專利名稱：紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電子開關(guān)，尤其涉及一種紅外線感應(yīng)照明電子開關(guān)。
開關(guān)是各類電器必備的部件。本發(fā)明涉及的是用于樓道、過道等公共場所的照明燈用的開關(guān)，這種開關(guān)能夠?qū)崿F(xiàn)人到燈亮，人走燈熄的功能。實(shí)現(xiàn)這種功能的電子開關(guān)目前已經(jīng)有成品出售，但目前這類電子開關(guān)由于其結(jié)構(gòu)原因，大都具有三個外接端子。

圖11示出了這種三端電子開關(guān)的應(yīng)用。從圖11中可以看出，由于其具有三個外接端子，因此，在安裝時(shí)，布線較為復(fù)雜。并且，對于現(xiàn)有電路的改造，也帶來了不便。一般這種三端電子開關(guān)只能與燈頭相結(jié)合，在安裝位置上缺乏靈活性。
因此，本發(fā)明的目的在于提供二端的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)，這種開關(guān)安裝靈活，布線簡單。
根據(jù)本發(fā)明的上述目的，本發(fā)明提供的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)包括整流電路，用于將交流電整流成直流電；可控硅，與所述整流電路并聯(lián)，用于控制連接在交流回路中的負(fù)載；同步信號取樣電路，與所述整流電路的輸出端相連，用于從所述整流電路的輸出中取出同步信號；紅外線感應(yīng)器，用于探測周圍環(huán)境中的紅外線；觸發(fā)控制發(fā)生器，分別與所述紅外線感應(yīng)器和所述同步信號取樣電路相連，用于根據(jù)所述紅外線感應(yīng)器的信號，在所述同步信號取樣電路輸出的同步信號控制下，產(chǎn)生觸發(fā)控制信號，控制所述可控硅的導(dǎo)通與截止；還包括限流器和與所述限流器的輸出端相連的充電電容器，所述限流器與所述整流電路的輸出端相連，所述限流器包括一個限流三極管和充電三極管，所述充電三極管的基極與所述限流三極管的集電極相連，所述充電三極管的集電極、所述限流三極管的集電極以及所述限流三極管的基極構(gòu)成所述限流器的輸入端，所述充電三極管的發(fā)射極和所述限流三極管的發(fā)射極構(gòu)成所述限流器的輸出端，在所述限流三極管的集電極與所述限流器的輸入端之間串接一個第一限流電阻器，在所述限流三極管的基極與所述限流器的輸入端之間連接一個穩(wěn)壓二極管與第二限流電阻器的串聯(lián)電路。
如上所述，由于本發(fā)明的電子開關(guān)中的限流器的作用，可以僅在較短的時(shí)間周期內(nèi)向充電電容器充電，在保證了向紅外線感應(yīng)器、觸發(fā)控制發(fā)生器等元件供電的前提下，大大減小了其自身的功耗。
下面結(jié)合附圖詳細(xì)描述本發(fā)明的實(shí)施例，同時(shí)，本發(fā)明的其它目的、特征以及效果通過下面的描述將更為明顯。
圖1是本發(fā)明的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)的功能框圖；圖2是圖1所示的功能框圖的一個具體的電路圖；圖3A和B是用于解釋限流器工作原理的示意圖；圖4是圖1中觸發(fā)控制發(fā)生器的框圖；圖5、圖6和圖7示出了圖2中各點(diǎn)的波形；圖8、圖9和圖10示出了本發(fā)明的其它實(shí)施例；圖11是傳統(tǒng)三端電子開關(guān)的應(yīng)用接線圖。
