接至直流工作电源+VCC，另外一端为单火线通断控制信号输入端G1。单火线通断控制信号G1为低电平时，双向晶闸管V55导通，第1路开关为开态;单火线通断控制信号G1为高电平时，双向晶闸管V55截止，第1路开关为关态。[〇〇48] 图4中，当双向晶闸管V55截止时，经二极管D55半波整流和电感L05、电容C05滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC，单火线稳压器 U05经DC/DC后输出直流电压+VCC2,实现关态取电。
[0049]图4中，当开关为开态时，可控硅输出光耦U55的输出可控硅导通，由于其触发通道有2个反向串联的稳压管D56、稳压管D57,在交流电压过零但小于稳压管D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57截止，双向晶闸管V55截止;整流桥U56的2个交流输入端经由U55的输出可控硅连接至单火线输出端AC1和单火线输入端AC;整流桥U56的整流输出负端连接至公共地，正端连接至单火线稳压器U05的开态输入直流电压端ACC，实现开态取电；电容C06为整流桥U56的整流输出滤波电容。当交流电压过零后电压达到稳压管 D56、稳压管D57的导通阈值电压时，稳压管D56、稳压管D57导通，控制双向晶闸管V55导通向负载供电。因此，图4所示的单火线单元实施例3在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。
[0050]如图5所示为单火线单元实施例4的电路。单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路，由二极管D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88、单向晶闸管V85组成。二极管 D85、二极管D86、二极管D87、二极管D88组成单相桥式整流电路，其2个交流输入端分别为单火线输入端AC、单火线输出端AC1。单相桥式整流电路的整流输出正端为全波整流端AD 1，整流输出负端为公共地GND。单向晶闸管V85的阳极、阴极分别连接至全波整流端AD1、公共地。 [〇〇511单火线取电模块为DC/DC稳压电路。图5实施例中，单火线取电模由DC/DC稳压器 U85、三端稳压器U86、电阻R85、二极管D89、电容C85、电容C86、电容C87、电容C88组成，DC/DC 稳压器U85的型号是DY10、三端稳压器U86的型号是HT7250。电容C85、电阻R85、电容C86组成滤波电路;滤波电路的输入连接至二极管D89阴极、输出连接至DC/DC稳压器U85输入端；二极管D89阳极连接至全波整流端AD1;三端稳压器U86输入端连接至DC/DC稳压器U85输出端， DC/DC稳压器U85输出端输出的是直流电压+VCC3;三端稳压器U86输出端为直流工作电源+ VCC;电容C87为DC/DC稳压器U85的输出滤波电容，电容C88为三端稳压器U86的输出滤波电容。[〇〇52]HT7250输出+5V电压。如果DC/DC稳压器U85的输出电压满足的直流工作电源的供电要求，三端稳压器U86可以省略。DC/DC稳压器U85还可以选择其他具有宽范围的电压输入特性的DC/DC稳压器。[〇〇53]图5实施例中，单向晶闸管V85的触发控制电路由三极管V86、稳压管V87、电阻R86、 电阻R87、电阻R88、电阻R89组成；三极管V86集电极串联电阻R86后连接至稳压管V87阳极， 稳压管V87阴极连接至全波整流端AD1;三极管V86发射极经电阻R87连接至公共地;三极管 V86基极分别连接至电阻R88、电阻R89的一端；电阻R88的另外一端连接至公共地;三极管 V86发射极为触发信号输出端，连接至单向晶闸管V85控制极；电阻R89的另外一端为单火线通断控制信号G1输入端。[〇〇54]当单火线通断控制信号G1为低电平时，三极管V86截止，单向晶闸管V85截止，全波整流端AD 1得到的是2 20V交流整流后的全波电压，经电容C85、电阻R85、电容C86后，DC/DC稳压器U85输入端得到超过300V的直流电压，单火线取电模块实现了关态取电。
[0055]交流电源过零时，单向晶闸管V85关断。当单火线通断控制信号G1为高电平时，因三极管V85集电极经由稳压管V87连接至全波整流端AD1，只有当全波整流端AD1的电压大于稳压管V87的稳压值，三极管V85才导通，单向晶闸管V85才能被触发导通。全波整流端AD1的电压波形为窄电压脉冲，其脉冲幅度由稳压管V87的稳压值决定，其作用是为单火线取电模块提供开态供电电压。单火线单元实施例4在开态向负载供电时，负载是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才导通的交流电压。
