專利名稱：超小型電子式無功耗延時(shí)節(jié)電開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種能使各種建筑內(nèi)走廊、樓道燈自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉的高效節(jié)電開關(guān)。
延時(shí)節(jié)電開關(guān)是國家大力提倡在各種建筑的走廊、樓道內(nèi)安裝的高效節(jié)電產(chǎn)品，是消滅長(zhǎng)明燈的最有效方法，一盞40W燈加裝延時(shí)節(jié)電開關(guān)后，年節(jié)電100度以上。
目前，電子式延時(shí)節(jié)電開關(guān)存在的主要問題是1、無論燈亮與否，開關(guān)本身都要消耗電能，既不利于進(jìn)一步節(jié)電，更重要的是本身消耗的能量在開關(guān)內(nèi)部產(chǎn)生較多的熱量，使開關(guān)內(nèi)部溫度升高，各電子元器件長(zhǎng)期置身于較高溫度的環(huán)境中，其參數(shù)易發(fā)生變化，易老化、失效。產(chǎn)品工作穩(wěn)定性差，使用壽命短。
2、電路放大環(huán)節(jié)多，故障可能性大，當(dāng)某個(gè)元件參數(shù)發(fā)生一定的變化，就可能導(dǎo)致電路失控。
3、繼電器觸點(diǎn)分?jǐn)嚯娏鲿r(shí)火花大，易燒蝕，使用壽命短。
4、產(chǎn)品體積大，結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，成本及生產(chǎn)費(fèi)用高。
上述弊端嚴(yán)重影響了延時(shí)節(jié)電開關(guān)的聲譽(yù)，致使延時(shí)節(jié)電技術(shù)在全國得不到應(yīng)有的推廣應(yīng)用。
本實(shí)用新型的目的在于提供一種適用于控制各種建筑走廊、樓道燈，并可作為其它電器定時(shí)開關(guān)，價(jià)格低廉，自身不耗電，使用壽命長(zhǎng)，其延遲時(shí)間可在1秒至30分鐘內(nèi)設(shè)置的超小型無觸點(diǎn)延時(shí)節(jié)電開關(guān)。
本實(shí)用新型電子電路是這樣實(shí)現(xiàn)的1、利用單向可控硅的高靈敏度觸發(fā)特性，并設(shè)置與其工作特點(diǎn)相適應(yīng)的電路。單向塑封可控硅，其觸發(fā)電流一般20μA左右，觸發(fā)后維持導(dǎo)通電流僅需幾μA，這一特性為消除產(chǎn)品本身靜態(tài)功耗，保證產(chǎn)品本身不發(fā)熱創(chuàng)造了條件。但由于可控硅具有單向?qū)щ娞匦?，在交流電路上?yīng)用，如不采取相應(yīng)的措施，則負(fù)載ED既不能獲得完整的交流電，而且很小的觸發(fā)電流不能維持可控硅T連續(xù)導(dǎo)通，無法延遲。為解決這一問題，在開關(guān)側(cè)設(shè)置橋式整流電路，將流經(jīng)負(fù)載ED的交流電轉(zhuǎn)換成直流電，加于可控硅T／A，K極。橋式整流電路由D1－D4組成，其交流輸入一端經(jīng)負(fù)載ED與電源A端相接，另一端接電源B端，直流輸出正端接T／A極，負(fù)端接T／K極。此電路可使可控硅T始終處于正向工作狀態(tài)，既利于觸發(fā)后小電流維持可控硅連續(xù)導(dǎo)通，又可使負(fù)載ED獲得完整的交流電。
2、利用可控硅阻斷時(shí)，交流電源經(jīng)D1－D4整流后在T／A、K極間產(chǎn)生幅度為200V左右的直流電壓，作為按鈕KN接通瞬間向延時(shí)電路儲(chǔ)能電容C1快速充電電源。此直流充電電源也可通過將D5正端接交流電源經(jīng)半波整流后獲得。
