专利名称：自动开关电路中的手动代用装置的制作方法
技术领域：
本发明从总体上讲，涉及受控开关电路或者自动开关电路，通常用于商用电器以及家用电器中。更具体地说，本发明涉及这样的开关电路的手动代用技术。
本发明所处理的问题可以用被动式红外运动检测器(PIR)的例子说明，同样的问题在其它许多实际应用中也存在。PIR运动检测器是一种应用于自动光开关上的装置，当人或者运动车辆进入监控区域时，光开关可以把灯打开。这样的装置可用做户外或者门外光源，例如，当人靠近门前方时指示出过道，或者当汽车驶近时指示出驾驶道路。
PIR运动检测器依靠探测人体或者类似热源在进入检测器观察区时或者在该区域内活动时所发出来的红外辐射热来工作。当运动检测器检测到移动热源的相应特征热脉冲时，它产生低压电信号，点亮电灯或者发出报警。电子开关电路，通常由三端双向可控硅或者其它类型的可控硅来控制，接收低压电子信号并且相应地打开电源点亮电灯。开关电路通常设置成在检测到运动物体后持续点亮电灯一段预定好的时间。因此，当人进入到运动检测器的观察区域后，电灯自动点亮并且通常持续5到15分钟时间。当预定时间结束后，如果没有检测到进一步的运动，电灯然后就自动关灭。
有时需要手动控制运动检测器的自动开关动作，例如用墙壁开关。用户可能听到房间的外面有声音，并且想要用墙壁开关打开外面的灯看一下。偶尔声音可能是由运动检测器所不检测的热源发出的，也可能由于热源太小、太远或位于运动检测器的观察区域之外，而使运动检测器检测不到。在另外一些情况中，用户可能想使灯亮的时间超过预订的自动熄灭时间。为激活通常的手动代用机构，用户暂时先把墙壁开关切换至关断位置，然后立即把它回复到开的位置。为响应墙壁开关的触发，以前的手动代用电路通常使用数字逻辑电路中所用的集成电路元件(即数字集成电路)。在低成本的商用电器或者家用电器里的手动代用电路中使用这样的集成电路芯片，例如触发器、寄存器、计数器等，是一种折中方案。专用集成电路芯片价格贵，并且仍然需要外围电子元件才能组成代用装置。也就是说，在以前的代用装置中，组成电路的电子元件的总数并不少，有一些元件还很贵，组装电路需要很多步骤。使得以前所使用的手动代用电路的成本高于期望值。
本发明提供了一种手动代用电路，用于商用电器或者家用电器中，该电路使用很少的电子元件，制造起来非常经济，同时提供了很高的稳定性和可靠性。按照本发明制作的代用电路仅需要一个集成单运放，两个电容，它们按电源切换情况相应地以适当顺序充放电，以及几个电阻。这样的简单元件组成的简单电路有很多优点，尤其可用于廉价的商用或家用电器中。仅仅需要一个单运放是非常有好处的，因为集成运算放大器是一种非常通用的电子元件，通常把四个单运放封装到一起，组成一个四运放来卖。这样，仅使用了一个运算放大器，就可以把其它三个运算放大器空出来，在装置的主电路中用做它用。由于代用电路仅仅需要使用一个运算放大器以及很少的外围元件，因此制造起来更便宜。本电路的另外的意想不到的收益是尽管使用了相对较少的元件，电路仍给出了很高的控制切换的时间窗口，即用户手动把开关从开的位置切换到关的位置然后再切换回来到开的位置所用的时间。许多简单的电路设计缺乏附加的稳定元件，容易导致进入振荡状态，而按照本发明所做的电路设计是非常稳定的，不会产生自发振荡或者过渡态导致的振荡。尽管没有用触发器、寄存器或者其它数字电路元件以保护稳定的逻辑信号，本发明仍然提供了可靠的双稳态，即提供了两种稳定的状态以表示手动控制激活或者手动代用熄灭。
参照以下部分和附图，可以进一步理解并认识到本发明的结构、操作和优点。
图1是本发明中手动代用电路的电路原理图。
