多地控制开关的制作方法
【专利摘要】一种多地控制开关，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。所述多地控制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正向充电时间和反向充电时间进行调整。所述多地控制开关可以作为普通开关的替代产品。
【专利说明】
多地控制开关
技术领域
[0001]本发明涉及一种电器设备的控制开关，尤其是一种多地控制开关。
【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]为了解决现有多地控制开关存在的问题，本发明提供了一种多地控制开关，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I个及I个以上并联的自复位开关，输出开关脉冲。
[0011 ]所述抗扰单元包括正向充放电电路、反向充放电电路、数据选择器。
[0012]所述正向充放电电路和反向充放电电路的输入信号为开关脉冲;所述数据选择器为二选一数据选择器;所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向充放电电路、反向充放电电路的输出端;所述数据选择器的数据输出端为控制脉冲端;所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制。
[0013]所述正向充放电电路包括正向电流驱动器、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路;所述正向电流驱动器的输入端为正向充放电电路输入端，输出连接至正向抗干扰施密特电路输入端;所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源。
[0014]所述反向充放电电路包括反向电流驱动器、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路;所述反向电流驱动器的输入端为反向充放电电路的输入端，输出连接至反向抗干扰施密特电路输入端;所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源。
[0015]所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向充放电电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向充放电电路输出端。
[0016]所述正向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流;所述正向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电压驱动且输出低电平;所述反向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流;所述反向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电压驱动且输出低电平。
[0017]所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系;所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系。
[0018]所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，控制脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，控制脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端。
[0019]所述抗扰单元能够过滤的正窄脉冲宽度通过改变正向充电时间来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变反向充电时间来进行控制;所述正向充电时间通过改变正向电流驱动器的流出驱动电流大小或者正向抗干扰电容的大小来进行控制;所述反向充电时间通过改变反向电流驱动器的流出驱动电流大小或者反向抗干扰电容的大小来进行控制。
[0020]本发明的有益效果是:所述多地控制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】
[0021 ]图1是多地控制开关实施例结构图；
[0022]图2是单火线单元实施例1电路；
[0023]图3是单火线单元实施例2电路；
[0024]图4是单火线单元实施例3电路；
[0025]图5是单火线单元实施例4电路；
[0026]图6是多地开关单元实施例电路；
[0027]图7为抗扰单元实施例；
[0028]图8为抗扰单元实施例的波形；
[0029]图9为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例1电路；
[0030]图10为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例2电路；
[0031]图11为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例3电路。
【具体实施方式】
[0032]以下结合附图对本发明作进一步说明。
[0033]如图1所示为多地控制开关实施例结构图，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。
[0034]多地开关单元输出的开关脉冲Pl被送至抗扰单元，抗扰单元对开关脉冲Pl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Gl被送至单火线单元。
[0035]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ACl、单火线通断控制信号输入端Gl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。
[0036]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UOl及其外围元件二极管D51、电容COl、电容C02、电感LOl、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UOl的型号为MP-6V-02S，低压差稳压器U02的型号为HT7350。
