专利名称：改进型复合双控制模式民用电源开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及电学领域，是一种用于一般照明用途的民用电源控制开关。
发明背景现有的电源控制开关没有将自动延时和普通开闭式开关两种功能配合在一起的产品，在设计使用中多有不便，限制了产品的应用范围。此外对于和负载相串连，不接零线的二线自动开关而言，都是可控硅式设计的，它有控制负荷功率小，开关内部发热大，造成电源电磁污染的弊端。一般的自动控制开关很少能做到比较大的负荷功率，且常容易烧毁。
本实用新型是在本人的原“可即时转换的双控制模式新型民用电源开关”实用新型专利(02253935.2)的基础上经过改进而形成的。改进的目的在于使其功率负载能力进一步扩大，以适应更宽的范围。
发明内容
本实用新型改进型复合双控制模式民用电源开关是一种全新类型的照明控制开关，它兼普通电源控制开关和延时开关为一体，有双重控制功能，并且两种控制模式可以方便的相互转换。本装置做成的实际产品是墙体嵌入式的，面板上有两个按键和两只发光二极管指示灯可以提示开关当前工作状态。其中一个按键是开、关控制键，另一个键是延时控制键。开关共有三种工作状态，关断、开启和延时。二只指示灯全亮时是关断态，一只黄色指示灯对应于开、关控制键，另一绿色指示灯对应于延时控制键。按下开、关控制键电源开启，对应的黄色指示灯熄灭，再按一下开、关控制键电源关断，如此循环。不论开关处于开启或关断，按下延时控制键后开关转向延时工作状态，延时时间完了，照明灯自动熄灭。当按下延时控制键本装置处于延时工作状态时(绿色指示灯处于熄灭状态)，在延时段内按开、关控制键，照明灯就转于常亮状态，再按一下开、关控制键照明灯熄灭。由此可见，这两种工作模式是完全可以互相转换的。
本实用新型的自动开关不但使用灵活，功能非常强，而且在它丰富的功能之外还因它有清晰鲜明的工作状态显示，如果配以巧妙的工业美术设计，它能给人们带来非常良好的感觉。因此这样的照明开关很适用于制作高档的家用开关产品和一些在特定场合所使用的特种开关。比如在家庭卫生间，它的延时性能可以在人走之后让排风扇继续排风一段时间以消除室内异味；在储物间、仓库库房、公共盥洗间以及其他许多场合它的双重功能将能给人们以更多的便利。本装置采用了非常巧妙的设计，它采用继电器作为功率开关触点，并且像普通机械式开关一样是两线制的接线方式，所以用它可以直接代换普通机械式开关安装于通用制式的墙体开关槽内，并且它像普通机械式开关一样可以应用于包括感性负载和容性负载在内的各式用电器。在未来的现代家庭的家用照明系统和公共场所使用环境中，这种双控制模式的自动开关必然占据主流的地位。此外，本实用新型的自动开关的设计充分考虑到开关产品国家强制性技术标准(3C认证)的要求，并按IEC体系的相关标准进行设计，以满足产品达到国标和市场发展国际化需要。
技术方案原有技术的所有两线制的任何一种电源自动控制开关由于设计上的困难，它们都以可控硅作为功率开关元件，这样的开关往往因可控硅器件的耐受过电流能力差，常引起可控硅烧坏，造成该开关产品报废，使用继电器器件将大大减少自动控制开关的损坏几率，继电器比可控硅器件有更好的耐受大电流冲击的能力。但是以继电器作为功率开关元件，在两线制的接线方式也就是无零线接入、开关和负载相串连的设计框架中，它是一个长期悬而未决的技术难题。本实用新型很好的突破了这个设计难点，并且开关可以设计成工作于包括双稳态工作模式在内的任何一种控制方式。另外，采用继电器作为开关元件，不像可控硅式开关那样必然产生谐波污染电源，所以它又是一种“绿色产品”，对解决电网的电磁干扰问题非常有利。这种类型的电路设计，实际产品能做成同普通机械式开关一样的免零线的墙体嵌入式开关，有静耗电少、抗干扰能力强，产品成本低廉，负载不仅限于纯阻性负荷的特点。在除本发明人以外的以往的中国实用新型专利里是没有的，更无实际产品问世。
附图1是本实用新型的电路原理图，附图2是本实用新型的外观结构图。
实施方式本实用新型的电路原理请见附图1，介绍如下附图中ICA和ICB是一块普通的双D触发器，其中一个连接成标准的双稳态电路，另一个则连接成标准的单稳态电路形式。除此之外，又各将两者的一个输出端用RC微分电路引出，用之互相触发各自的复位端，这样如果ICA的时钟输入触发了ICA的翻转，那么不论现时ICB处于何种状态，必然被ICA的输出复位；反之如果ICB的时钟输入触发了ICB的翻转，那么不论现时ICA处于何种状态，必然被ICB的输出复位。通过这样的办法使两者互相变换工作状态，实际上就实现两种工作模式的自动转换。由图可见ICB的输出经C9、R8组成的微分电路微分后通过D5连到了ICA的R端。ICA的输出经C3、R5组成的微分电路微分后直接连到了ICB的R端。附图电路选择了一个双D触发器，但它也可以是任何另一种其他的触发器元件，包括J-K触发器元件。
