专利名称：软起动用节能开关装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种需软起动的电器设备节能开关装置，具体地说是一种软起动用节能开关装置。
背景技术：
为了保证设备不受起动电流、电压的影响而损坏或影响其使用寿命，同时起到节能的目的，现有的各种电器设备，尤其是高档电器设备均设计了软起动保护开关，现有的软起动保护开关一般有电子式和变频式二种，它们均存在电路复杂、使用要求高、寿命短、成本高、能耗大、通用性差的缺点。
例如，气体放电灯(即金属卤素灯)所相配套的铁心式电感镇流器具有结构简单，故障少的优点，故目前城市街道照明大量采用这种灯具作为公用照明设备。然而由于铁心式电感镇流器的在起动过程中无功消耗大，功率因素一般只有0.35～0.55，其视在功率更是居高不下，由于使用量大面广，致使电能浪费十分惊人。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有明显节能效果、性能优于电子式和变频式软起动开关且电路结构简单、通用性强的软起动用节能开关装置。
本发明的技术方案是一种软起动用节能开关装置，包括一个与市电电源相连的用来为后续电路提供工作电源和采样电压的低压供电装置，所述的后续电路包括一个分别为双稳态模式电路和无稳态模式电路提供采样信号的波形整形电路，一个为整个装置提供延时起动、且时长可调的具有定时功能的定时器，一个受定时器控制的、与低压供电装置中的稳压输出端相连的、同时为所述的双稳态模式电路和无稳态模式电路及控制电压缓增电路提供低压工作电路的自保持电源开关，所述的无稳态模式电路在相应的控制电压缓增电路在缓变的过程中不断向后续的同步移相电路提供同步脉冲，同步移相电路即不断向与之串接的补偿电容C提供同步电压，补偿电容C二端的电压不断升高，当控制电压缓增电路输出的电压达到设定值时，同步移相电路即输出一个与市电频率、电压相同的电压，使接在串接的同步移相电路及补偿电容C二端的后续用电设备的电压、电流提高所需的起动电压及电流，实现后续用电设备的延时软起动。
本发明还采取了以下技术措施所述的软起动用节能开关装置的具体组成及连接关系为它由低压供电电源、定时器、波形整形电路、自保持电源开关、控制电压缓增电路、双稳态模式电路、无稳态模式电路、同步移相电路和补偿电容C组成，低压供电电源的输入端接市电电源，低压供电电源中的同步电源的输出接波形整形电路的输入，低压供电电源的稳压电源的输出通过自保持电源开关向除定时器外的各电路提供工作电源，定时器的电源由低压供电电源的稳压电源输出直接提供，其输出接自保持电源开关的控制端；波形整形电路的输出接双稳态模式电路的触发输入端，双稳态模式电路的输出接无稳态模式电路的触发输入端，无稳态模式电路的电压控制端接控制电压缓增电路的输出，无稳态模式电路将双稳态模式电路的输出信号与控制电压缓增电路输出的控制信号进入处理得到一个同步移相脉冲输出信号送到同步移相电路的触发控制端，同步移相电路的主回路串接补偿电容C后，其整体的两端与市电电源并接后接后续用电装置。
在无稳态模式电路和同步移相电路之间接有保证电路中的高低压信号安全隔离并可靠传输的隔离电路，隔离电路的输入接无稳态模式电路的输出，其输出接同步移相电路的触发控制端；同步移相电路的主回路还连接有使其不被瞬间浪涌电压击毁的浪涌保护电路。
同步移相电路由多个结构相同的、小功率的同步移相分电路串接而成，每个同步移相分电路均串接有相应的补偿电容C。
低压供电电源主要由滤波电路、整流器ZL1、二极管D4、D10、电容C6组成，滤波电路由电容C7和电阻R31组成，其输入与市电电源相接，其输出与整流器ZL1的输入相接，整流器ZL1全波整流输出直流脉动正弦波电压，一路经电阻R32、二极管D4隔离输出同步电源电压Um，另一路由经电阻R33及由电容C6及二极管D10组成的并联滤波成直流电压输出作为稳压电源，其输出端Vcc经自保持电源开关向除定时器外的各电路提供工作电源。
定时器主要由集成电路IC1、电阻R1、R2、电位器VR1、电容C1、C2、二极管D1、D2组成，集成电路IC1的16脚与稳压电源的Vcc端相连，电阻R1、电位器VR1、电容C1组成集成电路的振荡回路，为集成电路IC1提供起振频率，电阻R1、电位器VR1串接后与集成电路IC1的10脚相连，电容C1与集成电路IC1的9脚相连，电阻R1为该集成电路IC1内部振荡器要求的起振电阻，振荡频率产生回路产生的振荡频率经集成块IC1内部14位二进制串行计数后，从集成电路IC1的3脚分频输出，并呈高电平，该高电平分两路输出，一路经二极管D1加至集成电路IC1的11脚，此时集成电路IC1内部振荡器停止振荡，集成块IC1的3脚维持呈高电平状态，另一路经二极管D2输出至自保持电源开关的控制端，电容C2并接在集成电路IC1的12和16脚上。