[0037]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UOI的交流电压公共端COM;电容COl的两端分别连接至单火线稳压器UOl的滤波电容输入端FIL和交流电压公共端COM;单火线稳压器UOl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LOl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ACl，输出连接至单火线稳压器UOl的直流高压输入端HDC。单火线稳压器UOl还设有直流电压输出端VCC、交流电压端AC。
[0038]低压差稳压器U02的输入端VIN连接至单火线稳压器UOl的直流电压输出端VCC，UOI的直流电压输出端输出直流电压+VCCl;低压差稳压器U02输出端VOUT输出+5V的直流工作电源+VCC;单火线稳压器UOl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。
[0039]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Gl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R53ο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。
[0040]双向晶闸管V51的两个阳极端分别连接至单火线输出端ACl和单火线稳压器UOl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Gl为低电平时，双向晶闸管V51导通，第I路开关为开态;单火线通断控制信号Gl为高电平时，双向晶闸管V51截止，第I路开关为关态。
[0041 ]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LO1、电容C02滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器UOl的直流高压输入端HDC，单火线稳压器UOl经DC/DC后输出直流电压+VCCl，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UOl的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器UOl通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容COl为开态取电滤波电容。单火线稳压器UOl开态取电输出的直流电压+VCCl与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCCl相应增大。
[0042]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UOl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LO1、电感L02，以及低压差稳压器U02及其外围元件电容C03、电容C04。
[0043]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Gl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。
[0044]继电器开关J54的两端分别连接至单火线输出端ACl和单火线稳压器UOl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UOl输出端输出的直流电压+VCCl;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Gl与三极管V50基极。单火线通断控制信号Gl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I路开关为开态;单火线通断控制信号Gl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I路开关为关态。
[0045]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LOl、电容C02滤波后，得到300V以上的直流电压送至单火线稳压器UOl的直流高压输入端HDC，单火线稳压器UOl经DC/DC后输出直流电压+VCCl，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UOl的交流电压端AC和交流电压公共端COM导通，单火线稳压器UOl通过负载电流进行取电，实现开态取电，电容COl为开态取电滤波电容。单火线稳压器UOl开态取电输出的直流电压+VCCl与负载功率有关，即功率越大输出直流电压+VCCl相应增大。
[0046]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。
[0047]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。
[0048]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ACl，输出连接至单火线稳压器U05的直流高压输入端HDC0
[0049]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VOUT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。
[0050]单火线单元实施例2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Gl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3中，U55的型号为 M0C3023。
[0051]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Gl为低电平时，双向晶闸管V55导通，第I路开关为开态;单火线通断控制信号Gl为高电平时，双向晶闸管V55截止，第I路开关为关态。
[0052]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。
[0053]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ACl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。
[0054]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ACl。单相桥式整流电路的整流输出正端为全波整流端ADI，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。
