专利名称：控制电路和电子开关电路的控制方法
技术领域：
本发明涉及控制电路和控制电路的控制方法，特别是可应用于对照明器具以及各种电器进行多控制端和多受控端的控制的电子开关电路。
在现有技术中，能实现具有多端控制和多端受控功能的控制电路的组成都比较复杂，例如在申请号为95108030，名称为《一种电子开关》的专利申请中所提出的技术方案。以上现有技术的缺点在于线路复杂、使用的元器件多、可靠性低等等。
本发明的目的是提供能以简单的电路来实现多控制端和多受控端的控制功能并且稳定可靠、使用元器件少的控制方法和应用该控制方法的控制电路与电子开关电路。
利用以下几种控制方法都可以达到本发明的目的1、控制端电路把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的直流电的电压上，控制端要达到的控制目的不同，输出的控制信号的电压也不同；各个受控端的状态是根据控制信号的电压是否在各自被预先设定的响应范围之内来确定的。当受控端有一个以上被预先设定的、控制信号能使其产生响应的电压范围时，各个受控端的状态是根据控制信号的电压是否在其响应范围之内和控制信号的电压在其哪一个响应范围之内来确定的。各个要求由电压不同的控制信号分别控制的受控端能对控制信号产生响应的电压范围的设定应当不相交叠。
2、控制端电路把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的脉动直流电的平均电压上，控制端要达到的控制目的不同，输出的控制信号的平均电压也不同；各个受控端的状态是根据控制信号的峰值电压和谷值电压是否分别大于和小于其被预先设定的基准电压来确定的，只有在控制信号的峰值电压和谷值电压分别大于和小于其被预先设定的基准电压时，受控端才对该控制信号产生响应。当受控端有一个以上被预先设定的基准电压时，各个受控端的状态是根据控制信号的峰值电压和谷值电压是否分别大于和小于其基准电压，以及控制信号的峰值电压和谷值电压分别大于和小于其哪一个基准电压来确定的。控制信号的脉动幅度应当小于能使一个以上的、具有不同的基准电压并且要求由平均电压不同的控制信号分别控制的受控端产生响应的范围。
3、控制端电路把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的脉动直流电的平均电压以及该脉动直流电的波形上，控制端电路输出的控制信号的平均电压不同，得到的控制结果就不同，控制端电路输出的控制信号的波形不同，得到的控制结果也不同；各个受控端的状态是根据控制信号的峰值电压和谷值电压是否分别大于和小于其被预先设定的基准电压以及控制信号的波形来确定的，只有在控制信号的峰值电压和谷值电压分别大于和小于其被预先设定的基准电压时，受控端才对该控制信号产生响应。当受控端有一个以上被预先设定的基准电压时，各个受控端的状态是根据控制信号的峰值电压和谷值电压是否分别大于和小于其基准电压，与控制信号的峰值电压和谷值电压分别大于和小于其哪一个基准电压，以及控制信号的波形来确定的。控制信号的脉动幅度应当小于能使一个以上的、具有不同的基准电压并且要求由平均电压不同的控制信号分别控制的受控端产生响应的范围。
利用本发明的控制方法而设计的控制电路及电子开关电路具有成本低、性能可靠、线路简单并且易于安装等优点，因而克服了利用现有技术的控制电路和电子开关难以实际应用和推广的弊端。
实施本发明所提出的控制方法的控制电路有多种类型，本说明书仅列举较为典型的几种电路。
图1是根据本发明的控制方法而设计的电子开关系统的方框图，该图对由图2、图3所示的电路组成的电子开关系统和由图4、图5所示的电路组成的电子开关系统，以及由图6、图7所示的电路组成的电子开关系统都适用。
在图1中标号为DC的方框表示电源，作用是把220V交流电转换成低压直流电并通过地线GND、电源正极线V+供应给各个控制端和受控端。标号为1、2、3、4、5--n的方框分别表示受控端1、2、3、4、5--n。标号为1`、2`、3`、4`、--n`的方框分别表示控制端1`、2`、3`、4`--n`。n与n`的值可以不相等，也就是说，受控端的个数可以比控制端的个数多，也可以比控制端的个数少。标号为1RL、2RL、3RL、4RL、5RL、--nRL的小方框分别表示各个受控端的负载。图中的1JK、2JK、3JK、4JK、5JK--nJK分别表示各个受控端的二个输出引线。标号为V220的二根线表示的是220伏的电源线，在字母V下面的小波浪线表示交流电。各个受控端和控制端的信号线(VI/O)都连接在一根线上。由于没必要把控制端和受控端全部都画出，所以用二条波浪线表示省略了这二条波浪线之间的受控端和控制端。