如圖1所示，圖1示出了紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)的功能框圖。從圖中可以看出，該電子開關(guān)主要包括整流電路1、限流器2、同步信號取樣電路3、紅外線感應(yīng)器4、觸發(fā)控制發(fā)生器5、可控硅TR1、充電電容器C1等。紅外線感應(yīng)器4用于探測周圍環(huán)境中的紅外線，例如人出現(xiàn)時(shí)產(chǎn)生的紅外線。當(dāng)其探測到紅外線時(shí)，就會在其輸出端產(chǎn)生輸出信號，輸入到其后的觸發(fā)控制發(fā)生器5。觸發(fā)控制發(fā)生器5根據(jù)同步信號取樣電路3以及紅外線感應(yīng)器4的輸出信號，產(chǎn)生觸發(fā)控制信號，把該觸發(fā)控制信號輸出到可控硅TR1的控制端，控制可控硅TR1的導(dǎo)通和截止，從而控制與可控硅TR1串聯(lián)的外部負(fù)載，例如電燈RL的點(diǎn)亮和熄滅。
整流電路1、限流器2和充電電容器C1構(gòu)成電子開關(guān)的供電部分，為紅外線感應(yīng)器4和觸發(fā)控制發(fā)生器5提供工作電源。整流電路1與外界的交流電相連，將交流電整流成直流電，然后把該直流電提供給限流器2，該直流電經(jīng)過限流器2限流后向充電電容器C1充電，然后由充電電容器C1向紅外線感應(yīng)器4和觸發(fā)控制發(fā)生器5提供工作電流。本發(fā)明的關(guān)鍵在于限流器2。
下面參照圖2和圖3詳細(xì)描述該限流器2的結(jié)構(gòu)和工作原理。
圖2示出了圖1所示的電子開關(guān)的一個具體電路圖。對照圖1和圖2可以看出，在該具體電路中，整流電路1采用了電橋整流電路。應(yīng)當(dāng)理解，也可以采用例如全波整流、半波整流等電路，這里采用的電極整流是一種較佳的電路。同步信號取樣電路3采用電阻器R6和電容器C2的串聯(lián)電路，用于從經(jīng)整流的直流電中取出同步信號，提供給后面的觸發(fā)控制發(fā)生器5使用。圖2中的二個三極管T1和T2以及其周圍的電阻R2-R5和穩(wěn)壓二極管ZD1構(gòu)成了圖1中的限流器2。其中的三極管T1為限流三極管，三極管T2為充電三極管，充電三極管T2的基極與限流三極管T1的集電極相連，充電三極管T2的集電極、限流三極管T1的集電極和基極構(gòu)成限流器2的輸入端，充電三極管T2的發(fā)射極和限流三極管T1的發(fā)射極構(gòu)成所述限流器的輸出端，在限流三極管T1的集電極與限流器2的輸入端之間串接一個第一限流電阻器R4，在限流三極管T1的基極與限流器2的輸入端之間連接一個穩(wěn)壓二極管ZD1與第二限流電阻器R2的串聯(lián)電路。
下面參照圖3A和3B來解釋限流器2的工作原理。
通常第一限流電阻器R4和第二限流電阻器R2的阻值遠(yuǎn)比電阻器R5的阻值大。穩(wěn)壓二極管ZD1的擊穿電壓是VZ，通常VZ在幾十伏左右。當(dāng)限流器兩端的電壓VA在0.7～VZ之間時(shí)，穩(wěn)壓二極管ZD1不會被擊穿，無電流流過第二限流電阻器R2。此時(shí)限流三極管T1的基極無電流，三極管T1處于截止?fàn)顟B(tài)。由于限流三極管T1截止，流過第一限流器R4的電流將全部流入充電三極管T2的基極，因此三極管T2會導(dǎo)通。當(dāng)電壓VA升高到一定值時(shí)，充電三極管T2處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)。參見圖2B，由于電阻器R5電阻值較小，因此流過限流器2的電流IA隨電壓VA變化較大，也就是內(nèi)阻較小，即圖2B的0～B點(diǎn)之間的特性。當(dāng)電壓VA升高達(dá)到VZ時(shí)，穩(wěn)壓二極管ZD1開始擊穿導(dǎo)通，第二限流器R2中會有電流流過，并且流入限流三極管T1的基極。