ICA和ICB的一个输出端都各连接有一只发光二极管，可以指示电路的当前工作状态。开关面板上和两个按键对应的两只发光二极管指示灯可以提示开关当前工作状态。其中一个按键是开、关控制键，另一个键是延时控制键。开关共有三种工作状态，关断、开启和延时。二只指示灯全亮时是关断态，一只指示灯对应于开、关控制键，另一指示灯对应于延时控制键。按下哪个控制键对应的指示灯熄灭，说明它正处于相应的工作模式。
两个触发器的输出端各经一个二极管导向，汇合在一起输出给三极管开关N1，使用二极管导向是为两个电路不致互相影响。在任何一个触发器有输出时，三极管开关N1都导通，使继电器动作，负载被接通。负载接通后，有半波的电流是要流经继电器回路的，这样比较强的电流可以保证继电器保持锁定，直到三极管开关N1截止为止。
本实用新型专利比较本人的前一专利(02253935.2)所增加的部分在SCR、DW2、R13、R14和D10、R15。这部分电路所起到的作用是当开关功率负荷很大时，因为继电器是串连于负载的，所以需要流过非常大的电流。前方案采用普通的稳压二极管旁路掉对满足继电器吸合过剩的电流起到稳压的作用。但是当功率负荷过大时，这只稳压管自身的实际载荷也相对增加。尽管可以选用大功率的稳压管，但是它的发热问题难以解决。对500W的功率负荷而言，在半波状态，流过的电流也有2A以上，这样开关内部的通态总发热功率可能达到6W甚至10W以上。显然这将严重危及产品的性能可靠性，甚至造成开关失效。本改进设计可以解决这个问题。它采用一种特殊的可控硅电路来满足稳压和旁路过剩电流的需要。由附图可知，当交流电从零相角开始，电压渐增时，当它达到DW2的导通电压前，C10可以得到充电补充。超过DW2的导通电压后，DW2的导通让可控硅导通，从而旁路掉大相角时流过的大电流。可控硅的通态压降仅在1V左右，这就大大降低了开关的开态时开关内部的实耗功率，使之在可容许的范围之内。
发明特点附图1所示的电路的特点特别表现在1、由附图1可以看到，整体电路和负载是串连的，没有零线接入。2、ICA和ICB和周围元件所组成的电路分别是一个双稳态电路和一个单稳态电路，它们是由一种带有复位端的集成电路触发器元件构成。3、两者的一个输出端分别用RC微分电路引出，用之互相触发各自的复位端。ICA的Q+端通过C3连接到ICB的R端；ICB的Q+端通过C9、D5连接到ICA的R端。4、电路的功率开关采用继电器元件。5、电路的功率开关部分的连接方法如图所示，功率开关继电器的供电措施是双重的，在继电器未吸合时它的得电是由电阻降压、稳压管稳压的简单电路(D7、R12、DW2、C10)供应的；在继电器吸合时它的得电方式发生改变，被自身的触点转换为直接串连于负载回路中，只受D8的整流，利用半波电流供电。6、前级电路和继电器开关电路分别经不同的降压电阻R11和R12，由两套不同的供电电路供电，但是在继电器吸合后，继电器的触点将自身锁于和负载相串连的状态，使之继续得电，维持其获得足够的维持电流。同时由于DW2也串连于回路中，产生了一个电位，所以经D6和R9，前级电路的供电也得到了维持。7、两只发光二极管指示灯可以提示开关当前工作状态，开关共有三种工作状态，关断、开启和延时。二只指示灯全亮时是关断态，一只指示灯对应于开、关控制键，另一指示灯对应于延时控制键。按下哪个控制键对应的指示灯熄灭，说明它正处于相应的工作模式。8、采用了一个特别的可控硅稳压、旁路过剩电流的电路，使开关内部实耗功率大大降低，解决产品内部通态发热过大的问题。9、这种类型的电路适用于任何以继电器为开关触点，整体开关电路和负载相串连的无零线设计框架的单稳态延时开关和双稳态控制开关的电路当中。
本实用新型的有利效果是它解决了无零线接入的设计框架下，采用继电器作为功率开关的技术问题，它采用电阻降压，静态电流非常小，利用大容量电解电容储存可以让继电器吸合所应满足的电能。这是一种全新的设计，它有非常重要的意义。以继电器触点为功率开关的电路有如下的特点1、负载不仅限于纯阻性负荷，这样的开关可以用于排风扇、日光灯、节能灯的控制。2、它的抗过电流能力强，开关不易因负载灯泡寿命临终所发生的大电流烧毁，大大增加了产品的耐用性。3、不产生可控硅电路不可避免的电网电磁污染问题，因此它是一种“绿色产品”，并为产品满足EMC电磁检测标准创造非常良好的条件。它所能解决的问题是非常广泛的。以继电器为功率触点，并和负载串连的无零线接入的开关设计方法，是本实用新型最具创新性的特点。另外本实用新型提供了一种全新的照明开关形式，它是一个双控制模式的电子开关，除常规的开、关模式外还集成了延时控制模式，每一次操作这两种控制模式间都可以完成自动转换。同时它有一种特有的工作状态显示，非常鲜明，易于使用者分辨，所以它的使用带特殊的方便性。