本说明书把图2--图8中由电阻1`R1--1`Rn+1串联而成的电路和1R1--1Rn+1串联而成的电路称为分压电路，把分压电路中电阻与电阻的连接点称为分压节点，并且设电阻1`R1--1`Rn+1的阻值分别等于电阻1R1--1Rn+1的阻值。图2--图8中的各个运算放大器都可以用电压比较器来代替。
图2、图3是一种把控制信息隐含在直流电的电压值上并以该直流电作为控制信号的控制电路。
图2是控制端电路。运算放大器1`A接成电压跟随器形式。二极管1`D的作用是阻止控制端之间相互的短路。电阻1`RA的作用是释放信号线上的电容或寄生电容的电荷以及降低信号线的阻抗。电阻1`RB的作用是在没有开关(1`K1--1`Kn)被按下时，使运算放大器1`A的同相输入端的电压处于或接近于地线电压，该电阻的阻值应当远大于分压电路中的电阻的阻值以减少对分压电路的影响。
图3是受控端电路，电阻1RA、1RB、1RC、1RD和电容1C1、运算放大器1A1组成一个振荡电路，电阻1RE、1RF、1RG、1RH和电容1C2、运算放大器1A2则组成第二个振荡电路，二个振荡电路都由信号线VI/O上的信号电压来确定其是否处于振荡状态。本说明书把该电路中的电阻1RA和1RE称为基准电压取样电阻，把电阻1RC和1RG称为正反馈电阻，把电阻1RD和1RH称为负反馈电阻，把电阻1RB和1RF称为负反馈分流电阻，把电容1C1和1C2称为延时电容。基准电压取样电阻所接的分压节点的电压就是该电阻所属振荡电路的基准电压，该电压确定了信号线上能让该电阻所属振荡电路发生振荡的电压范围的中点，该电阻的阻值应当远大于分压电路中的电阻的阻值以减少对分压电路的影响。负反馈分流电阻与负反馈电阻的阻值的比值影响信号线上能让这二个电阻所属振荡电路发生振荡的电压范围的大小，比值越大，能让这二个电阻所属振荡电路发生振荡的电压范围就越大；负反馈分流电阻与负反馈电阻的阻值的比值和基准电压取样电阻与正反馈电阻的阻值的比值的比值也影响信号线上能让这几个电阻所属振荡电路发生振荡的电压范围的大小，比值越大，能让这几个电阻所属振荡电路发生振荡的电压范围就越大；在一般的应用中，这些电阻的阻值应当调整到使信号线上能让某个振荡电路产生振荡的电压范围不与另一个振荡电路能产生振荡的电压范围交叠；基准电压取样电阻与正反馈电阻的阻值的比值不能大于或等于负反馈分流电阻与负反馈电阻的阻值的比值，否则其所属振荡电路无法发生振荡。延时电容的作用是使其所属振荡电路的运算放大器反相输入端的电压变化延后于该运算放大器输出端的电压变化以使该振荡电路能够产生振荡。二极管1D1、1D2、1D3、1D4的作用是对由隔直耦合电容1C3或1C5耦合过来的交流电进行整流。电容1C4的作用是对通过整流后的脉动直流电进行滤波和延迟该电流对由电阻1RI、1RJ、1RK和运算放大器1A3组成的双稳电路的作用。电阻1RK的作用是正反馈和防止1C4、1D1、1D2、1D3、1D4的漏电流以及运算放大器1A3输入端的电流使1A3的同相输入端的电压发生变化，该电阻的阻值要足够大以免正反馈电流等于或大于整流电路对1C4的充电或放电电流而使双稳电路锁死。电阻1RI和1RJ的作用是对1A3的反相输入端提供一个偏置电压，一般情况下，这二个电阻的阻值应相等。