自保持电源开关主要由单向可控硅MCR1、电阻R30组成，电阻R30的一端通过集成电路IC1接单向可控硅MCR1的正极，单向可控硅MCR1的正极接稳压电源的Vcc端，其输出端为除定时器外的各电路提供工作电源。单向可控硅MCR1被触发后主回路立即导通，主回路是12V电源直流回路，单向可控硅MCR1经触发导通后，经维持导通效果，即便触发电压消失并不影响主回路导通状态，单向可控硅MCR1呈自锁状态。此时稳压电源12V正极经MCR1接入除定时器外的各电路。
控制电压值缓增电路主要由三端可调稳压集成块IC2(LM317型)，电阻R4、R5、R6、电位器VR2、电容C3、二极管D3、三极管BG1组成，集成块IC2的输入接单向可控硅MCR1的输出，其输出与二极管D3负极相接，其调节端Adj分别与电阻R5的一端、二极管D3的正极、及三极管BG1的集电极相连，三极管BG1的发射极接电源零线，电阻R4、电位器VR2串接后并联在三极管BG1的集电极和发射极上，电阻R6与电容C3串接后分别接单向可控硅MCR1的输出及电源零线，三极管BG1的基极接电阻R6与电容C3的串接点。当集成块IC2得电后，输出端有予调稳压值电压输出，经电阻R5、R6至电容C3，瞬时，电容C3呈短路状态，并依指数规律充电，与此同时，三极管BG1的基极接地、三极管BG1导通，其集电极有效接地，它与集成块IC2调节端ADj连接，调节端ADj接地，集成块IC2输出最小电压为1.25V，在电容C3与电阻R5、R6充电状态，电容C3电压亦呈指数规律上升，三极管BG1的基极电位随之上升，当电压上升至三极管BG1的开启电压值时导通，此后由于基极电位缓升过程，三极管BG1进入线性放大状态，达到迅速截止，三极管BG1集电极同相输出电压随之上升，集成块IC2的可调端ADj电压上升，致使集成块IC输出电压同步缓变增大。
波形整形电路主要由三极管BG2、电阻R7、R8、R9、R10组成，电阻R7、R8相串接，电阻R7的一端接单向可控硅MCR1的输出，三极管BG2的基极接电阻R7、R8的串接点，电阻R10的一端接三极管BG2的发射极，另一端与电阻R8的一端共同接电源零线，三极管BG2的集电极通过电阻R9接单向可控硅MCR1的输出。同步电源输出电压Um，电阻R9的一端接来自于电源输出同步电压Um信号，经电阻R7、R8串联分压，提供三极管BG2基极的静态工作电压，当三极管BG2得电，基极受控于Um分压回路。电阻R10是射极电流反馈，提高该电路工作的稳定效果，集电极经R9与电源12V连接，输与基极同相变化电压，Um波形是正弦波，又是直流脉动全波信号，对原交流正弦波每周而言，全波有两个过0点。即Um亦有在每周转的两个过0点。在这两个过0点之间，三极管BG2基极电位是从0升到最大分压电压又降到0，变化曲线符合正弦曲线。在上升阶段，只有在分压点达到三极管BG2基极开启电压才使三极管BG2呈导通，此时集电极电压接近于电源电压，呈高电平，反之，呈低电平。尔后三极管BG2迅速越过线性区而进入饱和导通状态，集电极呈低电平。三极管BG2同相输出的集电极电平近似1/0电压信号，也就是同步电源电压Um经三极管BG2整形后输出是50Hz矩形波，即1/0数字输出。
双稳态模式电路主要由二分之一双时基集成块IC3电容C4组成，双时基集成块IC3的2脚与三极管BG2的集电极相连，电容C4的一端接地，另一端与双时基集成块IC3的3脚相连。该电路是IC3，单时基集成IC3/2的内部两个比较器集成R-S触发器。当集成块IC3的2脚加上低电平，则集成块IC3输出5脚呈高电平。当集成块IC3的2脚加上高电平，则集成块IC3输出5脚呈低电平。由于集成块IC3的5脚与2脚是直接连结的成为公共控制端接口，来自三极管BG2的集电极电平输出加至公共接口。因此，双稳态翻转与同步电源同步。