此時(shí)三極管T1開始由截止?fàn)顟B(tài)向?qū)顟B(tài)轉(zhuǎn)變，三極管T1的集電極開始有電流，從而導(dǎo)致流入充電三極管T2基極電流減小，三極管T2導(dǎo)通減弱，并逐漸退出飽和導(dǎo)通狀態(tài)，電流IA開始減小，見圖2B的B～C點(diǎn)之間的特性。電壓VA繼續(xù)升高，充電三極管T2會進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)，三極管T2的發(fā)射極完全無電流，電流IA也達(dá)到一個谷點(diǎn)，見圖2B的C點(diǎn)。電壓VA繼續(xù)升高，三極管T1保持飽和導(dǎo)通狀態(tài)，穩(wěn)壓二極管ZD1保持擊穿導(dǎo)通，因此第一限流電阻器R4、穩(wěn)壓二極管ZD1及第二限流電阻器R2中仍有電流通過。但由于第一限流器R2和第二限流器R4的阻值較大，所以流過限流器2的電流IA比三極管T2進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)前電流小，見圖2B的C～D之間的特性。限流器2的電阻R3是一個輔助電阻，其功能是避免穩(wěn)壓二極管ZD1擊穿導(dǎo)通之前漏電流的影響。
限流器2的輸出電流IA向充電電容器C1進(jìn)行充電，然后，由充電電容器C1向紅外線感應(yīng)器4和觸發(fā)控制發(fā)生器5提供工作電流。從圖3B可以看出，由于電流IA在O-B點(diǎn)時(shí)較大，在C-D點(diǎn)時(shí)較小，因此，對充電電容器C1的充電主要是在O-B點(diǎn)進(jìn)行。
圖1中的觸發(fā)控制發(fā)生器5的進(jìn)一步的框圖如圖4所示。觸發(fā)控制發(fā)生器5包括有消毛刺處理電路51、脈沖發(fā)生電路52、定時(shí)電路53、觸發(fā)脈沖調(diào)相電路54、噪聲抑制電路55以及放大器56。消毛刺處理電路51與同步信號取樣電路3相連，接收同步信號，其作用是把同步信號中的毛刺過濾掉。脈沖發(fā)生電路52根據(jù)定時(shí)電路53產(chǎn)生脈沖觸發(fā)信號。噪聲抑制電路55與紅外線感應(yīng)器4的輸出端相連，用于消除外界誤觸發(fā)信號，以保證系統(tǒng)準(zhǔn)確可靠。觸發(fā)脈沖調(diào)相電路54根據(jù)定時(shí)電路53的定時(shí)信號、同步信號和紅外線感應(yīng)器4的輸出信號對脈沖發(fā)生電路52的脈沖觸發(fā)信號的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。其工作原理如下觸發(fā)控制發(fā)生器5有兩個輸入端，一個是控制輸入端IN，另一個是同步信號輸入端SYNC。參見圖5，波形W1是圖2中V1點(diǎn)的電壓波形。此電壓波形經(jīng)過同步信號取樣電路(R6和C2)，同時(shí)在觸發(fā)控制發(fā)生器5的SYNC輸入端自身的鉗位特性作用下，形成圖5中W2所示的同步信號，同步參考點(diǎn)位于W2波形低電平脈沖的中心位置。注意，由于采用橋形整流，因此，此時(shí)同步信號頻率是交流電源頻率的兩倍。圖5中W3波形是紅外感應(yīng)器4的輸出端OUT1信號，也是觸發(fā)控制發(fā)生器5的輸入端IN信號。這里W3波形采用高電平指示有人，低電平指示無人。OUT2端是觸發(fā)控制發(fā)生器5的輸出端，其輸出信號主要用于觸發(fā)雙向可控硅TR1。圖5中W4波形是OUT2的輸出信號。當(dāng)IN信號是低電平時(shí)，觸發(fā)控制發(fā)生器5的輸出端OUT2無脈沖輸出，其輸入端IN信號轉(zhuǎn)為高電平時(shí)，輸出端OUT2將輸出脈沖。