专利名称：直流低功耗延时开关的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种开关电路结构，尤其涉及一种极低功耗应用系统中，用于控 制延时为负载供能并关断的直流低功耗延时开关。
背景技术：
节能减排和太阳能利用是当今世界发展的趋势，在某些应用场合，通过使用延时 关断开关，能够有效避免电器在不需要长时间开启的情况下，在指定的延时时间后自动断 开电器的电源，减少电力的浪费。因此延时开关在很多领域都有着广泛的应用。但是目前市场上的延时开关的静态功耗普遍较高，直流延时开关的静态功耗基本 在60mW以上，这样1个延时开关每日的静态功耗消耗将达到1. 5Wh。虽然这个功耗并不算 高，如果是使用市电供电，这个功耗可以忽略，但是对于一些特定的低功耗系统，由这个功 耗的损失将导致系统耗电量急剧增加，大大增加系统的投入和维护成本。例如，在太阳能 楼道灯的系统中，每个楼道灯每日的功耗在0. 3ffh左右，而普通延时开关每日1. 5ffh的功耗 大大高于楼道灯的功率消耗，从而使得系统的太阳能光伏模组和蓄电池容量要求扩容到6 倍，成本的提高，使得性价比显著降低。同时，现有的延时开关需要通过改变线路或元器件以适应不同的工作电压。有些 甚至采用分压电路来提供控制电路的工作电压，这也将导致很大部分电能被消耗在分压电 阻上。现有的延时开关有的还使用继电器控制输出，而继电器的功耗至少在IOOmW左右。现有产品的上述问题，使得产品在控制低功耗的电器，特别是LED灯具的时候存 在大量的电能浪费。
实用新型内容鉴于上述现有技术存在的缺陷，本实用新型的目的是提出一种直流低功耗延时开 关，以求降低延时开关的静态功耗，提高低功耗系统，尤其是太阳能利用光电系统的节能特 性。本实用新型的目的，将通过以下技术方案得以实现直流低功耗延时开关，连接于负载与电源之间，其特征在于所述延时开关包括 电容充放电电路，用于储能并控制负载延时工作时间；一按键式开关，与所述电容充放电电 路及电源构成回路，用于启动电路充放电，且所述按键式开关安装于标准墙面面板上；一功 率放大电路，连接于负载及电容充放电电路之间；以及一个接入功率放大电路的电阻，所述 电阻根据应用需要在500 Ω到20ΚΩ范围内取值，用于调整延时开关的关闭速率。进一步地，前述的直流低功耗延时开关，其中该负载一端接至延时开关的功率放 大电路，另一端接地或接高电平，或负载两端分别连接至功率放大电路。进一步地，前述的直流低功耗延时开关，其中该功率放大电路为基于三极管或MOS 管的驱动电路。进一步地，前述的直流低功耗延时开关，其中该按键式开关与电容充放电电路间，还串联设有一个取值范围100 Ω到5ΚΩ的限流保护电阻。本实用新型直流低功耗延时开关的技术应用，其突出效果为1、该电路结构最简化的直流延时开关，采用电解电容的放电延时控制功率放大电 路，其静态功耗得以降至现有延时开关的1 %，而成本仅为现有延时开关的30 %，大大提升 了直流延时开关的节能性与性价比。2、通过形状与标准墙面面板卡槽吻合的PCB直接固定在标准墙面面板上，提高了 产品的通用性，降低了成本。3、通过一个电阻实现关闭速率调整电路，调节关闭时亮度降低直至关闭过程所需 的时间，进一步降低了系统功耗。以下便结合实施例附图，对本实用新型的具体实施方式
作进一步的详述，以使本 实用新型技术方案更易于理解、掌握。
图1是本实用新型直流低功耗延时开关的结构外观示意图；图2是本实用新型直流低功耗延时开关负载双线连接模式的控制原理图；图3是图2所示负载双线连接的延时开关电路实例一的电路结构图；图4是图2所示负载双线连接的延时开关电路实例二的电路结构图；图5是本实用新型直流低功耗延时开关负载单线连接模式的控制原理图；图6是图5所示负载单线连接的延时开关电路实例三的电路结构图；图7是图5所示负载单线连接的延时开关电路实例四的电路结构图。
具体实施方式