3、設(shè)置觸發(fā)延時(shí)電路，此電路由D5、R1、KN、C1、DW、R2等元器件組成。二極管D5、限流電阻R1、按鈕KN和儲(chǔ)能電容C1串聯(lián)。C1負(fù)端接T／K極，D5正端接T／A極。放電電阻R2經(jīng)D6接T／G極。KN接通前，上述元件都處于與直流電源斷開狀態(tài)，不耗電。KN接通瞬間，經(jīng)D1－D4整流后的直流電源經(jīng)D5、R1、KN向C1快速充電，同時(shí)觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通。可控硅T導(dǎo)通后，當(dāng)電源A端為正時(shí)，電流從A端出發(fā)經(jīng)ED、D1、T、D2到電源B端；當(dāng)電源B端為正時(shí)，電流從B端出發(fā)，經(jīng)D4、T、D3、ED到電源A端，負(fù)載ED有額定 交流電流流過，燈亮。KN斷開后，C1儲(chǔ)存的電荷經(jīng)R2和可控硅T／G極放電，以維持可控硅T繼續(xù)導(dǎo)通。當(dāng)C1流經(jīng)T／G極的放電電流下降到低于維持可控硅T導(dǎo)通值時(shí)，T自動(dòng)關(guān)閉，負(fù)載ED因無電流流過而熄滅。
4、由R2、C2組成的可控硅T延遲導(dǎo)通電路。本電路可使可控硅在KN接通后延遲一段時(shí)間導(dǎo)通，以確保有足夠的時(shí)間使C1充得足夠的電壓。延遲電容C2正端與R2電流輸出端相接，負(fù)端接T／K極。如果不設(shè)C2，接通KN后，當(dāng)C1電壓剛剛上升到可控硅導(dǎo)通值時(shí)，可控硅T立即導(dǎo)通，T／A、K極電壓立即下降到小于1V、C1停此充電，由于此時(shí)C1上充得的電壓很低，儲(chǔ)存的電荷少，放電電流小，難以維持可控硅繼續(xù)導(dǎo)通，可控硅T隨之關(guān)閉。接入C2后，流經(jīng)R2的電流先向C2充電，當(dāng)C2上電壓高于D6＋T／GK極結(jié)電壓時(shí)，可控硅才導(dǎo)通。由于R2C2遠(yuǎn)大于R1C1的時(shí)間常數(shù)，在按鈕按通期間，C1有足夠的時(shí)間充至預(yù)定電壓值。以上所說的時(shí)間長(zhǎng)短是相對(duì)而言，實(shí)際上都低于0.1秒，人不易察覺。
5、設(shè)置可控硅自動(dòng)關(guān)閉電路，確保可控硅準(zhǔn)確無誤地關(guān)閉?？煽毓鑼?dǎo)通后，在GK極間存在一種由T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦半波電壓，此電壓幅度雖很小，但由于維持可控硅T導(dǎo)通的觸發(fā)電壓幅度更小，當(dāng)C1電壓降至較低值時(shí)，由T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦半波壓幅度高于C1、C2電壓幅度。當(dāng)正弦電壓波幅高于C1、C2電壓時(shí)，向C1、C2反向充電，當(dāng)G、K極正弦電壓波幅較低或?yàn)榱銜r(shí)，C1、C2向G、K極放電，如此反復(fù)，C1、C2上電壓始終維持在可控硅T持續(xù)導(dǎo)通值，可控硅T關(guān)不斷，電路處于失控狀態(tài)。為消除T／A、K極電流產(chǎn)生的正弦電壓的影響，電路中加設(shè)反向隔離管D6和泄漏電阻R3。D6正端與R2和C2正端相接，負(fù)端接T／G極；R3與可控硅T／G、K極并聯(lián)。D6的作用在于阻止T／G、K極正弦半波電壓向C1、C2反向充電，R3的作用在于為T／GK極正弦電流開辟通路，使T／GK極正弦電壓降到低于可控硅T關(guān)斷電壓值。R3對(duì)延遲時(shí)間雖有一定的影響，但可通過加大C1容量來彌補(bǔ)。加設(shè)D6、R3后，可控硅T可按設(shè)定時(shí)間準(zhǔn)確關(guān)閉。