注意OUT2輸出信號與SYNC輸入信號的相位關(guān)系，也就是輸出端OUT2的輸出信號的脈沖比同步信號SYNC的脈沖有一個延時(shí)，見圖5所示的Td。延時(shí)Td的大小可以決定雙向可控硅的導(dǎo)通角大小，通常延時(shí)Td可在5～175°之間選擇。延時(shí)Td在最小值時(shí)，雙向可控硅TR1導(dǎo)通角最大，負(fù)載獲得交流電流的供電功率也最大。在延時(shí)Td為5°時(shí)，雙向可控硅TR1的導(dǎo)通角為175°。在延時(shí)Td為175°時(shí)，雙向可控硅TR1的導(dǎo)通角為5°。注意延時(shí)Td不可取值過小，過小容易引起圖2中V2點(diǎn)的電壓下降，紅外線感應(yīng)器4與觸發(fā)控制發(fā)生器5無法得到合適的穩(wěn)定供電電壓。本發(fā)明可以通過調(diào)節(jié)延時(shí)Td的大小，實(shí)現(xiàn)負(fù)載或照明燈泡的功率調(diào)節(jié)。上述的延時(shí)Td調(diào)節(jié)，是利用觸發(fā)控制發(fā)生器5中的觸發(fā)脈沖調(diào)相電路54來實(shí)現(xiàn)的。
整個電子開關(guān)的工作可以分為未探測到人員和探測到人員兩種情況一、未探?jīng)]到人員時(shí)參見圖2，可控硅TR1處于關(guān)閉狀態(tài)，由于負(fù)載RL阻值較小，與輸入端子AC1、AC2相連的交流電壓會施加到整流橋D1～D4組成的整流電路1上。由于整流電路1的作用，V1點(diǎn)的電壓波形如圖6的W5所示。當(dāng)AC1、AC2是有效值110～220V交流電時(shí)，V1點(diǎn)的峰值電壓約是155～310V。穩(wěn)壓二極管ZD2通常擊穿電壓比較小(通常3～5V)，遠(yuǎn)比V1的峰值電壓要小，因此電流I1主要由限流器2的特性決定。按照前面討論的限流器特性，電流I1應(yīng)是圖6的W6的波形。注意此時(shí)電流I1波形中有兩個電流峰值，一個是V1電壓在上升時(shí)產(chǎn)生，另一個是V1電壓在回落時(shí)產(chǎn)生。電流I1向與穩(wěn)壓二極管ZD2并聯(lián)的充電電容器C1充電，過多充電時(shí)，電容器C1兩端電壓升高，導(dǎo)致穩(wěn)壓二極管ZD2擊穿導(dǎo)通，泄放掉多余電荷，維持電容器C1兩端電壓保持在穩(wěn)壓二極管ZD2擊穿電壓附近。當(dāng)充電結(jié)束以后，電容器C1釋放貯存的電荷向其它內(nèi)部部件供電。只要電容器C1的容量足夠大，并且電流I1充電電荷數(shù)量大于內(nèi)部各部件消耗的電荷數(shù)量，圖2的V2點(diǎn)就可得到一個穩(wěn)定的電壓，其電壓數(shù)值與穩(wěn)壓二極管ZD2擊穿電壓相等。由于探測區(qū)域無人員移動，紅外線感應(yīng)器4的輸出端OUT1輸出始終是低電平，觸發(fā)控制發(fā)生器5的輸出端OUT2無脈沖輸出，可控硅TR1將保持關(guān)閉狀態(tài)。
探測到有人員時(shí)參見圖2，紅外線感應(yīng)器4探測到有人員移動時(shí)，其輸出端OUT1端會輸出高電平。按照前面討論的觸發(fā)控制發(fā)生器5的邏輯特性，觸發(fā)控制發(fā)生器5的輸出端OUT2會輸出一串脈沖，見圖5的W4。此脈沖送至光電耦合器OP1的輸入端，光耦合器OP1的輸出端與電阻器R1形成通路，觸發(fā)脈沖電流由AC1出發(fā)，流過電阻器R1及光電耦合器OP1輸出端，最后到達(dá)可控硅TR1的觸發(fā)端，可控硅TR1立即轉(zhuǎn)為導(dǎo)通狀態(tài)。