[0056]单火线单元实施例1的单火线通断控制模块为双向晶闸管开关电路;单火线单元实施例2的单火线通断控制模块为继电器开关电路;单火线单元实施例3的单火线通断控制模块为双向晶闸管开关电路;单火线单元实施例4的单火线通断控制模块为单向晶闸管交流开关电路。所述双向晶闸管开关电路、继电器开关电路、单向晶闸管交流开关电路均为单火线通断控制模块中的可控交流开关电路。[〇〇57]如果负载为非电感性负载，前面所述的可控硅输出光耦还可以选择过零触发型器件。[〇〇58]如图6所示为有3个自复位开关的多地开关单元实施例电路，包括自复位开关S91、 自复位开关S92、自复位开关S93、电阻R91、驱动器F91。3个自复位开关S91、自复位开关S92、 自复位开关S93为并联关系，电阻R91为上拉电阻，自复位开关S91、自复位开关S92、自复位开关S93、电阻R91组成线与逻辑。由于自复位开关按下时输出低电平，或者是操作一次输出负开关脉冲，所以，3个自复位开关的操作与输出负开关脉冲之间为或逻辑关系。驱动器F91 用于提高开关脉冲P1的驱动能力。图6中的自复位开关S91、电阻R91、驱动器F91与单火线单元、保持单元、抗扰单元的电路安装在一起，作为本地控制开关对负载进行控制。自复位开关S92、自复位开关S93分别安装在另外两个地方，作为多地控制中的他地控制开关;他地控制开关中的自复位开关都通过连接线并联在本地控制开关的自复位开关上。当有n个自复位开关时，其中的1个作为本地控制开关，与上拉电阻(电阻R91 )、驱动器(驱动器F91 )、单火线单元、保持单元、抗扰单元的电路安装在一起，作为本地控制开关对负载进行控制；其他 n— 1个自复位开关作为他地控制开关，全部都通过连接线并联在本地控制开关中的自复位开关上。自复位开关包括自复位按钮开关、自复位翘板开关等。
[0059]保持单元为T'触发器，f触发器可以使用D触发器、JK触发器构成，或者是用二进制计数器等来实现。f触发器的输入输出为控制脉冲Ml和单火线通断控制信号G1。
[0060]抗扰单元的组成包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路。[0061 ]如图7所示为抗扰单元实施例。实施例中，快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门分别为二极管D11、电阻R11、三态门T11，组成了可控放电电路;快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门分别为二极管D12、电阻R12、三态门T12,组成了可控充电电路；电容为电容C11。施密特电路F11为同相施密特电路，因此，实施例中控制脉冲Ml与开关脉冲P1同相。电容Cl 1的一端接施密特电路的输入端，S卩FI 1的输入端A3，另外一端连接至公共地。 [〇〇62]图7实施例中，施密特电路FI 1为同相施密特电路，控制脉冲Ml (图7中A4点)直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端，三态门T11、三态门T12分别为低电平、高电平使能有效。控制脉冲Ml的高、低电平分别控制三态门T12为工作状态、为禁止状态，控制脉冲Ml 的高、低电平分别控制三态门Tl 1为禁止状态、为工作状态。受到控制脉冲Ml的控制，三态门 T11与三态门T12中总是一个处于为工作状态状态，另外一个处于为禁止状态状态。当三态门Til、三态门T12同时采用低电平使能有效或者是高电平使能有效的器件时，其中一个的由控制脉冲Ml的反相信号控制。
[0063]图8为抗扰单元实施例的开关脉冲和控制脉冲波形。图8中，P1为开关脉冲，Ml为控制脉冲，当P1低电平为正常的负宽脉冲时，图7中A3点电位与A1点低电平电位一致，Ml为低电平，三态门T11为工作状态，其输出的A1点电平与A0点一致;T12为禁止状态，输出为高阻态。正窄脉冲11的高电平通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升；由于窄脉冲11 的宽度小于时间T1，A3点电位在窄脉冲11结束时仍低于施密特电路F11的上限门槛电压，因此，Ml维持为低电平，三态门T11维持为工作状态;窄脉冲11结束时，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容Cir决速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致，恢复至窄脉冲11来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的正窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。正窄脉冲12、正窄脉冲13的宽度均小于时间T1，因此，当窄脉冲 12、窄脉冲13中的每一个结束时，Ml维持为低电平，A1点重新变为低电平且通过快速放电二极管D11使电容Cl 1快速放电，使A3点电位与A1点低电平电位一致。[〇〇64]脉冲14为正常的正宽脉冲，P1在上升沿20之后维持高电平时间达到T1时，A1点高电平的通过充电电阻R11对电容C11充电，使A3点电位上升达到施密特电路FI 1的上限门槛电压，施密特电路F11输出Ml在上升沿25处从低电平变为高电平，使三态门T11为禁止状态、 T12为工作状态，其输出的A2点电平与A0点一致;A2点的高电平通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，Ml维持为高电平。[〇〇65]负窄脉冲15的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降；由于窄脉冲15的宽度小于时间T2，A3点电位在窄脉冲15结束时仍高于施密特电路F11的下限门槛电压，因此，Ml维持为高电平，三态门T12维持为工作状态;窄脉冲15结束时，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致，恢复至窄脉冲15来临前的状态，其抗干扰能力得到迅速恢复，当后面紧接有连续的负窄脉冲干扰信号时，同样能够过滤掉。