无稳态模式电路主要由二分之一双时基集成块IC3、电阻R12、R13、电容C5组成，双时基集成块IC3的14脚与单向可控硅MCR1的输出相连，电阻R12、R13、电容C5相串接，电阻R12的一端接单向可控硅MCR1的输出端，电阻R12、R13的串接点接双时基集成块IC3的13脚，电阻R13和电容C5的串接点接双时基集成块IC3的12脚，电容C5的一端接电源零线。由于该单时基集成块内部比较器输入与3个5K电阻的串联接点分别连接。改变IC3内部Vc的控制脚电压，即集成块IC3的3脚的电压值、实际上是改变了上触发器的复位电平值，即高电平值的大小。当该VK电平值小，电容C5充电阶段到集成块IC3的放电脚9导通放电，此时充电所需时间也较短，VK增大，充电时间随之增大。在充电阶段，时基集成电路输出呈高电平。在该振荡回路中充电回路时基由电阻(R12+R13)、电容C5组成；放电回路时基由电阻R13、电容C5组成；振荡周期T＝1.44×[(R12+R13)+R13]×C5。由于集成块IC3的电路的11脚受控于控制电压缓增电路的输出信号VK，，因此，电阻R12增大，周期T增大，频率频率降低，与此同时VK增大，脉冲相位后移。反之，脉冲相位前移。集成块IC3的5脚是双稳态电平输出，它呈1/0状态规律与市电源同步。集成块IC3的13脚是无稳态放电端。它与5脚联结，因此放电电平与市电源同步，即5脚呈低电平时“放电”。也就是无稳态振荡输出的脉冲每当同步电源过0，才有输出，而输出脉冲移相的相位角取决于VK电压值小与大。当VK电压值小，则脉冲相位角小，反之，则相位角大。
隔离电路主要由电阻R14和若干个串接的光电耦合器IC4组成，集成块IC3的9脚谐振输出脉冲电平经电阻R14与相互串接的光电耦合器IC4构成串联回路接电源Vcc。电阻R14起到限流作用，当脉冲呈高电增时，光电耦合器中的发光二极管导通，同时发光，使光电耦合器内部相应的光敏三极管的集射极饱和导通，接通回路。当脉冲呈低电平时，集射极截止而关断回路。此时光敏三极管集射极的状态等效于可控硅触发回路通、断开关作用。
同步移相电路主要由若干组结构相同的由二个串接电阻R15、R20和一个可控硅BCR组成的分电路并接而成，二个电阻的串接点接可控硅的负极，可控硅的正极直接与市电电源相接，其负极与相应的补偿电容C串接后接电源零线，隔离电路中的光电耦合器与串接R15、R20的串接点相连，浪涌电路中的电容C9、电阻R25串接后并接在可控硅BCR的正、负极上。
当光电耦合器内部发光二极管发光，光敏三极管集射极饱和导通，则市电源加至可控硅阳极电压分别经光敏三极管集射极，电阻R15限流后分别加至可控硅BCR触发极，可控硅导通。电阻R20分别是可控硅阴极保护电阻，同时起到与电阻R15分别相应串联分压效果，提供每只可控硅安全的触发电压。并联在每只可控硅阴、阳极的RC回路由电阻R25、电容C9组成，它们串接后并联在可控硅BCR的正、负极上。当瞬时浪涌电压出现，RC回路内阻很低，其浪涌电压经该并联回路馈入电网，保护了可控硅BCR。
浪涌电路由若干结构相同的由电阻和电容串接而成的RC回路组成，每个RC回路均与相对应的同步移相电路中的可控硅的正、负极二端相连。
本发明的有益效果1、采用二线制并联在的电源输入端，具有连接、安装、维修方便的优点。
2、通过无功补偿，可大提高功率因素，从原来0.35～0.55提高到0.85以上，降低了视在功率，使电力网的利用率有效地提高，客观上节约了能源。
3、结构紧凑，体积小，便于安装维护，成本低，效益显著。
4、将目前城市街道照明大量采用相应配套的铁芯式电感式镇流器的金属卤素灯配以本发明的节能器，可大幅度提高电力网的有效利用率，取得明显的经济效益。
5、由于本发明的节能开关装置并接在电源输入端，故起动快。
6、采用软接入方式，使得并联接入过程有足够的时间得以持续完成。
7、控制电路所需电源与接入采用两个公用端子的二线制方式，实现互不干扰，故系统工作稳定可靠。
8、通用性强，可用于所有需要软起动的电器设备中，起到保护后续用电设备、进行功率因素补偿的功能，延时起动时间可通过定时器电路任意调节，是电子式、变频式软起动开关装置的替代产品，在家电行业推广使用，效果更为明显。
图1是本发明的结构框图。
图2是本发明的低压供电电源、同步移相电路、隔离电路、浪涌电路、补偿电容C的电原理图。
图3是本发明的定时器、波形整形电路、自保持电源开关、控制电压缓增电路、双稳态模式电路、无稳态模式电路的电原理图。
图4是本发明的双时基集成块IC3的双稳态模式电原理图。
图5是本发明的双时基集成块IC3的压控电原理图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。
如图1～3所示。
一种软起动用节能开关装置，其特征是由低压供电电源1、定时器2、波形整形电路3、自保持电源开关4、控制电压缓增电路5、双稳态模式电路6、无稳态模式电路7、同步移相电路8和补偿电容C组成，低压供电电源1的输入端接市电电源10，低压供电电源1中的同步电源的输出接波形整形电路3的输入，低压供电电源1的稳压电源的输出通过自保持电源开关4向除定时器2外的各电路提供工作电源，定时器2的电源由低压供电电源1的稳压电源输出直接提供，其输出接自保持电源开关4的控制端；波形整形电路3的输出接双稳态模式电路6的触发输入端，双稳态模式电路6的输出接无稳态模式电路7的触发输入端，无稳态模式电路7的电压控制端接控制电压缓增电路5的输出，无稳态模式电路7将双稳态模式电路6的输出信号与控制电压缓增电路6输出的控制信号进入处理得到一个同步移相脉冲输出信号送到同步移相电路8的触发控制端，同步移相电路8的主回路串接补偿电容C后，其整体的两端与市电电源10并接后接入卤素灯镇流器11。