[0055]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ADl;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。
[0056]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。
[0057]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ADl;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Gl输入端。
[0058]当单火线通断控制信号Gl为低电平时，三极管V86截止，单向晶闸管V85截止，全波整流端ADI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。
[0059]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Gl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ADl，只有当全波整流端ADl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ADl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。
[0060]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。
[0061]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。
[0062]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Pl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η个自复位开关时，其中的I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η— I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。
[0063]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。Iv触发器的输入输出为控制脉冲Ml和单火线通断控制信号Gl。
[0064]抗扰单元包括正向充放电电路、反向充放电电路、数据选择器。
[0065]如图7所示为抗扰单元实施例。实施例中，正向电流驱动器、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路分别为电流驱动器Ul 1、电容Cl 1、施密特电路Fl I，组成了正向充放电电路;反向电流驱动器、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路分别为电流驱动器U21、电容C21、施密特电路F21，组成了反向充放电电路。电容C11的一端接施密特电路Fl I的输入端，另外一端连接至公共地；电容C21的一端接施密特电路F21的输入端，另外一端连接至公共地。Pl为开关脉冲端，Ml为控制脉冲端。
[0066]实施例中，数据选择器Tll为二选一数据选择器，二个数据输入信号与输出信号之间都是同相关系，施密特电路Fl 1、施密特电路F21则分别为同相施密特电路和反相施密特电路，因此，数据选择器Tll输出与施密特电路Fll输入信号之间为同相关系，数据选择器Tll输出与施密特电路F21输入信号之间为反相关系。数据选择器Tll的功能为:当选择控制端A = O时，输出Y = Dl ；当选择控制端A=I时，输出Y = D2。数据选择器Tll的输出端Y(即脉冲输出端Ml)直接连接至数据选择器Tll的选择控制端Α，控制脉冲Ml为低电平时，控制数据选择器Tll选择施密特电路Fll的输出信号A3送到数据选择器的输出端Y;控制脉冲Ml为高电平时，控制数据选择器Tll选择施密特电路F21的输出信号Α4送到数据选择器的输出端Y。
[0067]图8为抗扰单元实施例的波形，包括开关脉冲Pl和施密特电路FlI输出A3、施密特电路F21输出Α4、控制脉冲Ml的波形。图7中，当开关脉冲Pl长时间维持为低电平时，Al点为低电平，施密特电路Fll的输出A3为低电平；当开关脉冲Pl长时间维持为高电平时，Al点为高电平，A3为高电平。当开关脉冲Pl从高电平变成低电平时，电流驱动器Ull的输出Al立即变成低电平电位，A3立即从高电平变成低电平。当开关脉冲Pl从低电平变成高电平时，Al电位因电流驱动器Ul I输出的驱动电流向电容Cl I充电而上升，当充电时间达到TI，Al电位上升达到并超过施密特电路Fll的上限门槛电压时，A3从低电平变成高电平；当Pl的正脉冲宽度小于TI，充电时间小于TI，AI电位未达到施密特电路F11的上限门槛电压时PI即变成低电平，Al电位立即变成低电平电位，A3维持低电平状态。图8中，Pl和A3的初始状态为低电平。正窄脉冲11、正窄脉冲12、正窄脉冲13的宽度均小于Tl，A1电位无法经充电达到或超过施密特电路F11的上限门槛电压，对A3状态没有影响;PI的正脉冲14的宽度大于TI，因此，在PI的正脉冲14的上升沿过时间TI后，A3从低电平变为高电平。PI的正脉冲14的下降沿使A3从高电平变为低电平，Pl的正脉冲15的宽度大于Tl，在正脉冲15上升沿过时间Tl后，A3从低电平变为高电平。Pl正脉冲15的下降沿使A3从高电平变为低电平，Pl的正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18的宽度均小于Tl，因此，正脉冲16、正脉冲17、正脉冲18对A3没有影响，A3维持低电平状态。Pl的正脉冲19的宽度大于Tl，在正脉冲19上升沿过时间Tl后，A3从低电平变为高电平。