随着节能减排、环保的呼声日渐高涨，降低电器设备运行的能耗以及静态时的功 耗，是电气应用领域一个重要方向。从当前技术现状来看，本领域工作人员对电器设备运行 状态能耗降低所作出的努力已经到达了极限，所取得的节能方面的成就已令人刮目，不是 简单倍数数量级所能形容的。但是，成就面前也要清醒，绝大部分电气产品、电器设备即使 不在工作状态，其还是会逐渐消耗一定的称之为静态功耗的储能。更有甚者，在许多低功耗 系统中，这种静态功耗相对于工作功耗来要大得多，由此使得低功耗系统名不副实。本实用新型正是针对这一不良现状，经多年苦心研究造成这种静态功耗的原因， 并提出了一种能有效降低静态功耗的直流延时开关。如图1所示，是该直流延时开关拆解 后的结构外观示意图，从图中所示可以看到该延时开关除却电路外的硬件结构主要由标 准墙面面板以及装设其中的PCB电路板3组成。其中该标准墙面面板分为安装板2和上面 板1两部分，该安装板2主要用于该延时开关整体装接到墙面上，并提供开关PCB电路板3 固定的支架，分别设有用于螺接到墙体明盒或暗盒的螺接穿孔22及用于上面板1嵌接的卡 扣孔21 ；上面板1结构较为简练，只在其中心设有与安装板2内所接PCB电路板3上按键式 开关31相对应且具有一定弹性的键帽11，并且，该上面板背向键帽11触摸面的一侧设有与 卡扣孔21相对应的卡舌(未图示)。上述直流延时开关当电路连接完毕可实现其功能时， 其与墙体的组装将变得十分容易。从电路结构来看，本实用新型的直流低功耗延时开关可应用于负载接线方式为双
4线和单线的两种模式，且同样适用于控制输出方式为三极管和MOS管的两种驱动方式。分别来看，如图2至图4所示，是本实用新型直流低功耗延时开关负载双线连接模 式的控制原理图及以三极管和MOS管两种驱动方式实施例的电路结构示意图。从原理图可见该直流低功耗延时开关连接于负载及电源之间。主要包括一个 用于储能并向负载延时供能关断的电容充放电电路，其核心为电解电容；一个按键式开关， 与该电容充放电电路构成回路，用于启动电容充电，且该按键式开关安装于标准墙面面板 上；还包括一功率放大电路，连接于负载及电容充放电电路之间。当用户按下延时开关后， 电容充电，电容正极电压升高，持续向功率放大电路输出电流、电压驱动其工作，进而驱动 负载开始工作。而随着按键释放的弹性复位而使得回路关断，电容开始进入放电阶段，电容 正极电压逐步降低，此时驱动负载继续保持工作状态，直至电容放电完毕。此处，一个接入 功率放大电路阻值小于100ΚΩ的电阻，用于调整延时开关的关闭速率。此外，该按键式开 关及电容充放电电路构成的回路中，还串联设有一个阻值小于20ΚΩ的限流保护电阻，防 止电容放电电流过大而影响电容寿命甚至击穿的可能性。实施例一基于上述双线连接模式的直流低功耗延时开关，本实施例采用三极管作为控制输 出的驱动方式，其电路结构如图3所示。其中电解电容El与电阻R2构成了电容充放电电 路，其中还包括限流保护电阻El ；而在功率放大电路一侧接设有用于调整延时开关关闭速 率的电阻R4，所用驱动负载工作的三极管Q1/Q2均为NPN。该实施例中延时总时间的长短由R2 · El的大小决定，R2 · El越大，延时时间越 长，反之越短。而延时关闭速率由R4的大小决定，R4的值越小，软关闭时间就越短，反之越 长。因而，在电容、电阻等器件参数的选择上具有较大的灵活性。本实施例中，电容El选用 25V/33 μ F的电解电容；电阻R2阻值为62Κ Ω，限流保护电阻的阻值为5Κ Ω，而电阻R4的阻 值取用5ΚΩ。需要强调的是，以上元件参数仅作为实例提供，根据不同的应用要求和效果， 参数取值将存在差异。实施例二本实施例的基本结构域实施例一相同，如图4所示所不同的是，采用N沟道MOS 管作为控制输出的驱动，由于MOS管电压驱动的特性，无法实现软关闭，省却了用于调整软 关闭时间的电阻。同时增加了一个用于保护MOS管的二极管。再如图5至图7所示，是本实用新型直流低功耗延时开关负载单线连接模式的控 制原理图及以三极管和MOS管两种驱动方式实施例的电路结构示意图。从原理图可见该直流低功耗延时开关连接于负载及电源之间。主要包括一个 用于储能并向负载延时供能关断的电容充放电电路，其核心为电解电容；一个按键式开关， 与该电容充放电电路构成回路，用于启动电容放电，且该按键式开关安装于标准墙面面板 上；还包括一功率放大电路，连接于负载及电容充放电电路之间。当用户按下延时开关后， 电容放电，负极电压升高，持续向功率放大电路输出电流、电压驱动其工作，进而驱动负载 开始工作。而随着弹性按键的释放而使得回路关断，电容负端电压达到最高，而功率放大电 路继续工作，电流从电容负端流向功率放大电路，导致电容负端电压下降，即等同于电容开 始充电，此过程不断进行，直至电容充电完毕，功率放大电路停止输出，进入截止状态。