其中在无稳态模式电路7和同步移相电路8之间接有保证电路中的高低压信号安全隔离并可靠传输的隔离电路12，隔离电路12的输入接无稳态模式电路7的输出，其输出接同步移相电路8的触发控制端。
同步移相电路8的主回路还连接有使其不被瞬间浪涌电压击毁的浪涌保护电路13。
同步移相电路8由多个结构相同的、小功率的同步移相分电路串接而成。
低压供电电源1主要由滤波电路、整流器ZL1、二极管D4、D10、电容C6组成，滤波电路由电容C7和电阻R31组成，其输入与市电电源相接，其输出与整流器ZL1的输入相接，整流器ZL1全波整流输出直流脉动正弦波电压，一路经电阻R32、二极管D4隔离输出同步电源电压Um，另一路由经电阻R33及由电容C6及二极管D10组成的并联滤波成直流电压输出作为稳压电源，其输出端Vcc经自保持电源开关向除定时器外的各电路提供工作电源。
定时器2主要由集成电路IC1(型号为CD4060)、电阻R1、R2、电位器VR1、电容C1、C2、二极管D1、D2组成，集成电路IC1的16脚与稳压电源的Vcc端相连，电阻R1、电位器VR1、电容C1组成集成电路的振荡回路，为集成电路IC1提供起振频率，电阻R1、电位器VR1串接后与集成电路IC1的10脚相连，电容C1与集成电路IC1的9脚相连，电阻R1为该集成电路IC1内部振荡器要求的起振电阻，振荡频率产生回路产生的振荡频率经集成块IC1内部14位二进制串行计数后，从集成电路IC1的3脚分频输出，并呈高电平，该高电平分两路输出，一路经二极管D1加至集成电路IC1的11脚，此时集成电路IC1内部振荡器停止振荡，集成块IC1的3脚维持呈高电平状态，另一路经二极管D2输出至自保持电源开关4的控制端，电容C2并接在集成电路IC1的12和16脚上。
自保持电源开关4主要由单向可控硅MCR1、电阻R30组成，电阻R30的一端通过集成电路IC1接单向可控硅MCR1的正极，单向可控硅MCR1的正极接稳压电源的Vcc端，其输出端为除定时器外的各电路提供工作电源。单向可控硅MCR1被触发后主回路立即导通，主回路是12V电源直流回路，单向可控硅MCR1经触发导通后，经维持导通效果，即便触发电压消失并不影响主回路导通状态，单向可控硅MCR1呈自锁状态。此时稳压电源12V正极经MCR1接入后放电路。
控制电压值缓增电路5主要由三端可调稳压集成块IC2(LM317型)，电阻R4、R5、R6、电位器VR2、电容C3、二极管D3、三极管BG1组成，集成块IC2的输入接单向可控硅MCR1的输出，其输出与二极管D3负极相接，其调节端Adj分别与电阻R5的一端、二极管D3的正极、及三极管BG1的集电极相连，三极管BG1的发射极接电源零线，电阻R4、电位器VR2串接后并联在三极管BG1的集电极和发射极上，电阻R6与电容C3串接后分别接单向可控硅MCR1的输出及电源零线，三极管BG1的基极接电阻R6与电容C3的串接点。当集成块IC2得电后，输出端有予调稳压值电压输出，经电阻R5、R6至电容C3，瞬时，电容C3呈短路状态，并依指数规律充电，与此同时，三极管BG1的基极接地、三极管BG1导通，其集电极有效接地，它与集成块IC2调节端ADj连接，调节端ADj接地，集成块IC2输出最小电压为1.25V，在电容C3与电阻R5、R6充电状态，电容C3电压亦呈指数规律上升，三极管BG1的基极电位随之上升，当电压上升至三极管BG1的开启电压值时导通，此后由于基极电位缓升过程，三极管BG1进入线性放大状态，达到迅速截止，三极管BG1集电极同相输出电压随之上升，集成块IC2的可调端ADj电压上升，致使集成块IC2输出电压同步缓变增大。