[0068]图7中，当开关脉冲PI长时间维持为低电平时，A2点为高电平，施密特电路F21的输出A4为低电平；当开关脉冲Pl长时间维持为高电平时，A2点为低电平，A4为高电平。当开关脉冲Pl从低电平变成高电平时，电流驱动器U21的输出A2立即变成低电平电位，A4立即从低电平变成高电平。当开关脉冲Pl从高电平变成低电平时，A2电位因电流驱动器U21输出的驱动电流向电容C21充电而上升，当充电时间达到T2，A2电位上升达到施密特电路F21的上限门槛电压时，A4从高电平变成低电平；当Pl的负脉冲宽度小于T2，充电时间小于T2，A2电位未上升达到施密特电路F21的上限门槛电压时，Pl即变成高电平，A2立即变成低电平电位，A4维持高电平状态。图8中，Pl和A4的初始状态为低电平。Pl的正脉冲11的上升沿使A4从低电平变为高电平，Pl的负脉冲20的宽度大于T2，在负脉冲20下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。Pl的正脉冲12的上升沿使A4从低电平变为高电平，Pl的负脉冲20、负脉冲21的宽度均小于T2，因此，负脉冲20、负脉冲21对A4没有影响，A4维持低电平状态。负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26的宽度均小于T2，A2电位无法经充电达到或高于施密特电路F21的上限门槛电压，对A4状态没有影响;Pl的负脉冲27的宽度大于T2，因此，在Pl的负脉冲27的下降沿过时间T2后，A4从高电平变为低电平。在PI的负脉冲27的上升沿，A4从低电平变为高电平。
[0069]施密特电路Fll的输出A3在开关脉冲Pl为低电平时保持低电平，在开关脉冲Pl由低电平变为高电平后过时间Tl才变为高电平。施密特电路F21的输出A4在开关脉冲Pl为高电平时保持高电平，在开关脉冲Pl由高电平变为低电平后过时间T2才变为低电平。或者说，在A3为高电平时，A4必定为高电平;在A4为低电平时，A3必定为低电平。
[0070]图8中，A3、A4的初始状态均为低电平，数据选择器Tll的输出Y为低电平，数据选择器Tl I选择A3作为输出Y且在A3为低电平的期间维持。当A3在边沿30从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y的高电平状态。当A4在边沿31从高电平变为低电平时，输出Y变为低电平，数据选择器T11选择A3作为输出Y，此时A3必定为低电平，维持输出Y的低电平状态。当A3在边沿32从低电平变为高电平时，输出Y变为高电平，数据选择器T11选择A4作为输出Y，此时A4必定为高电平，维持输出Y的高电平状态。
[0071]抗扰单元将PI信号中的窄脉冲11、窄脉冲12、窄脉冲13、窄脉冲2 3、窄脉冲24、窄脉冲25、窄脉冲26都过滤掉，而正宽脉冲14(包括正脉冲14、正脉冲15、正脉冲16、正脉冲17和正脉冲18，负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26为干扰脉冲)、负宽脉冲27能够通过，使Ml信号中出现相应的正宽脉冲28和负宽脉冲29。控制脉冲Ml与开关脉冲Pl同相，而输出的宽脉冲28上升沿比输入的正宽脉冲14上升沿滞后时间Tl，下降沿滞后时间T2。
[0072]正脉冲11、正脉冲12、正脉冲13为正窄脉冲，其中正脉冲11为干扰脉冲，正脉冲12、正脉冲13为连续的开关触点抖动脉冲。时间Tl为抗扰单元能够过滤的最大正窄脉冲宽度。Tl即为正向充电时间。Tl受到电流驱动器Ull的流出驱动电流大小、电流驱动器Ull的低电平电位、电容Cll大小、施密特电路Fll的上限门槛电压共同影响。通常情况下，调整Tl的值可以通过改变电流驱动器Ul I的流出驱动电流大小和电容Cl I大小来进行。
[0073]负脉冲23、负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26，其中负脉冲23为干扰脉冲，负脉冲24、负脉冲25、负脉冲26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即为反向充电时间。T2受到电流驱动器U21的流出驱动电流大小、电流驱动器U21的低电平电位、电容C21大小、施密特电路F21的上限门槛电压共同影响。通常情况下，调整T2的值可以通过改变电流驱动器U21的流出驱动电流大小和电容C21大小来进行。
[0074]图7中，电容ClI接公共地的一端还可以改接在施密特电路F11、施密特电路F21的供电电源端，即改接在直流工作电源+VCC;同样地，电容C21接公共地的一端也可以单独或者与电容Cl I 一起改接在直流工作电源+VCC。
[0075]图7中，施密特电路Fl1、施密特电路F21还可以同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器Tll的输入D1、D2与输出Y之间还可以同时或者单独为反相关系。当施密特电路F11、施密特电路F21同时或者单独选择反相施密特电路，数据选择器Tll的输入Dl、D2与输出Y之间同时或者单独为反相关系时，需要满足下面的条件，即:当数据选择器Tll输出Y与施密特电路F11正向充放电电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器T11输出Y与施密特电路F21输入信号之间为反相关系;此时Y的低电平控制选择施密特电路Fll的输出送到数据选择器Tll的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器Tll的输出端。当数据选择器Tll输出Y与施密特电路Fll输入信号之间为反相关系时，数据选择器Tll输出Y与施密特电路F21输入信号之间为同相关系;此时Y的低电平控制选择施密特电路F21的输出送到数据选择器Tll的输出端，Y的高电平控制选择施密特电路Fll的输出送到数据选择器Tll的输出端。
[0076]图9为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例1电路。开漏输出同相驱动器F12、电阻Rll组成正向电流驱动器。Pl为低电平时，同相驱动器F12输出Al为低电平;Pl为高电平时，同相驱动器Fl 2为开漏输出，电源+VCC经电阻Rl I流出驱动电流。
[0077]开漏输出反相驱动器F22、电阻R21组成反向电流驱动器。Pl为高电平时，反相驱动器F22输出A2为低电平;Pl为低电平时，反相驱动器F22为开漏输出，电源+VCC经电阻R21流出驱动电流。
[0078]同相驱动器F12、反相驱动器F22可以选择各种集电极开路、漏极开路的集成电路。
[0079]图10为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例2电路。三极管V21、电阻R22、电阻R23组成反向电流驱动器，Pl为高电平时，三极管V21饱和导通，反向电流驱动器输出A2为低电平;PI为低电平时，三极管V21截止，电源+VCC经电阻R22流出驱动电流。
[0080]三极管VI1、三极管V12、电阻R12、电阻R13、电阻R14组成正向电流驱动器，Pl为低电平时，三极管V12截止，三极管Vll饱和导通，正向电流驱动器输出Al为低电平;Pl为高电平时，三极管Vl 2饱和导通，三极管Vl I截止，电源+VCC经电阻Rl 2流出驱动电流。图1O中的三极管V12、电阻R14组成的反相电路也可以用其他反相器来替代。
[0081]图10中，正向电流驱动器和反向电流驱动器提供的流出驱动电流均不是恒定大小的驱动电流。