应用前景本实用新型方案不仅是一个相当成熟具体的技术方案，在新颖性、实用性方面都有体现，同时它解决了一个非常重要的技术问题——在整个开关和功率负载相串连，无零线接入的情况下采用继电器作为功率开关的所有开关产品的设计难点，这类产品普遍适用于各种嵌壁式的墙体开关。由于目前的建筑配电安装大多都不在开关槽内配置零线(多布一条零线的工程耗材成本增加许多，需要耗去更多的铜线，而铜是贵重资源，无论对使用者或者从整个社会资源利用的综合效益的角度出发，在经济上都非常不划算)，所以市场上非常需要的是免接零线的二线开关产品，而本设计改变了墙体嵌入开关没有零线无法采用继电器元件做产品设计的业界现状。另外，本实用新型的自动开关的设计充分考虑到开关产品国家强制性技术标准(3C认证)的要求，并参照IEC体系的相关标准使产品可以满足国内、国际标准。这对产品拓展国际市场有极大的帮助作用，所以本实用新型方案所潜在的经济意义是非同寻常的。
权利要求1.一种改进型复合双控制模式民用电源开关，可即时转换控制模式，它可用于对照明灯或其他任何用电器进行双重工作模式的控制，其特征在于其构成具有以下部分以继电器为功率开关的电路和可以在双重工作模式间互相自动转换的双稳态电路和单稳态触发器电路的集成，它兼普通开和关的电源控制开关和延时开关为一体。
2.如权利要求1所述的装置其特征在于其电路以继电器为功率开关触点，整体电路和负载是串连的，没有零线接入，功率开关继电器的供电措施是双重的，在继电器未吸合时它的得电是由电阻降压、稳压管稳压的简单电路供应的；在继电器吸合时它的得电方式发生改变，被自身的触点转换为直接串连于负载回路中，利用半波电流供电。
3.如权利要求1所述的装置，其特征在于可以在双重工作模式间互相自动转换的电路是双稳态电路和单稳态触发器电路的集成，①两者的一个输出端分别用RC微分电路引出，用之互相触发对方的复位端；②触发器可以是D触发器，也可以采用任何另一种其他的带有R复位端和S置位端的触发器元件，包括J-K触发器元件；③两者的一个输出端都各连接有一只发光二极管，可以指示电路的当前工作状态；④前级电路和继电器开关电路分别经不同的降压电阻由两套不同的供电电路供电，但是在继电器吸合后，继电器的触点将自身锁于和负载相串连的状态，使之继续得电，维持其获得足够的维持电流，同时借D6和R9，前级电路的供电也得到了维持；④用一种特殊的可控硅稳压/电流旁路电路，代替稳压二极管对功率开关继电器的自身工作用电进行稳压；目的在于减少开关通态时开关内部的实耗功率，降低发热效应。
4.权利要求1所述的装置，其特征在于这种类型的电路适用于任何以继电器为开关触点，整体开关电路和负载相串连的无零线设计框架的单稳态延时开关和双稳态控制开关的电路当中。
5.权利要求1所述的装置其特征在于在开关面板上和两个按键对应的两只发光二极管指示灯可以提示开关当前工作状态，其中一个按键是开、关控制键，另一个键是延时控制键，开关共有三种工作状态，关断、开启和延时，二只指示灯全亮时是关断态，一只指示灯对应于开、关控制键，另一指示灯对应于延时控制键。按下哪个控制键对应的指示灯熄灭。
6.权利要求1所述的装置，其特征在于ICA的Q+端通过C3连接到ICB的R端ICB的Q+端通过C9、D5连接到ICA的R端。
专利摘要本实用新型是一种可即时转换的双控制模式的复合型新型民用电源开关。它兼普通电源控制开关的功能和延时开关为一体，有双重控制功能，并且两种控制模式可以方便的相互转换。本装置做成的实际产品是墙体嵌入式的，面板上有两只发光二极管指示灯可以提示开关当前工作状态。可用于对照明灯或其他任何用电器进行双重工作模式的控制。它适用于任何整体电路和负载是串连的，没有零线接入的继电器开关产品设计方案。本实用新型的独特设计可以解决一个业界一直存在的产品设计难题——如何在和负载串连的无零线设计框架中采用继电器式设计。同时它不像可控硅开关产生电网的电磁污染，是一种“绿色”产品，并可以满足EMC标准的电磁检测要求。新的专利在原设计的基础上采取措施，增大开关负荷的能力，使其范围可以达到5W——1000W。
文档编号H05B37/02GK2657289SQ02256930
公开日2004年11月17日 申请日期2002年10月14日 优先权日2002年10月14日
发明者陈有毅 申请人:陈有毅