在脈沖電流消失后，可控硅TR1仍保持導(dǎo)通狀態(tài)。參見圖7，波形W7是圖2的V1點(diǎn)電壓波形，W8是此時(shí)流過限流器2的電流I1的波形。在雙向可控硅TR1導(dǎo)通之前的一小段時(shí)間中，V1處在低電壓段，限流器2產(chǎn)生的充電電流I1幅度較大，因此并聯(lián)穩(wěn)壓二極管ZD2及電容器C1仍然可以獲得較大的電荷補(bǔ)充。只要此時(shí)補(bǔ)充的電荷比紅外線感應(yīng)器4和觸發(fā)控制發(fā)生器5消耗的電荷多，并聯(lián)穩(wěn)壓二極管ZD2及電容器C1就可以使V2點(diǎn)的電壓保持穩(wěn)定。本發(fā)明的另一一個特征就是利用雙向可控硅TR1導(dǎo)通之前的一小段非導(dǎo)通時(shí)間，由限流器2產(chǎn)生幅度較大的充電電流脈沖，使充電電容器C1得到必要的電荷補(bǔ)充，從而維持紅外線感應(yīng)器4及觸發(fā)控制發(fā)生器5正常工作。
從上面的描述以及附圖中可以看出，本發(fā)明的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)只有兩個外接端子。因此，本傳統(tǒng)的三個端子的電子開關(guān)相關(guān)，在安裝簡化了布線結(jié)構(gòu)。而且，對于改裝現(xiàn)有的線路，電子開關(guān)的安裝位置也不再受到限制，可以根據(jù)需要安裝在原有的開關(guān)處等。
以上詳細(xì)描述了本發(fā)明的一個實(shí)施例。但是應(yīng)當(dāng)理解，上面的描述僅是實(shí)施例而已，并不是對本發(fā)明的限制。上述實(shí)施例在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，可以作出種種變化。例如，如圖8所示，在該實(shí)施例如，圖2中的光電耦合器OP1用一個觸發(fā)脈沖耦合變壓器T1來代替。在圖9所示的例子中，省略了光電耦合器OP1或者耦合變壓器T1。用半波整流的方式代替了橋式整流。
圖10示出了本發(fā)明的又一個實(shí)施例，該實(shí)施例與圖2的實(shí)施例的不同之處在于，增加兩個三極管TA和TB以及電阻器RA、RB和RC，其目的是進(jìn)一步減少電子開關(guān)的自身功耗。在未檢測到人員移動時(shí)，V1點(diǎn)在由OV上升到接近穩(wěn)壓二極管ZD1擊穿電壓VZ時(shí)，三極管T2保持飽和導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)V1點(diǎn)的電壓上升達(dá)到或略超過擊穿電壓VZ時(shí)，三極管TB導(dǎo)通，導(dǎo)致三極管TA也導(dǎo)通，三極管TA與TB形成與可控硅相似的互鎖現(xiàn)象。這時(shí)，即使V1電壓回落到VZ以下時(shí)，三級管TA、TB仍然維持導(dǎo)通，同時(shí)導(dǎo)致三極管T1也維持導(dǎo)通，因而三極管T2無法退回到開始時(shí)的飽和導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路的特點(diǎn)是當(dāng)V1電壓上升時(shí)，電流I1會有一個沖電電流峰值，而在V1電壓回落時(shí)，不產(chǎn)生沖電電流峰值，比圖2的電路少了一個充電電流峰值，可以獲得更小的自身功率消耗。
另外，也可將三極管替換成MOS管或達(dá)林頓管實(shí)現(xiàn)其它應(yīng)用。如果將紅外線感應(yīng)器替換成其它探測器，如壓力、溫度、煙霧等探測器等，同樣可以制造二個端子輸出的其它感應(yīng)開關(guān)。