[0082]图11为正向电流驱动器和反向电流驱动器实施例3电路。三极管V25、三极管V26、稳压管D25、电阻R25、电阻R26组成反向电流驱动器，其中，三极管V26、稳压管D25、电阻R25组成反向恒流电路。Pl为高电平时，三极管V25饱和导通，反向电流驱动器输出A2为低电平；Pl为低电平时，三极管V25截止，电源+VCC经三极管V26流出恒流驱动电流。
[0083]三极管V15、三极管V16、三极管V17、稳压管D15、电阻R15、电阻R16、电阻R17组成正向电流驱动器，其中，三极管V16、稳压管D15、电阻R15组成正向恒流电路。Pl为低电平时，三极管V17截止，三极管V15饱和导通，正向电流驱动器输出Al为低电平;Pl为高电平时，三极管V17饱和导通，三极管V15截止，电源+VCC经三极管V16流出恒流驱动电流。图11中的三极管V17、电阻R17组成的反相电路也可以用其他反相器来替代。
[0084]所述正向抗干扰施密特电路、反向抗干扰施密特电路均为施密特电路，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⑶40106、74HC14，或者是选择具有高输入阻抗特性的CMOS施密特与非门CD4093、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为与器件相关的固定值。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。
[0085]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。
[0086]数据选择器可以选择74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件构成二选一数据选择器，也可以用门电路构成二选一数据选择器。
[0087]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Tl的正脉冲和宽度大于T2的负脉冲信号通过，因此，Tl、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】
1.一种多地控制开关，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所述的多地控制开关，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所述的多地控制开关，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所述的多地控制开关，其特征在于:所述多地开关单元包括I个及I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控制开关，其特征在于:所述抗扰单元包括正向充放电电路、反向充放电电路、数据选择器； 所述正向充放电电路和反向充放电电路的输入信号为开关脉冲； 所述数据选择器为二选一数据选择器;所述数据选择器的二个数据输入端分别连接至正向充放电电路、反向充放电电路的输出端； 所述数据选择器的数据输出端为控制脉冲端;所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制。6.根据权利要求5所述的多地控制开关，其特征在于:所述正向充放电电路包括正向电流驱动器、正向抗干扰电容、正向抗干扰施密特电路;所述正向电流驱动器的输入端为正向充放电电路输入端，输出连接至正向抗干扰施密特电路输入端;所述正向抗干扰电容的一端连接至正向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源； 所述反向充放电电路包括反向电流驱动器、反向抗干扰电容、反向抗干扰施密特电路；所述反向电流驱动器的输入端为反向充放电电路的输入端，输出连接至反向抗干扰施密特电路输入端;所述反向抗干扰电容的一端连接至反向抗干扰施密特电路输入端，另外一端连接至公共地或者是直流工作电源； 所述正向抗干扰施密特电路输出端为正向充放电电路输出端，反向抗干扰施密特电路输出端为反向充放电电路输出端。7.根据权利要求6所述的多地控制开关，其特征在于:所述正向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流;所述正向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电压驱动且输出低电平;所述反向电流驱动器输入为低电平时，输出端为电流驱动且流出驱动电流;所述反向电流驱动器输入为高电平时，输出端为电压驱动且输出低电平。8.根据权利要求7所述的多地控制开关，其特征在于:所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系;所述数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系。9.根据权利要求8所述的多地控制开关，其特征在于:所述数据选择器由控制脉冲进行数据选择控制的具体方法是，当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系时，控制脉冲的低电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端；当数据选择器输出信号与正向抗干扰施密特电路输入信号之间为反相关系、数据选择器输出信号与反向抗干扰施密特电路输入信号之间为同相关系时，控制脉冲的低电平控制数据选择器选择反向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端，高电平控制数据选择器选择正向抗干扰施密特电路的输出信号送到数据选择器的输出端。10.根据权利要求7所述的多地控制开关，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正向充电时间来进行控制，能够过滤的负窄脉冲宽度通过改变反向充电时间来进行控制;所述正向充电时间通过改变正向电流驱动器的流出驱动电流大小或者正向抗干扰电容的大小来进行控制;所述反向充电时间通过改变反向电流驱动器的流出驱动电流大小或者反向抗干扰电容的大小来进行控制。
【文档编号】G05F1/625GK106094968SQ201610420393
【公开日】2016年11月9日
【申请日】2016年6月15日 公开号201610420393.0, CN 106094968 A, CN 106094968A, CN 201610420393, CN-A-106094968, CN106094968 A, CN106094968A, CN201610420393, CN201610420393.0
【发明人】凌云, 孔玲爽, 肖会芹, 郭艳杰, 李 柱
【申请人】湖南工业大学