当图2的控制端电路和图3的的受控端电路以图1所示的连接方法连接后，按下图2所示的开关1`K1，则该控制端就输出电压等于分压电路中的电阻1`R1和1`R2之间的分压节点的电压的直流信号到信号线上，由于控制端和受控端共用一个电源，并且它们的分压电路中的分压电阻都一一相等，所以这时信号线上的电压也等于受控端的分压电路中的分压电阻1R1和1R2之间分压节点的电压，所以这时图3的受控端电路中由1RE、1RF、1RG、1RH和电容1C2、运算放大器1A2组成的振荡电路就发生振荡，通过1C5耦合、1D3、1D4整流后使1C4充电，在1A3的同相输入端的电压高于其反相输入端的电压时，1A3的输出端输出高电平，使继电器1J的触点闭合，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被接通。按下图2所示的开关1`K2，则该控制端就输出电压等于分压电路中的电阻1`R2和1`R3之间的分压节点的电压的直流信号到信号线上，这时图3的受控端电路中由1RA、1RB、1RC、1RD和电容1C1、运算放大器1A1组成的振荡电路就发生振荡，通过1C3耦合、1D1、1D2整流后使1C4放电，在1A3的同相输入端的电压低于其反相输入端的电压时，1A3的输出端输出低电平，使继电器1J的触点断开，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被断开。当信号线上的信号电压不能使受控端的振荡电路产生振荡时，受控端的双稳电路将保持其所处的状态。
图4、图5是一种把控制信息隐含在脉动直流电的平均电压上并以该脉动直流电作为控制信号的控制电路。本说明书把脉动直流电的脉动电压的峰值和谷值间的中点值称作脉动波的平均电压值。
图4是控制端电路，运算放大器1`A1、1`A3接成电压跟随器形式，二极管1`D的作用是阻止控制端之间相互的短路，电阻1`RA的作用是释放信号线上的电容或寄生电容的电荷以及降低信号线的阻抗，电阻1`RB的作用是在没有开关(1`K1--1`Kn)被按下时，使运算放大器1`A的同相输入端的电压处于或接近于地线电压，该电阻的阻值应当远大于分压电路中的电阻的阻值以减少对分压电路的影响。电阻1`RD、1`RE、1`RG、1`RH、电容1`C2、运算放大器1`A2组成了振荡电路，其振荡输出通过电阻1`RC、电容1`C1与电阻1`RF的作用，迭加在由1`A3输出的直流电上。调整1`C1和1`RC对振荡电路输出电流的等效电阻值与1`RF的阻值的比例，可以调整输出到信号线上的脉动直流电的脉动幅度，在一般的应用中，脉动幅度应当调整为只能被基准电压值等于控制信号的平均电压值的电压比较器检出。
图5是受控端电路，运算放大器1A1和1A2接成电压比较器的形式，它们的同相输入端所接的分压节点的电压，就是用来和信号线上的信号进行比较的电压，本说明书称之为基准电压。当信号线上的脉动直流信号的波峰电压大于、波谷电压小于某个电压比较器的基准电压时，该电压比较器的输出端的电压就随着信号的脉动周期进行高电平状态和低电平状态的交替变换，本说明书称这种情况为信号被该电压比较器检出，和该电压比较器所属的受控端对信号产生响应。二极管1D1、1D2、1D3、1D4的作用是对由隔直耦合电容1C3或1C5耦合过来的交流电进行整流。电容1C4的作用是对通过整流后的脉动直流电进行滤波和延迟该电流对由电阻1RI、1RJ、1RK和运算放大器1A3组成的双稳电路的作用。电阻1RK的作用是正反馈和防止1C4、1D1、1D2、1D3、1D4的漏电流以及运算放大器1A3输入端的电流使1A3的同相输入端的电压发生变化，该电阻的阻值要足够大以免正反馈电流等于或大于整流电路对1C4的充电或放电电流而使双稳电路锁死。电阻1RI和1RJ的作用是对1A3的反相输入端提供一个偏置电压，一般情况下，这二个电阻的阻值应相等。
当图4的控制端电路和图5的的受控端电路以图1所示的连接方法连接后，按下图4所示的开关1`K1，则该控制端就输出脉动波的平均电压值等于分压电路中的电阻1`R1和1`R2之间的分压节点的电压值的脉动直流信号到信号线上，该信号就被图5所示的受控端电路中由运算放大器1A2组成的电压比较器检出并通过电容1C5耦合、1D3、1D4整流后使1C4充电，在1A3的同相输入端的电压高于其反相输入端的电压时，1A3的输出端输出高电平，使继电器1J的触点闭合，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被接通。按下图4所示的开关1`K2，则该控制端就输出脉动波的平均电压值等于分压电路中的电阻1`R2和1`R3之间的分压节点的电压值的脉动直流信号到信号线上，该信号就被图5所示的受控端电路中由运算放大器1A1组成的电压比较器检出并通过电容1C3耦合、二极管1D1、1D2整流后使1C4放电，在1A3的同相输入端的电压低于其反相输入端的电压时，1A3的输出端输出低电平，使继电器1J的触点断开，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被断开。