權(quán)利要求
1.一種紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)，包括整流電路，用于將交流電整流成直流電；可控硅，與所述整流電路并聯(lián)，用于控制連接在交流回路中的負(fù)載；同步信號取樣電路，與所述整流電路的輸出端相連，用于從所述整流電路的輸出中取出同步信號；紅外線感應(yīng)器，用于探測周圍環(huán)境中的紅外線；觸發(fā)控制發(fā)生器，分別與所述紅外線感應(yīng)器和所述同步信號取樣電路相連，用于根據(jù)所述紅外線感應(yīng)器的信號，在所述同步信號取樣電路輸出的同步信號控制下，產(chǎn)生觸發(fā)控制信號，控制所述可控硅的導(dǎo)通與截止；其特征在于，還包括限流器和與所述限流器的輸出端相連的充電電容器，所述限流器與所述整流電路的輸出端相連，所述限流器包括一個限流三極管和充電三極管，所述充電三極管的基極與所述限流三極管的集電極相連，所述充電三極管的集電極、所述限流三極管的集電極以及所述限流三極管的基極構(gòu)成所述限流器的輸入端，所述充電三極管的發(fā)射極和所述限流三極管的發(fā)射極構(gòu)成所述限流器的輸出端，在所述限流三極管的集電極與所述限流器的輸入端之間串接一個第一限流電阻器，在所述限流三極管的基極與所述限流器的輸入端之間連接一個穩(wěn)壓二極管與第二限流電阻器的串聯(lián)電路。
2.如權(quán)利要求1所述的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)，其特征在于，還包括光電耦合器，連接在所述觸發(fā)控制發(fā)生器的輸出端與所述可控硅的控制端之間。
3.如權(quán)利要求1所述的紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān)，其特征在于，還包括觸發(fā)脈沖耦合變壓器，連接在所述觸發(fā)控制發(fā)生器的輸出端與所述可控硅的控制端之間。
4.如權(quán)利要求1所述的紅外線感應(yīng)照明電子開關(guān)，其特征在于，所述觸發(fā)控制發(fā)生器包括消毛刺處理電路，與所述同步信號取樣電路相連，接收同步信號，用于過濾同步信號中的毛刺；定時(shí)電路，產(chǎn)生定時(shí)信號；脈沖發(fā)生電路，根據(jù)定時(shí)電路53產(chǎn)生脈沖觸發(fā)信號；噪聲抑制電路，與所述紅外線感應(yīng)器的輸出端相連，用于消除外界誤觸發(fā)信號；觸發(fā)脈沖調(diào)相電路，根據(jù)所述定時(shí)電路的定時(shí)信號、同步信號和所述紅外線感應(yīng)器的輸出信號對所述脈沖發(fā)生電路的脈沖觸發(fā)信號的相位進(jìn)行調(diào)節(jié)。
全文摘要
本發(fā)明提供一種紅外線感應(yīng)照明燈電子開關(guān),包括:整流電路;可控硅;同步信號取樣電路;紅外線感應(yīng)器;觸發(fā)控制發(fā)生器;限流器和充電電容器,限流器包括一個限流三極管和充電三極管,充電三極管的基極與限流三極管的集電極相連,充電三極管的集電極、限流三極管的集電極以及限流三極管的基極構(gòu)成限流器的輸入端,充電三極管的發(fā)射極和限流三極管的發(fā)射極構(gòu)成限流器的輸出端。本發(fā)明的電子開關(guān)只有兩個外接端子。
文檔編號H05B39/08GK1331514SQ0011680
公開日2002年1月16日 申請日期2000年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2000年6月27日
發(fā)明者宋群, 李健, 謝芳 申請人:百利通電子(上海)有限公司