本发明中的手动代用电路在这里以在被动式红外运动检测器中的实施例来表示。本发明也可以在其它商用电器或者家用电器中实现，用作手动控制自动开关电路。因此本发明不仅仅局限于这里所公开的、做为例子提供的特定实施例。
在图1中，灯10用来响应被动红外传感器11所接收到的红外辐射。当红外辐射照到传感器11时，传感器生成了一个电子信号到处理电路12，该处理电路判断接收到的红外辐射是否具有与目标物体所相同的特征，如果有，就沿控制线13产生一个触发信号点亮灯10。触发信号本身在输出级产生，在图1中是运算放大器14。如图1中所设置的那样，当处理电路12判断出存在目标物体时，放大器14在其输出端生成高电平。运动检测装置沿着线16和17从电网中接收通常的家用A、C。线上的电压(即交流电压)。灯10通过受控开关电路18跨接到电源线16和17上，通过灯连接电源以响应控制线13上的来自放大器14的触发信号。灯10的电压通常与电网电压相同，而电路的其余部分在低压下工作，一般为5到15V，由电源电路19提供。运动检测装置通过开关20加电，开关20通常是墙壁开关。在装置的正常操作中，开关20在其左边的关闭位置上。
手动代用电路包括集成运算放大器21，在其输出端22产生高电平以触发开关电路18点亮灯10。一个阻容网络，用23来表示，把低压电源19连接到运算放大器21的反相输入端24。阻容网络23包括电阻25和电容26串联，以及电阻27和电容26并联。运算放大器21的反相输入端24和同相输入端28通过图1中的电阻网络连接到一起，图中的电阻网络为单个电阻29。这里通过单电阻30提供了电阻网络二，该电阻网络把反相输入端24连接到地。通过单电阻31形成一个电阻反馈通路，把运算放大器的输出端22和同相输入端28连接到一起，同时也通过电容32接地。图1所示的实施例中的这种简单的电路设计，由一个运算放大器，两个电容，五个电阻组成，提供了特别稳定的手动加载功能，而在以前的电路中只能使用更复杂或者更贵的电路才能实现这种功能。
在操作中，电路按以下方式工作。电源首次加到运动检测器上后，当用户在安装好装置后第一次关闭墙壁开关20时，有一电流流过电阻25，使电容26得到充电。几乎同时，反相输入端24的电压升高，使得输出端22的电压降低。当输出端22为低电平时，电流即流过电阻反馈通路(电阻31)，保持同相输入端28为低电平。反相输入端24的电压高于同相输入端28，并且该电压由于电阻配置的分压作用得到稳定的维持。在这一级上，电容32同样帮助确定同相输入端28的低电压，因为任何通过电容26的漏电流都流过了电容32。因此形成了代用电路的稳态一。在这种状态下，反相输入端24为地电位，并且其电位高于同相输入端28。在这种设置中运算放大器21的输出为低电平。低电平输出得到反馈，电容26完全充电。只要电源没有中断，电路将一直保持此状态。
假定现在用户需要手动开灯。用户切换墙壁开关20，包括暂时打开开关及再把它关上。当用户打开开关20时，就切断了代用电路的电源，电源19处的电压开始降落。这样，电容26开始向电源19放电。在这个过程中，反相输入端24的电压变得低于同相输入端28的电压。电阻25的阻值小于电阻30以保证电容26优先通过电阻25放电。由于电容器26的放电使得反相输入端24被拉至低于同相输入端28的电位。在电源19彻底衰减以前(可能需要几秒钟)，运放21翻转(也就是说，其输出端切换至高电平)。输出高电平信号通过电阻31反馈并且向电容32充电，该充电非常迅速，即在电源19彻底衰减之前就能完成充电。电容32上的充电暂时维持了同相输入端28在其高电位上，并且维持了运放21的输出也在高电平上。这样就延长了用户把墙壁开关切换回关闭位置所需要的时间，定义了充足的“翻转窗口”，即把墙壁开关切换回关闭(“On”)位置所需的时间。