图6、图7是一种把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的脉动直流电的平均电压以及该脉动直流电的波形上的控制电路。本说明书把脉动直流电的脉动电压的峰值和谷值间的中点值称作脉动波的平均电压值。
图6是控制端电路，电阻1`RA和1`RB的作用是在没有开关(1`K1--1`Kn)被按下时，分别使运算放大器1`A1和1`A2的同相输入端的电压处于或接近于地线电压，该电阻的阻值应当远大于分压电路中的电阻的阻值以减少对分压电路的影响。运算放大器1`A1、1`A2、电阻1`RC、1`RE、二极管1`D1、1`D2组成了二个输出电路。运算放大器1`A3、电阻1`RJ、1`RK、1`RL、1`RM、二极管1`D5、以及电容1`C2组成了输出高电平时间长于低电平时间的振荡电路，其输出通过电阻1`RI和电容1`C1输出，并被二极管1`D3、1`D4限幅，经过电阻1`RF与1`RD、1`RH与1`RG的作用，把振荡信号分别加在1`A1的反相输入端和1`A2的同相输入端。由于1`A3等组成的振荡电路输出的信号加在1`A2的同相输入端，所以由1`A2等组成的输出电路输出到信号线上的脉动直流电的脉动波与振荡电路输出的振荡信号同相，既脉动信号的电压大于平均电压的时间比小于平均电压的时间长；由于1`A3等组成的振荡电路输出的信号加在1`A1的反相相输入端，所以由1`A1等组成的输出电路输出到信号线上的脉动直流电与振荡电路输出的振荡信号反相，既脉动信号的电压大于平均电压的时间比小于平均电压的时间短。调整1`RF与1`RD的阻值比例以及调整1`RH与1`RG的阻值比例，分别可以调整二个输出电路输出到信号线上的信号的脉动幅度。信号的脉动幅度应当调整为只能被基准电压值等于控制信号的脉动波的平均电压值的电压比较器检出。
图7是受控端电路，运算放大器1A1接成电压比较器的形式，其同相输入端所接的分压节点的电压，称之为基准电压。当信号线上的脉动直流信号的波峰电压大于、波谷电压小于电压比较器的基准电压时，该电压比较器的输出端的电压就随着信号的脉动周期进行高电平状态和低电平状态的交替变换。电阻1R是限流电阻。电阻1RI、1RJ、1RK和运算放大器1A3组成了双稳电路。二极管1D1、1D2的作用是整流。电阻1RK的作用是正反馈和防止1C4、1D1、1D2、的漏电流以及运算放大器1A3输入端的电流使1A3的同相输入端的电压发生变化，该电阻的阻值要足够大以免正反馈电流等于或大于1A1通过1C3、1R对1C4的充电或放电电流使双稳电路锁死。电阻1RI和1RJ的作用是对1A3的反相输入端提供一个偏置电压，一般情况下，这二个电阻的阻值应相等。
当图6的控制端电路和图7的的受控端电路以图1所示的连接方法连接后，按下图6所示的开关1`K2，则由1`A2等组成的输出电路就输出脉动波的平均电压值等于分压电路中的电阻1`R2和1`R3之间的分压节点的电压值的脉动直流信号到信号线上。由于该脉动信号的电压大于平均电压的时间比小于平均电压的时间长，所以图7所示的受控端的电压比较电路1A1的输出端处于高电平的时间比处于低电平的时间短，因此1A1的输出端通过1C3、1R使1C4放电的时间比使1C4充电的时间长而使1A3的同相输入端电压下降，在1A3的同相输入端的电压低于其反相输入端的电压时，1A3的输出端处于低电平，继电器1J的触点断开，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被断开。按下图6所示的开关1`K12，则由1`A1等组成的输出电路就输出脉动波的平均电压值等于分压电路中的电阻1`R2和1`R3之间的分压节点的电压值的脉动直流信号到信号线上。由于该脉动信号的电压大于平均电压的时间比小于平均电压的时间短，所以图7所示的受控端的电压比较电路1A1的输出端处于高电平的时间比处于低电平的时间长，因此1A1的输出端通过1C3、1R使1C4放电的时间比使1C4充电的时间短而使1A3的同相输入端电压上升，在1A3的同相输入端的电压高于其反相输入端的电压时，1A3的输出端处于高电平，继电器1J的触点闭合，该受控端的输出引线，也就是继电器1J的触点的两根引出线1JK和1JK之间就被接通。