波形整形电路3主要由三极管BG2、电阻R7、R8、R9、R10组成，电阻R7、R8相串接，电阻R7的一端接单向可控硅MCR1的输出，另一端接三极管BG2的集电极，三极管BG2的基极接电阻R7、R8的串接点，电阻R10的一端接三极管BG2的发射极，另一端与电阻R8的接地端相接，同步电源输出电压Um，电阻R9的一端接来自于电源输出同步电压Um信号，经电阻R7、R8串联分压，提供三极管BG2基极的静态工作电压，当三极管BG2得电，基极受控于Um分压回路。电阻R10是射极电流反馈，提高该电路工作的稳定效果，集电极经R9与电源12V连接，输与基极同相变化电压，Um波形是正弦波，又是直流脉动全波信号，对原交流正弦波每周而言，全波有两个过0点。即Um亦有在每周转的两个过0点。在这两个过0点之间，三极管BG2基极电位是从0升到最大分压电压又降到0，变化曲线符合正弦曲线。在上升阶段，只有在分压点达到三极管BG2基极开启电压才使三极管BG2呈导通，此时集电极电压接近于电源电压，呈高电平，反之，呈低电平。尔后三极管BG2迅速越过线性尾而进入饱和导通状态，集电极呈低电平。三极管BG2同相输出的集电极电平近似1/0电压信号，也就是同步电源电压Um经三极管BG2整形后输出是50Hz矩形波，即1/0数字输出。
双稳态模式电路6主要由二分之一双时基集成块IC3(型号可为NE555)、电容C4组成，双时基集成块IC3的2脚与三极管BG2的集电极相连，电容C4的一端接地。该电路是IC3，单时基集成IC3/2的内部两个比较器集成R-S触发器。当集成块IC3的2脚加上低电平，则集成块IC3输出5脚呈高电平。当集成块IC3的2脚加上高电平，则集成块IC3输出5脚呈低电平。由于集成块IC3的2脚与6脚是直接连结的成为公共控制端接口，来自三极管BG2的集电极电平输出加至公共接口。因此，双稳态翻转与同步电源同步。
无稳态模式电路7主要由二分之一双时基集成块IC3、电阻R12、R13、电容C5组成，双时基集成块IC3的14脚与单向可控硅MCR1的输出相连，电阻R12、R13、电容C5相串接，电阻R12的一端接单向可控硅MCR1的输出端，电阻R12、R13的串接点接双时基集成块IC3的13脚，电阻R13和电容C5的串接点接双时基集成块IC3的12脚，电容C5的一端接电源零线。由于该单时基集成块内部比较器输入与3个5K电阻的串联接点分别连接。改变IC3内部Vc的控制脚电压，即集成块IC3的11脚的电压值、实际上是改变了上、下触发器的电平值，即电平值的大小。在充电阶段，时基集成电路输出呈高电平。在该振荡回路中充电回路时基由电阻(R12+R13)、电容C5组成；放电回路时基由电阻R13、电容C5组成；振荡周期T＝1.44×[(R12+R13)+R13]×C5。由于集成块IC3的电路的11脚受控于控制电压缓增电路的输出信号VK，，因此，电阻R12增大，周期T增大，频率频率降低，与此同时VK增大，脉冲相位角增大。反之，脉冲相位角减小。集成块IC3的5脚是双稳态电平输出，它呈1/0状态规律与市电源同步。集成块IC3的13脚是无稳态放电端。它与5脚联结，因此放电电平与市电源同步，即5脚呈低电平时“放电”。也就是无稳态振荡输出的脉冲每当同步电源过0，才有输出，而输出脉冲与相角大小取决于VK电压值小与大。当VK电压值小，则脉冲移相角小，反之，则移相角大。
隔离电路12主要由电阻R14和若干串接的光电耦合器IC4组成，集成块IC3的9脚谐振输出脉冲电平经电阻R14与相互串接的光电耦合器IC4构成串联回路接电源Vcc。电阻R14起到限流作用，当脉冲呈高电增时，光电耦合器中的发光二极管导通，同时发光，使光电耦合器内部相应的光敏三极管的集射极饱和导通，接通回路。当脉冲呈低电平时，集射极截止而关断回路。此时光敏三极管集射极的状态等效于可控硅触发回路通、断开关作用。
同步移相电路8主要由若干组结构相同的由二个串接电阻R15、R20和一个可控硅BCR组成的分电路并接而成，二个电阻的串接点接可控硅的负极，可控硅的正极直接与市电电源相接，其负极与相应的补偿电容C串接后接电源零线，隔离电路中的光电耦合器与串接R15、R20的串接点相连，浪涌电路中的电容C9、电阻R25串接后并接在可控硅BCR的正、负极上，具体实施时为了防止补偿电容C(大容量)在停电时被人手触到发生放电危害人体的现象，可在每个补偿电容C的两端均并接一个电阻R。
当光电耦合器内部发光二极管发光，光敏三极管集射极饱和导通，则市电源加至可控硅阳极电压分别经光敏三极管集射极，电阻R15限流后分别加至可控硅BCR触发极，可控硅导通。电阻R20分别是可控硅阴极保护电阻，同时起到与电阻R15分别相应串联分压效果，提供每只可控硅安全的触发电压。并联在每只可控硅阴、阳极的RC回路由电阻R25、电容C9组成，它们串接后并联在可控硅BCR的正、负极上。当瞬时浪涌电压出现，RC回路内阻很低，其浪涌电压经该并联回路馈入电网，保护了可控硅BCR。
浪涌电路13由与同步移相分回路数量相同的若干组结构相同的由电阻R25和电容C9串接而成的RC回路组成，每个RC回路均与相对应的同步移相电路8中的可控硅的正、负极二端相连。