负窄脉冲16、负窄脉冲17、负窄脉冲18的宽度均小于时间T2,因此，当窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18中的每一个结束时，Ml维持为高电平，A2点重新变为高电平且通过快速充电二极管D12使电容C11快速充电，使A3点电位与A2点高电平电位一致。[〇〇66] P1在下降沿21之后维持低电平时间达到T2时，表示P1有一个正常的负宽脉冲，A2 点的低电平通过放电电阻R12对电容C11放电，使A3点电位下降达到施密特电路F11的下限门槛电压，施密特电路F11的输出Ml在下降沿26处从高电平变为低电平，使三态门T11为工作状态、T12为禁止状态;A1点的低电平通过快速放电二极管D11使电容C11快速放电，使A3 点电位与A1点低电平电位一致，Ml维持为低电平。P1的负宽脉冲19宽度大于T2,在负宽脉冲 19的上升沿22之后维持高电平时间达到T1时，Ml在上升沿27处从低电平变为高电平。
[0067] 抗扰单元将P1信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18都过滤掉，而正宽脉冲14、负宽脉冲19能够通过，使Ml信号中出现相应的正宽脉冲23和负宽脉冲24。控制脉冲Ml与开关脉冲P1同相，而输出的宽脉冲14上升沿比输入的宽脉冲14上升沿滞后时间H，下降沿滞后时间T2。[〇〇68]窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13为正窄脉冲，其中窄脉冲11为干扰脉冲，窄脉冲12、 窄脉冲13为连续的开关触点抖动脉冲。时间T1为抗扰单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。T1受到充电时间常数、三态门T11输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的上限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T11输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此， 调整T1的值可以通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行。图7中，充电时间常数为充电电阻R11与电容C11的乘积。所述抗扰单元允许宽度大于T1的正脉冲信号通过。
[0069]窄脉冲15、窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为负窄脉冲，其中窄脉冲15为干扰脉冲， 窄脉冲16、窄脉冲17、窄脉冲18为连续的开关触点抖动脉冲。时间T2为抗扰单元能够过滤的最大负窄脉冲宽度。T2受到放电时间常数、三态门T12输出的高电平电位、低电平电位和施密特电路F11的下限门槛电压共同影响。通常情况下，三态门T12输出的高电平电位和低电平电位为定值，因此，调整T2的值可以通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行。图7中，放电时间常数为放电电阻R12与电容C11的乘积。所述抗扰单元允许宽度大于大于T2的负脉冲信号通过。
[0070]图7中，电容C11接公共地的一端也可以改接在抗扰单元的供电电源端，即改接在直流工作电源+VCC。
[0071]图7中，施密特电路F11也可以选择反相施密特电路，此时控制脉冲Ml的高电平应该控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。例如，当图7中施密特电路F11选择反相施密特电路，仍将控制脉冲Ml直接连接至三态门T11、三态门T12的使能控制端时，三态门T11应该相应地改为高电平使能有效，三态门T12相应地改为低电平使能有效。选择反相施密特电路时电路的工作原理与图7相同，只是此时控制脉冲与开关脉冲反相。[〇〇72]快速放电三态门与快速充电三态门还可以同时选择具有反相功能的反相三态门。 当快速放电三态门与快速充电三态门同时选择反相三态门时，相当于在开关脉冲端增加一个反相器，即先将开关脉冲反相后再进行抗窄脉冲干扰，工作原理与图7相同。
[0073]所述施密特电路的输入信号为电容上的电压，因此，要求施密特电路具有高输入阻抗特性。施密特电路可以选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特反相器CD40106、 74HC14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非门⑶4093、74HC24等器件。CMOS 施密特反相器或者CMOS施密特与非门的上限门槛电压、下限门槛电压均为与器件相关的固定值，因此，调整能够过滤的输入的正窄脉冲宽度、负窄脉冲宽度需要通过改变充电时间常数、放电时间常数来进行。用施密特反相器或者施密特与非门构成同相施密特电路，需要在施密特反相器或者施密特与非门后面增加一级反相器。