以上各个实施例中，运算放大器可以使用型号为LM324的集成电路。
权利要求
1.能实现多端控制和多端受控功能的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于控制端把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的直流电的电压上，控制端要达到的控制目的不同，输出的控制信号的电压也不同；受控端的状态是根据控制信号的电压是否在其响应范围之内来确定的；各个要求由电压不同的控制信号分别控制的受控端能对控制信号产生响应的电压范围不相交叠。
2.权利要求1所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于受控端具有一个以上的能对控制信号产生响应的电压范围，受控端的状态是根据控制信号的电压是否在其响应范围之内和在其哪一个响应范围之内来确定的。
3.权利要求书1或2所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于由若干个图2的控制端和若干个图3的受控端以图1的连接方式连接而成，控制端和受控端的个数可以不相等。
4.能实现多端控制和多端受控功能的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于控制端电路把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的脉动直流电的平均电压上；受控端的状态是根据控制信号的峰值电压与谷值电压是否分别大于和小于其基准电压来确定的；控制信号的脉动幅度小于能使一个以上的、具有不同的基准电压并且要求由平均电压不同的控制信号分别控制的受控端产生响应的值。
5.权利要求4所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于受控端具有一个以上的基准电压，受控端的状态是根据控制信号的峰值电压与谷值电压是否分别大于和小于其基准电压和根据控制信号的峰值电压与谷值电压分别大于和小于其哪一个基准电压来确定的。
6.权利要求书4或5所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于由若干个图4的控制端和若干个图5的受控端以图1的连接方式连接而成，控制端和受控端的个数可以不相等。
7.能实现多端控制和多端受控功能的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于控制端电路把控制信息隐含在被其作为控制信号输出的脉动直流电的平均电压和该脉动直流电的波形上受控端的状态是根据控制信号的峰值电压和谷值电压是否分别大于和小于其基准电压和根据控制信号的波形来确定的；控制信号的脉动幅度小于能使一个以上的、具有不同的基准电压并且要求由平均电压不同的控制信号分别控制的受控端产生响应的值。
8.权利要求7所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于受控端具有一个以上的基准电压，受控端的状态是根据控制信号的峰值电压与谷值电压是否分别大于和小于其基准电压和控制信号的峰值电压与谷值电压分别大于和小于其哪一个基准电压以及根据控制信号的波形来确定的。
9.权利要求书7或8所述的控制电路，包括电子开关电路，其特征在于由若干个图6的控制端和若干个图7的受控端以图1的连接方式连接而成，控制端和受控端的个数可以不相等。
全文摘要
本发明是控制电路的控制方法,解决了现有技术中具有多端控制和多端受控功能的控制电路的组成复杂、可靠性低等问题。控制端1`、2`、3`、4`－n`把控制信息隐含在控制端输出到信号线VI/O上的控制信号的电压上,受控端1、2、3、4、5－n根据信号线VI/O上的控制信号的电压来确定是否对信号产生响应。
文档编号H03K17/00GK1368794SQ0110530
公开日2002年9月11日 申请日期2001年2月8日 优先权日2001年2月8日
发明者钟永先 申请人:钟永先