专利名称：稳压式多路灯光程控开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及开关领域，特别是一种稳压式多路灯光程控开关。
背景技术：
生产吊灯灯光控制开关的厂家较多，就使用的开关元件(可控硅或继电器)划分，典型的有胜球牌“高效电子控制专用开关”和华艺牌“高效电脑控制器”，其电路分别如图3、4所示。
由于大多数吊灯都是吸顶式装配，安装于吸顶罩内的控制开关，要求其体积很小，尤其是厚度必须很薄(＜20mm)，因而无一例外的采用了电容降压方式为控制电路提供电源。在电路中，电源最主要消耗在开关元件(双向可控硅的控制极电流或继电器工作电流)上。由于图3所示电路结构只能采用半波整流，为同时触发两只可控硅，降压电容C31用到1.5μF，即便如此，所能提供的平均电流也不过50mA，而小型双向可控硅最大直流控制极触发电流IGT(12V 25℃不含III+触发方式，“III+”及其它触发方式的意义，请见注解说明)就可达50mA，使用效果表明，要使图3所采用的直流且为I+、III+触发方式的可控硅可靠触发，降压电容还须加大，结果可控硅无触点、体积小的优点，因电容C31大的体积而不复存在。作为图3的改进型，在图4中开关元件使用微型继电器，由于电源可以采用全波整流，降压电容C41容量减小近一半，但微型继电器有触点，而且体积较大。
由于上述原因，也由于控制开关的体积限制，目前这类名为三路输出的控制开关，实际上都只有两个开关元件可以控制，这样当控制白炽灯数较多(比如8只以上)时，就很难满足使用者对灯光亮度的不同需求。
发明内容
本实用新型所要解决的技术问题是提供一种结构新颖、实用性强的稳压式多路灯光程控开关，该开关以不增大体积为前提，控制三个(或以上)开关元件，实现真正的多路输出；对于多只白炽灯泡同时工作的吊灯，使其工作电压稳定在额定电压之内。稳压特性能延长白炽灯泡的使用寿命，也能避免开灯瞬间灯泡更容易烧毁的现象发生，在电源电压较高时尤为实用。
本实用新型解决技术问题时是这样实现的其电路组成包括电容降压式直流电源，转换状态信号，二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发；还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源，其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。
上述移相器受控于电源电压。若输入电压低于210V，负半周触发脉冲与负半周零点检测电路输出同步(触发角α＝0)；当输入电压在210V-245V之间，负半周触发角α受控于输入电压，输入电压越高，触发角α越大(使输出电压保持在210V左右)；当输入电压大于245V后，触发角α固定不变；而正半周触发脉冲由一个相对负半周触发脉冲延时10mS(电网频率为50Hz)的延时器产生。
本实用新型与现有技术相比具有如下主要优点一是实现了真正的多路输出，能分别或同时控制三路灯光，满足使用者在不同条件下对灯光亮度的不同需求；合理地控制灯光亮度，也有利于省电，节约开支。
二是稳压特性可延长白炽灯泡的使用寿命，也能避免开灯瞬间灯泡更容易烧毁(P＝U*U/R、灯泡的热冷电阻比约为15)的现象发生，这对于多只白炽灯泡同时工作或者电源电压较高时尤为实用。
三是体积小，这是由于可控硅体积小，而脉冲触发方式又使降压电容可以很小的缘故。
四是结构简单，成本低廉，便于生产和推广。
图1是本实用新型电路原理方框图。
图2是图1的具体电路原理图。
图3是胜球牌“高效电子控制专用开关”电路原理图。
图4是华艺牌“高效电脑控制器”电路原理图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。
如图1所示，本实用新型的电路原理方框组成包括电容降压式负直流电源、转换状态信号(计数脉冲)、二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发；所述的电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、受控于电源电压的移相器、10mS延时器、负触发脉冲源形成电路。其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。
如图2所示，本实用新型的具体电路如下图中集成电路U1(U1A、U1B、U1C、U1D、U1E、U1F)是六施密特触发器40106(或反相器4069、14069)等，U2(U2A、U2B)是4013双D触发器。它们具有功耗小、抗干扰能力强、价格低廉等特点。