此 外，一个接入功率放大电路阻值小于100ΚΩ的电阻，用于调整延时开关的关闭速率。此外，该按键式开关及电容充放电电路构成的回路中，还串联设有一个阻值小于20ΚΩ的限流保 护电阻，防止电容放电电流过大而影响电容寿命甚至击穿的可能性。实施例三基于上述单线连接模式的直流低功耗延时开关，本实施例采用三极管作为控制输 出的驱动方式，其电路结构如图6所示。其中电解电容El与电阻R2构成了电容充放电电 路，该电路还包括限流保护电阻R1，而在功率放大电路一侧接设有用于调整延时开关关闭 速率的电阻R4，所用三极管Q1/Q2均为NPN。该实施例中延时总时间的长短由R2 · El的大小决定，R2 · El越大，延时时间越 长，反之越短。而延时关闭速率由R4的大小决定，R4的值越小，软关闭时间就越短，反之越 长。相同于实施例一的具体示例，上述电容El选用25V/33y F的电解电容；电阻R2阻值为 120ΚΩ，限流保护电阻的阻值为1ΚΩ，而电阻R4的阻值取用20ΚΩ。再次强调的是，以上元 件参数仅作为实例提供，根据不同的应用要求和效果，参数取值将存在差异。实施例四本实施例的基本结构与实施例三相同，如图7所示所不同的是，采用N沟道MOS 管作为控制输出的驱动，由于MOS管电压驱动的特性，无法实现软关闭，省却了用于调整软 关闭时间的电阻。同时增加了一个用于保护MOS管的二极管从以上四个实施例可以看出，本实用新型直流低功耗延时开关的电路结构简单， 因而能使延时开关达到最低的静态功耗(现有市售延时开关的1%。)，同时提高了可靠性。 而且，电路结构简化的同时，开关体积的外观微型化也是看得到的特征通过形状与标准墙 面面板卡槽吻合的PCB，直接固定在标准的面板上，提高了通用性并大大降低了成本，并大 大缩小了开关的体积，开关的总的厚度略大于一个小的电解电容的直径。除此之外，上述单线连接模式的延时开关，其负载一端除按实施例三、四接地外， 还可将其连接至高电平。其工作原理与实现方法相同，故不予赘述。综上可见本实用新型直流低功耗延时开关的有益效果体现如下1、直接采用电解电容的充放电延时控制功率放大电路，从而延时关闭的时间，降 低了消耗在复杂延时电路中的电能；2、采用三极管或MOS管器件直接控制输出电压，避免了采用继电器控制方式消耗 在继电器中的电能；3、延时控制和输出控制电路均可直接在较大的电压范围直接工作，不需要电源控 制电路降低了成本，避免了分压电路中电阻损失电能的情况。本实用新型具有成本低、静态功耗极低、工作功耗低，开关工作电压范围仅受限于 元器件耐压值，同时具有软关闭的特点(关闭时亮度逐渐降低至关闭)。
权利要求直流低功耗延时开关，连接于负载与电源之间，其特征在于所述延时开关包括电容充放电电路，用于储能并控制负载延时工作时间；一按键式开关，与所述电容充放电电路及电源构成回路，用于启动电路充放电，且所述按键式开关安装于标准墙面面板上；一功率放大电路，连接于负载及电容充放电电路之间；以及一个接入功率放大电路的电阻，用于调整延时开关的关闭速率。
2.根据权利要求1所述的直流低功耗延时开关，其特征在于所述负载一端接地或接 高电平，另一端连接至功率放大电路，或其两极分别连接至功率放大电路。
3.根据权利要求1所述的直流低功耗延时开关，其特征在于所述功率放大电路为基 于三极管或MOS管的驱动电路。
4.根据权利要求1所述的直流低功耗延时开关，其特征在于所述按键式开关与电容 充放电电路间，还串联设有一个限流保护电阻。
专利摘要本实用新型揭示了一种直流低功耗延时开关，连接于负载与电源高电平之间，特点在于该延时开关包括电容充放电电路，用于储能并向负载延时供能；一按键式开关，与电容充放电电路及电源高电平构成回路，用于启动电路充放电，且该按键式开关安装于标准墙面面板上；一功率放大电路，连接于负载及电容充放电电路之间；以及一个接入功率放大电路的电阻，用于调整延时开关的关闭速率。本实用新型直流延时开关，采用电解电容的充放电延时控制功率放大电路，其静态功耗得以降至现有延时开关的1％，而成本仅为现有延时开关的30％，大大提升了直流延时开关的节能性与性价比。同时，通过结合标准墙面面板，提高了产品的通用性。
文档编号H03K17/28GK201726377SQ201020252858
公开日2011年1月26日 申请日期2010年7月6日 优先权日2010年7月6日
发明者瞿磊 申请人:苏州盖娅智能科技有限公司