本实施例未涉及的部分零部件可参见附图中所列的型号，也可采用常规市售产品加以确定。
下面结合本发明在金属卤素灯中的应用对本发明的设计要点作进一步说明(一)滞后软投对类似于卤素灯这类的启动阶段为高压、大电流工况下剧烈进行的用电设备，补偿系统很难用无触点系统投入，即便能投入，技术、经济指标很高，不合理。这是其一原因。其二，不同卤素灯从启动，启辉到点燃所需时间是不一致的，这一综合时段约在4～8min，甚至12min。故此，滞后时间选15min.是安全的。
(二)软投“无功补偿”当卤素灯点燃后并进入稳定工作，其工作电流与高电压启动所需的大电流相比已成倍下降。
但是，市电已接入的情况下，瞬时投入补偿电容C是极不安全的。
原因是，电容的容抗很低，其次，接入交流电源，瞬时，电容对电源而言视同短路，回路电流很大，甚至导致电容因过流发热的内应力足以让电容“爆裂”而彻底毁坏。
所以选用无机械触点的可控硅来实现软投入是安全的，这样一来，可以有效压住火花的产生，平稳地将无功补偿电容C投入电路中。
(三)“二线制”接入对原卤素灯具而言，其外部接入只有N-L的零火线，所以“二线制”接入是设计原则，这样做才能便于安装、维护。
本发明的电路设计要点有(一)电源a、低压12V稳压源Vccb、低压同步电源Um(二)可控硅回路a、同步触发；b、主回路；c、浪涌保护；(三)定时开关a、15min定时(精确)；b、直流可控硅一次导通的触发电路；
(四)启动“软”过程a、缓增压控信号发生电路；b、同步信号采样及整形。
c、可控硅同步触发信号及隔离。
各分电路要求为(一)电源(1)市电经变压器B、AC/AC降为18VAC；(2)经桥式ZL1全波整流成脉动直流电压，峰值为Um，Um=2x18V;]]>(用以选择恒波电容耐压参考；(3)Um一路由二极管D4隔离，输出同步电压；Um另一路由C6，c7，c8，IC4电路完成，输出稳压Vcc＝12V，供内部电路作为工作电源。
(二)可控硅回路(1)同步触发由光耦合器GD1～GD5的光敏三极部分与由R15～19，R20～24分别组成的分压电路组成。
(2)主回路由若干个BCR双向可控硅及对应的补偿电容C组成；(3)浪涌保护由R25～30，C9～13分别组RC保护电路(三)定时开关(1)定时器由IC1 CD4060(它是14位二进制串行计数、分频、振荡器)。
其时基RT.CT分别是(R1+VR1).C1，改变VR1，可调节合适的振荡频率f。f＝(2.2×RT×CT)-1本设计选IC1的3脚输出，则定时T＝8192*(f)-1(2)自锁保持a、当经T延时后，IC1的3输出端为高电平；b、高电平经开关二极管D1至IC1(11)、IC1停振。IC1的3保持高电平状态。
(3)直流可控硅MCR1(单向可控硅)一次导通触发
a、(2)所述高电平经开关二极管D2、限流R3至MCR1控制极G，MCR1导通。
b、MCR1属于Vcc回路，起到“开关”效果，但它一经导通，即便(2)所述高电平消除，MCR1仍保持导通状态。如此一来，能十分可靠作为后级电控电路所需工作电源。
(四)启动“软”过程a、控制电压缓增电路。
它是由IC2，BG1及外围电阻VR2、R4～R6、二极管D3，电解电容C3组成。
选用IC2 LM317可调三端稳压器的目的是，当IC2的1脚ADJ的电位等于0，其最低输出为1.25V；即便是TL431也无法达到这个Vmin＝1.25V的电压值。
该电路工作过程是当MCR1导通，IC2的IN端加上12V直流电压，IC2的OUT端在初始状态输出，并经R5、R6对电解电容C3充电、瞬时、C3被视为Uc3＝0，即“短路”。BG1是PNP管，因此饱和导通，IC2的ADJ接地，维持IC2输出端为1.25V。尔后，依指数规律C3立电电压上升，IC2输出端的电压也同步上升，其上升延时取决于R6、C3的值，可选延时3~5秒；其幅值VC≯9V，调节VR2来确定之。该电压缓增值，即可做为IC3的压控信号。因此，该电路实现了“缓增”的效果。
b、同步信号采样及整形来自于电源部分的Um，是全波正弦脉动信号，它同步与市电50HZ。经R7、R8分压，作为BG2三极管基极信号源，该信号源的明显特征是与市电同步，在每周期的波形内有两次过0；当Um在BG2基极分压电位上升至它的开启电压值BG2导通，并随Um上升而迅速进入饱和导通。当Um在BG2基极分压电位下降至它的开启电压值BG2截止，直至过0并过渡过程至“饱和导通”状态。因此，经BG2集电极输出近似可视为矩形波。将该矩形波视为0/1开关电平信号，用来触发IC3的双稳态电路的同步翻转变化。