一旦用户扳动墙壁开关20回到其关闭位置，就向代用电路中存储了能量。电路的电压上升得非常快。在这一级中同相输入端28的电压高于反相输入端24的电压，24的电压低于地电位。输出端22的信号电平为高电平，并且在这种结构中通过反馈电阻31维持了输出的高电平。输出端22的高电平通过二极管22施加到控制线13，引起开关电路18点亮电灯10，而不管运放14的输出端的状态是什么。
在代用电路被切换到高电平状态(激活)后，为继续进行运动检测器的正常使用，用户再次切换墙壁开关20。当用户第一次开始打开开关时，电容32被全部充电并且当其放电时把能量全部充入电容26中。结果是同相输入端28的电势降落快于反相输入端24的电势降落，同时运放翻转回低电平状态。在两种稳定状态之间维持有足够的电压差，因此运放21是稳定的。
电阻值的选择取决于特定的电源和电路阻抗。选择适当的电容值可以定义所需的翻转窗的长短。适当的电容值和电阻值的选择，对于任何所需的应用来说，都是完全常规的，使用通常的技巧即可完成。应该注意到电容器26绝不会被反向极化(反向极化有可能损坏电容器)。实际上，本电路的操作依赖于电容26的所谓的“反向极化”，实际上并没有进行真正的反向极化，而是电路把负极拉低至低于地电位而没有损坏电容器。这与通常所接受的电路实现相反，它们需要插入一个二极管以防止电容26进行反向极化。这样的二极管在本电路里不需要。反向极化并不发生，因为对电阻值加以选择，使得在两种稳态下电容的正向输入总是高于负向输入。
上面所述及插图展示了本发明的一个示范性实施例。知道了本发明的益处后，熟悉电子电路的人将可以进行各种修改、替换及改型，同样可以取得本发明的优势。例如，熟悉电子电路的人将认识到手动代用电路可以被设计成与本发明镜象对称的结构，输出电压在上电启动时为高，然后翻转成低。这是能够做到的，例如，把运放的同相输入端和反相输入端的连接颠倒过来。因此，本发明不仅仅局限于上面的描述和示范，而是受下面的权利要求所保护。
权利要求
1.用于含有自动开关电路的装置中的手动代用电路，可以响应控制线上的控制信号给负载加电，该装置中至少有一部分电源电压可通过手动操作开关来切断，所说的手动代用电路包括一个运算放大器，带有同相输入端和反相输入端以及一个输出端，所说的输出端连接到所说的控制线上以施加手动控制信号，由此来控制所说的开关电路；阻容网络一，连接所说的电源电压到同相输入端和反相输入端中的一个，以响应所说的手动操作开关的开和关进行充电和放电；电阻网络一，连接所说的同相输入端和反相输入端；电阻网络二，连接所说的一个输入端到地；电阻反馈通路，连接所说的放大器输出端与所说的同相输入端和反相输入端中的另一个；以及一个电容器，连接所说的另一个输入端到地；从而当切换手动操作开关时，对所说的阻容网络一以及所说的电容进行充电和放电，从而切换所说的运算放大器的输出状态，从而切换所说的手动控制信号。
2.根据权利要求1的装置，其中所说的阻容网络一含有电容一，电阻一，二者串联连接，以及电阻二，与所说的电容一并联，所说的电阻一连接到所说的电源上；所说的电阻网络一含有电阻三；所说的电阻网络二含有电阻四；以及所说的电阻反馈通路含有电阻五。
全文摘要
一种用于商用或者家用电器上的手动代用电路，可以仅使用一个集成单运放，两个电容器，它们按电源切换情况相应地以适当顺序充放电，以及几个电阻。这种简单的电路设计，仅仅含有一个运算放大器，两个电容器，以及五个电阻器，提供了非常稳定的手动控制操作，以响应对装置的控制电压的手动切换。
文档编号H05B37/02GK1138778SQ9511755
公开日1996年12月25日 申请日期1995年11月29日 优先权日1994年11月29日
发明者韦德李 申请人:拉里C·Y·李