[0074]施密特电路还可以选择采用运算放大器来构成，采用运算放大器来构成施密特电路可以灵活地改变上限门槛电压、下限门槛电压。同样地，采用运算放大器来构成施密特电路时，需要采用具有高输入阻抗特性的结构与电路。[〇〇75]对自复位开关进行操作时，正常的触点抖动时间低于20ms，而正常的开关脉冲宽度不小于100ms;两次操作之间的间隔也不会小于100ms。他地控制开关中的自复位开关全部都通过长连接线连接至本地控制开关中，有可能产生高频干扰脉冲。抗扰单元允许宽度大于T1的正脉冲和宽度大于T2的负脉冲信号通过，因此，T1、T2的取值范围均为20ms至 100ms，典型值均取50ms时，能够有效地将开关触点抖动干扰以及他地控制的线路高频干扰脉冲滤除。
【主权项】
1.一种多地联合控制的单火线开关，其特征在于:包括单火线单元、保持单元、抗扰单元和多地开关单元；所述单火线单元包括单火线取电模块和单火线通断控制模块，设置有单火线输入端、 单火线输出端、单火线通断控制信号输入端和直流工作电源输出端；所述保持单元设置有单火线通断控制信号输出端和控制脉冲输入端;所述单火线通断 控制信号输出端连接至单火线通断控制信号输入端；所述抗扰单元设置有控制脉冲输出端和开关脉冲输入端;所述控制脉冲输出端连接至 控制脉冲输入端；所述多地开关单元设置有开关脉冲输出端，所述开关脉冲输出端连接至开关脉冲输入端。2.根据权利要求1所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述单火线通断控 制模块由可控交流开关电路组成;所述可控交流开关电路由单火线通断控制信号输入端输 入的单火线通断控制信号控制。3.根据权利要求1所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述单火线取电模 块具有单火线开态取电功能和关态取电功能，用于向单火线通断控制模块以及多地开关单 元、保持单元、抗扰单元提供直流工作电源;所述直流工作电源的地端为单火线通断控制模 块以及多地开关单元、保持单元、抗扰单元的公共地。4.根据权利要求1所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述多地开关单元 包括1个及1个以上并联的自复位开关，输出开关脉冲。5.根据权利要求1 一4中任一项所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述 抗扰单元包括可控放电电路、可控充电电路、电容、施密特电路；所述可控放电电路输入为开关脉冲，输出连接至施密特电路输入端;所述可控充电电 路输入为开关脉冲，输出连接至施密特电路输入端；所述电容的一端连接至施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电 源；所述施密特电路的输出端为控制脉冲端。6.根据权利要求5所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述可控放电电路 包括快速放电二极管、充电电阻、快速放电三态门；所述快速放电二极管阴极连接至快速放 电三态门输出端，阳极为可控放电电路输出端;所述充电电阻与快速放电二极管并联;所述 可控充电电路包括快速充电二极管、放电电阻、快速充电三态门；所述快速充电二极管阳极 连接至快速充电三态门输出端，阴极为可控充电电路输出端;所述放电电阻与快速充电二 极管并联；所述快速放电三态门输入端为可控放电电路输入端;所述快速充电三态门输入端为可 控充电电路输入端;所述快速放电三态门由控制脉冲控制;所述快速充电三态门由控制脉 冲控制。7.根据权利要求6所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述快速放电三态 门由控制脉冲控制以及快速充电三态门由控制脉冲控制的具体方法是，当施密特电路为同 相施密特电路时，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为 禁止状态，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态；当施密特电路为反相施密特电路时，控制脉冲的高电平控制快速放电三态门为工作状态、快速充电三态门为禁止状态，控制脉冲的低电平控制快速放电三态门为禁止状态、快速充电三态门为工作状态。8.根据权利要求6所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述抗扰单元能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变充电时间常数或者施密特电路的上限门槛电压来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变放电时间常数或者施密特电路的下限门槛电压来进行控制。9.根据权利要求8所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述充电时间常数为充电电阻与电容的乘积;所述放电时间常数为放电电阻与电容的乘积。10.根据权利要求7所述的多地联合控制的单火线开关，其特征在于:所述快速放电三态门与快速充电三态门同为同相三态门，或者是，所述快速放电三态门与快速充电三态门同为反相三态门。
【文档编号】H03K17/79GK106033958SQ201610421329
【公开日】2016年10月19日
【申请日】2016年6月15日
【发明人】周维龙, 凌云, 曾红兵
【申请人】湖南工业大学