NE555型双时基集成块IC3的工作模式为(如图4)NE555双稳态模式是它组成的电路按R-S触发工作。Um整形信号变化电频输入，即低电平时，NE555被触发，输出高电平；高电平时，NE555被复位，输出呈低电平；NE555型双时基集成块IC3的压控振荡过程为(见图5)Vk值的改变，即可引起场管3DJ6漏源极间电阻变化，此时，NE555按无稳态工作模式振荡，输出方波。
设3DJ6等效电阻为RDS则振荡频率为f=1.44(R1+2RDS)×C1]]>NE555型双时基集成块IC3上下触发电平受控作用机理NE555的内部电路它由三个5K电阻组成分压器，有效地使内部二个比较器构成一个电平触发器。上触发电平为 它使电路输出复位呈低电平输出。下触发电平为 它使输出呈高电平。如果在NE555的5号控制脚加入Vc参考电源，则上下触发电平将受其变化而变化。但 利用这一机理，将缓升Vc信号调制到NE555⑤的电压控制脚，则内部分压点便完全被箝在Vc变化值，振荡电容充电时间就随着改变Vc上升，充电时间延长。结果是Vc上升，振荡周期变大。如照图5所示，相当于RDS变大。如果对双稳态时间而言，相当于调制了复位与置位占空比，而不改变振荡器频率。
本发明的可控硅的控制触发脉冲为首先，取决于同步电源所供给的同步脉冲，只有这一条件，可控硅导通角可一致受控，同步调压。即移相同步触发的目的。其次，当上述脉冲前移，可控硅导通角变小、滞后，则导通角增大。
可控硅同步触发信号及隔离在本设计选用的IC3 NE556实际上是双时基电路的封装集成块。这样选择有利于该部分电路的简化而提高可靠性，便于安装、调试。
此外，有关IC3的原理分析，完全可依C1～C4，只要分立为两个NE555时基电路即可。图中R12用来调节同步复位。该单元电路受控同步与缓变，实现“软变”过程。
隔离目的是有效分开高电压与低电压供电，两个不同用电系统。便于实际装配、调试的操作。
权利要求
1.一种软起动用节能开关装置，包括一个与市电电源相连的用来为后续电路提供工作电源和采样电压的低压供电装置，所述的后续电路包括一个分别为双稳态模式电路和无稳态模式电路提供采样信号的波形整形电路，一个为整个装置提供延时起动、且时长可调的具有定时功能的定时器，一个受定时器控制的、与低压供电装置中的稳压输出端相连的、同时为所述的双稳态模式电路和无稳态模式电路及控制电压缓增电路提供低压工作电路的自保持电源开关，所述的无稳态模式电路在相应的控制电压缓增电路在缓变的过程中不断向后续的同步移相电路提供同步脉冲，同步移相电路即不断向与之串接的补偿电容C提供同步电压，补偿电容C二端的电压不断升高，当控制电压缓增电路输出的电压达到设定值时，同步移相电路即输出一个与市电频率、电压相同的电压，使接在串接的同步移相电路及补偿电容C二端的后续用电设备的电压、电流提高到所需的起动电压及电流，实现后续用电设备的延时软起动。
2.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是由低压供电电源、定时器、波形整形电路、自保持电源开关、控制电压缓增电路、双稳态模式电路、无稳态模式电路、同步移相电路和补偿电容C组成，低压供电电源的输入端接市电电源，低压供电电源中的同步电源的输出接波形整形电路的输入，低压供电电源的稳压电源的输出通过自保持电源开关向除定时器外的各电路提供工作电源，定时器的电源由低压供电电源的稳压电源输出直接提供，其输出接自保持电源开关的控制端；波形整形电路的输出接双稳态模式电路的触发输入端，双稳态模式电路的输出接无稳态模式电路的触发输入端，无稳态模式电路的电压控制端接控制电压缓增电路的输出，无稳态模式电路将双稳态模式电路的输出信号与控制电压缓增电路输出的控制信号进入处理得到一个同步移相脉冲输出信号送到同步移相电路的触发控制端，同步移相电路的主回路串接补偿电容C后，其整体的两端与市电电源并接后接后续用电装置。
3.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是在无稳态模式电路和同步移相电路之间接有保证电路中的高低压信号安全隔离并可靠传输的隔离电路，隔离电路的输入接无稳态模式电路的输出，其输出接同步移相电路的触发控制端；同步移相电路的主回路还连接有使其不被瞬间浪涌电压击毁的浪涌保护电路。
4.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是同步移相电路由多个结构相同的、小功率的同步移相分电路串接而成，每个同步移相分电路均串接有相应的补偿电容C。