电容降压式负直流电源可由电容C1、C2、二级管D1、D2及稳压管DW1组成。D1是电源负半周整流二极管，D2为电源正半周C1的泄放通路，由于C1很小，为快速建立电压，C2取值较小为宣(直流电压稳定为前提)，直流电源取自C2负极。(为了方便，在以下对高低电平的叙述，均采用正逻辑。)电源电压幅度及负半周零点检测可由R1、R2、R3、D3、D4、C4、C10、稳压管DW2和集成电路U1的U1A组成。在电源正半周D3导通，VC4(电容C4上的电压，以下同)正比于电源电压；负半周C4通过R2缓慢(R7可忽略，而时间常数R2*C4＞＞20mS)放电因此，VC4可视为电源电压幅度检测结果。而负半周零点检测则是D4负半周导通，电源电压使U1A输入端快速(R3＞＞R1、DW2为限幅稳压管、)达到下限阈值而输出高电平，其上升沿与负半周零点相对应；正半周D4截止，C10通过R3放电直到U1A上限阈值而输出低电平。由于C10的作用，U1A输出矩形波占空比大于50％。电路连接关系是R1一端接交流电源电压，另一端与D3正极、D4负极相连，U1A脚1接D4正极、DW2正极、R3和C10的一端，D3负极接C4正极、R2一端，R2、R3和C10另一端、C4和DW2负极都接负直流电源公共端。
受控移相器电路可由R7、R8、R9、C7、可调电阻W1、三极管Q1及集成电路U1的U1B、U1C组成。电源电压幅度检测值+VC4和负直流电源经过R7、W1相加，其结果作为控制电压通过R8加到Q1的基极，使Q1受控于电源电压幅度而工作于饱和、放大、截止等状态，其实质是一个受控的可变电阻。从U1A输出上升沿开始经Q1与R9并联之等效电阻对C7充电，当VC7达到U1B上限阈值，U1C对应输出上升沿(称U1A上升沿到U1C上升沿为相移或触发角α)；而对C7充电直到U1A输出下跳沿为止，此后VC7通过R9(此时Q1反向截止)放电到U1B下限阈值，U1C输出下跳沿。在一个周期中，U1C上升沿的到来决定于Q1与R9并联之等数电阻与C7之积，而下跳沿仅由时间常数R9*C7决定。
其电路连接关系是R7一端接C4正极、W1一端接负电源，它们的另一端接R8并经R8接Q1基极，Q1发射极、R9并接于U1A脚2，Q1集电极接R9另一端、U1B脚3、C7一端，U1C脚5接U1B的脚4，U1C脚6接微分电容C8一端及C7另一端。
10mS延时器可由C6、可调电阻W2及集成电路U1的U1D、U1E构成。为了不影响移相器工作，延时器的输入信号没有从U1C引出，而是专门经过U1E引出。当U1E输出上升沿到来时，U1D输出对应下跳沿；与此同时，U1E对C6通过W2充电，调节W2使U1D输入降到下限阈值时正好10mS，U1D对应上升沿输出，完成10mS延时；而U1E对C6充电一直到其下跳沿到来时迅速放电。由此可知，虽然U1D上升沿相对U1E上升沿延时10mS决定于C6*W2，但U1E输出宽度必须≥10mS。电路连接关系是U1E脚11接U1B脚4，U1E脚10接C6一端，C6另一端接U1D脚9和W2，U1D脚8接微分电容C9一端。
负触发脉冲源形成可由C8、C9、D6、D7、D8、D9、R10及三极管Q2构成。其中C8、C9是微分电容，分别在U1C、U1D上升沿来时，产生微分尖脉冲并通过D7(D6)、R10使作为负电源开关的Q2饱和导通，形成负脉冲触发源；U1C、U1D下跳沿到时，C8、C9通过D9、D8迅速放电，周而复始。
其电路连接关系是C8一端与U1C脚6相连，另一端与D9负极、D7正极相接，C9一端与U1D脚8相连，另一端与D8负极、D6正极相接，D8、D9正极、Q2发射极接负电源，D6、D7负极经R10接Q2基极，Q2集电极作为脉冲源输出与三极管Q3、Q4、Q5发射极相连。
转换状态信号(计数脉冲)可由R4、R5、C3、D5及集成电路U1的U1F产生。正常情况下，对应U1A的一个矩型波周期，C3有一次充电与放电，由于D5的作用，充电时间常数小于放电时间常数，即充得快、放得慢，只要VC3一旦达到U1F上限阀值后，输出就保持低电平，此举有利于抗干扰。当要转换状态时，关断电源开关，U1A因此输出并保持低电平，VC3通过R5、R4放电至U1F下限阈值，U1F输出上升沿，此上升沿使计数器(D触发器)翻转；重新合上电源开关，U1F输出低电平，直到下次转换状态。在电源开关断合期间，VC2充当电源，微分电路使得Q2始终截止，而其它电路能耗较低，这既能减小C2容量又能保证在此期间电路可靠工作。
二位程控状态减计数器及译码可由集成电路U2的U2B及U2A组成二位二进制异步减计数器，C5、R6为计数器首次清零，使U2B U2A输出初始态从“00”开始，按“00→11→10→01→00”循环计数。R11、R12、R13和D10、D11、D12构成对U2A、U2B输出的异或非(同或)关系译码，即当计数器“00”及“11”状态时有输出。二位程控状态减计数器及译码输出作为负脉冲源的选通信号，高电平有效。
双向可控硅及选通触发可由Q3至Q5、Q6至Q8、R14至R18构成，其中电阻为三极管基极和可控硅控制极限流电阻。Q3至Q5的发射极接负脉冲源，选通信号对应接到Q3至Q5的基极，加有高电平的三极管导通，负脉冲源加到对应可控硅控制极，使其按触发角α导通点亮该路白炽灯。
下面简述一下本实用新型工作过程由于负触发脉冲源为程控开关各个状态公用，存在于电源开关闭合的整个期间，先介绍其形成过程。电源电压由零点进入负半周时，零点检测电路输出端U1A脚2对应上升沿，该上升沿是移相器的相移起始参考点。电源电压低于210V，Q1饱和，移相器不产生相移；电源电压在210-245V之间，Q1处于放大区，其等效电阻随电源电压升高而增大，移相器产生的相移也随之增大；电源电压大于245V之后，Q1截止，移相器的相移是由R9*C7决定的常数。