5.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是定时器主要由集成电路IC1、电阻R1、R2、电位器VR1、电容C1、C2、二极管D1、D2组成，集成电路IC1的16脚与稳压电源的Vcc端相连，电阻R1、电位器VR1、电容C1组成集成电路的振荡回路，为集成电路IC1提供起振频率，电阻R1、电位器VR1串接后与集成电路IC1的10脚相连，电容C1与集成电路IC1的9脚相连，电阻R1为该集成电路IC1内部振荡器要求的起振电阻，振荡频率产生回路产生的振荡频率经集成块IC1内部14位二进制串行计数后，从集成电路IC1的3脚分频输出，并呈高电平，该高电平分两路输出，一路经二极管D1加至集成电路IC1的11脚，此时集成电路IC1内部振荡器停止振荡，集成块IC1的3脚维持呈高电平状态，另一路经二极管D2输出至自保持电源开关的控制端，电容C2并接在集成电路IC1的12和16脚上。
6.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是自保持电源开关主要由单向可控硅MCR1、电阻R30组成，电阻R30的一端通过集成电路IC1接单向可控硅MCR1的正极，单向可控硅MCR1的正极接稳压电源的Vcc端，其输出端为除定时器外的各电路提供工作电源。
7.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是控制电压值缓增电路主要由三端可调稳压集成块IC2，电阻R4、R5、R6、电位器VR2、电容C3、二极管D3、三极管BG1组成，集成块IC2的输入接单向可控硅MCR1的输出，其输出与二极管D3负极相接，其调节端Adj分别与电阻R5的一端、二极管D3的正极、及三极管BG1的集电极相连，三极管BG1的发射极接电源零线，电阻R4、电位器VR2串接后并联在三极管BG1的集电极和发射极上，电阻R6与电容C3串接后分别接单向可控硅MCR1的输出及电源零线，三极管BG1的基极接电阻R6与电容C3的串接点。
8.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是波形整形电路主要由三极管BG2、电阻R7、R8、R9、R10组成，电阻R7、R8相串接，电阻R7的一端接单向可控硅MCR1的输出，三极管BG2的基极接电阻R7、R8的串接点，电阻R10的一端接三极管BG2的发射极，另一端与电阻R8的一端共同接电源零线，三极管BG2的集电极通过电阻R9接单向可控硅MCR1的输出。
9.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是双稳态模式电路主要由二分之一双时基集成块IC3电容C4组成，双时基集成块IC3的2脚与三极管BG2的集电极相连，电容C4的一端接地，另一端与双时基集成块IC3的3脚相连；无稳态模式电路主要由二分之一双时基集成块IC3、电阻R12、R13、电容C5组成，双时基集成块IC3的14脚与单向可控硅MCR1的输出相连，电阻R12、R13、电容C5相串接，电阻R12的一端接单向可控硅MCR1的输出端，电阻R12、R13的串接点接双时基集成块IC3的13脚，电阻R13和电容C5的串接点接双时基集成块IC3的12脚，电容C5的一端接电源零线。
10.根据权利要求1所述的软起动用节能开关装置，其特征是同步移相电路主要由若干组结构相同的由二个串接电阻R15、R20和一个可控硅BCR组成的分电路并接而成，二个电阻的串接点接可控硅的负极，可控硅的正极直接与市电电源相接，其负极与相应的补偿电容C串接后接电源零线，隔离电路中的光电耦合器与串接R15、R20的串接点相连，浪涌电路中的电容C9、电阻R25串接后并接在可控硅BCR的正、负极上。
全文摘要
一种软起动用节能开关装置，其特征是低压供电电源的输入端接市电电源，其输出接有波形整形电路的输入并通过自保持电源开关向除定时器外的各电路提供工作电源，定时器的电源由低压供电电源的稳压电源输出直接提供，其输出接自保持电源开关的控制端；波形整形电路的输出接双稳态模式电路的触发输入端，双稳态模式电路的输出接无稳态模式电路的触发输入端，无稳态模式电路的电压控制端接控制电压缓增电路的输出，无稳态模式电路将双稳态模式电路的输出信号与控制电压缓增电路输出的控制信号进入处理后送到同步移相电路的触发控制端，同步移相电路串接补偿电容后，其整体的两端与市电电源并接后接入卤素灯镇流器。具有提高功率因素、减少无功损耗和节能的优点。
文档编号H05B41/14GK1645981SQ20041010305
公开日2005年7月27日 申请日期2004年12月29日 优先权日2004年12月29日
发明者林文献 申请人:苏州维运科技有限公司