移相后的矩形波分两路，一路由U1C脚6经微分电容C8产生一正微分脉冲，使负脉冲源开关三极管Q2饱和导通，形成触发角为α的负半周触发信号；另一路经10mS延时后，再由U1D脚8经微分电容C9产生另一正微分脉冲，使Q2饱和导通，形成触发角为α的正半周触发信号；共同组成负触发脉冲源。负触发脉冲源加在Q3至Q5的发射极，等待基极选通。
首次台上电源开关，程控开关得电，负直流电源建立，由于减计数器U2B、U2A的清零端“R”接有R6、C5，C5从零开始负向充电至负电源电压，R端的高电平使U2B、U2A清零(高电平维持时间约0.5S，这段高电平保证了负直流电源电压稳定之前，计数器状态不受影响)，即首次状态为“00”，此时只有其同或关系译码输出为高电平，Q3被选通，负触发脉冲经Q3加到可控硅Q6的控制极，使其触发导通，A组白炽灯DSA点亮。
程控开关转换状态是由电源开关的一次短暂(＜2S)断合过程完成的，转换状态信号电路识别这一过程，并产生一个计数脉冲，加到减计数器的时钟端，每来一个脉冲，U2B、U2A按“00→11→10→01→00”的顺序转换一个状态，加之对其同或关系译码输出，作为选通信号加到Q3至Q5的基极，使可控硅Q6至Q8按“Q6→Q6、Q7、Q8→Q7→Q8→Q6”的顺序导通，点亮相应灯组。
注解说明以双向可控硅的MT1作为参考点，其触发方式有MT2+，控制极+；I+；I象限，正控制极电流和电压。
MT2+，控制极-；I-；I象限，负控制极电流和电压。
MT2-，控制极+；III+；III象限，正控制极电流和电压。
MT2-，控制极-；III-；III象限，负控制极电流和电压。
双向可控硅灵敏度最好的是I+和III-方式，稍低的是I-方式，最差的是III+。
权利要求1.一种稳压式多路灯光程控开关，其电路组成包括电容降压式直流电源，转换状态信号，二位程控状态减计数器及译码，双向可控硅及选通触发，其特征是所述的电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源，其中，双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式，其触发角α受控于电源电压。
2.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的移相器电路，包括R7、R8、R9、C7、可调电阻W1、三极管Q1及集成电路U1的U1B、U1C组成，其连接关系是R7一端接C4正极、W1一端接负电源，它们的另一端接R8并经R8接Q1基极，Q1发射极、R9并接于U1A脚2，Q1集电极接R9另一端、U1B脚3、C7一端，U1C脚5接U1B的脚4，U1C脚6接微分电容C8一端及C7另一端。
3.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的负触发脉冲源，包括C8、C9、D6、D7、D8、D9、R10及三极管Q2，其电路连接关系是C8一端与U1C脚6相连，另一端与D8负极、D6正极相接，C9一端与集成电路U1的U1D脚8相连，另一端与D9负极、D7正极相接，D8、D9正极、Q2发射极接负直流电源，D6、D7负极经R10接于Q2基极，Q2集电极作为脉冲源输出与三极管Q3、Q4、Q5发射极相连。
4.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的电源电压幅度及负半周零点检测电路，包括R1、R2、R3、D3、D4、C4、C10、稳压管DW2及集成电路U1的U1A，其连接关系是R1一端接电源电压，另一端与D3正极、D4负极相连，U1A脚1接D4正极、DW2正极、R3和C10的一端，D3负极接C4正极、R2一端，R2、R3和C10另一端、C4和DW2负极接负直流电源公共端。
5.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的10mS延时器，包括C6、可调电阻W2及集成电路U1的U1E、U1D，其连接关系是U1E脚11接U1B脚4，U1E脚10接C6一端，C6另一端接U1D脚9、W2，U1D脚8接微分电容C9一端。
6.根据权利要求1所述的稳压式多路灯光程控开关，其特征是所述的电容降压式直流电源，其电源降压电容C1的容量为≤0.47μF。
专利摘要本实用新型是一种稳压式多路灯光程控开关,其电路组成包括电容降压式直流电源,转换状态信号,二位程控状态减计数器及译码,双向可控硅及选通触发,其中电路组成还包括电源电压幅度及负半周零点检测、移相器、10mS延时器、负触发脉冲源,其中,双向可控硅采用控制极负脉冲触发方式,其触发角α受控于电源电压。本实用新型具有稳压特性好、多路输出、结构简单和成本低等优点。
文档编号H05B37/02GK2494099SQ0125017
公开日2002年5月29日 申请日期2001年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者徐祖明 申请人:徐祖明