以下結(jié)合附圖1簡(jiǎn)要介紹如下圖中A、B為交流220V電源，編號(hào)1、2為開關(guān)電源輸入端，編號(hào)5為緊急開關(guān)輸入端。
接通電源后，交流電源經(jīng)負(fù)載ED加到橋式電路D1－D4交流輸入端，經(jīng)整流后，其輸出的直流電壓加于可控硅T／A、K極。由于按鈕KN斷開，D5、R1、R2、R3、C1、C2、DW、D6與可控硅T／A、K極兩端直流電源斷開，D7輸入A端編號(hào)5不接電源，可控硅T因G極無觸發(fā)電流而阻斷，ED和D1－D4因可控硅阻斷而無電流流過，負(fù)載ED不發(fā)光，這時(shí)整個(gè)電路處于無功耗狀態(tài)。按鈕KN接通瞬間，經(jīng)D1－D4整流后幅度為200V左右的直流電源經(jīng)D5、R1、KN向C1快速充電，同時(shí)向R2放電。流經(jīng)R2的電流先向C2充電，經(jīng)C2延遲一段時(shí)間后觸發(fā)可控硅T導(dǎo)通。T導(dǎo)通后，其A、K極電壓迅速下降至小于1V，此時(shí)C1早已充至DW穩(wěn)壓值，由于D5的反向隔離作用，這時(shí)即使KN接通，C1上儲(chǔ)存的電荷也只能經(jīng)R2、D6、可控硅T／G、K極和R3放電，流經(jīng)T／GK極電流可維持可控硅T繼續(xù)導(dǎo)通。隨著放電時(shí)間的延長(zhǎng)，C1放電電流逐步減小，當(dāng)放電電流下降到低于維持可控硅T導(dǎo)通值時(shí)，可控硅T自動(dòng)恢復(fù)阻斷狀態(tài)，負(fù)載ED熄滅，電路重新處于無功耗狀態(tài)。穩(wěn)壓管DW的作用有兩個(gè)一是防止C1因過充而擊穿。二是保證C1每次充得的電壓幅度一致，以確保產(chǎn)品重復(fù)延時(shí)精度。D6、R3是為確?？煽毓璋磿r(shí)關(guān)閉而設(shè)置的。D7、R4是緊急開燈觸發(fā)電流供給電路，用于遠(yuǎn)距離控制，平時(shí)D7正端與外電路斷開。當(dāng)D7正端與交流電源相按時(shí)，交流電經(jīng)D7半波整流，R4限流后，經(jīng)R2、D6觸發(fā)可控硅連續(xù)導(dǎo)通，燈長(zhǎng)時(shí)間點(diǎn)亮。此電路是根據(jù)6層以上建筑安裝的延時(shí)節(jié)電開關(guān)必須設(shè)置緊急開燈電路的規(guī)定設(shè)置的。D8、D9、R5是一種附加的發(fā)光管指示電路此電路與產(chǎn)品性能無關(guān)，可設(shè)可不設(shè)。在明裝拉線式，暗裝拉線式開關(guān)中都不設(shè)置該電路，只有在暗裝按鈕式開關(guān)上安裝，用以在黑暗的環(huán)境中指示按鈕位置，方便用戶使用。因而指示電路的耗電量與本實(shí)用新型所述的內(nèi)容無關(guān)。
本實(shí)用新型的突出優(yōu)點(diǎn)在于1、開關(guān)本身燈不亮?xí)r不耗電。根據(jù)延時(shí)開關(guān)的工作特點(diǎn)，其每次通電時(shí)間為1分鐘左右，其中燈不亮?xí)r間占總接電時(shí)間97％以上；觸發(fā)時(shí)，其瞬間最大功耗為2W左右，每次充電時(shí)間小于0.01秒，開關(guān)點(diǎn)熄百萬次，按每天平均點(diǎn)亮30次計(jì)算，相當(dāng)于連續(xù)通電100年，其總耗電量不足0.01度。燈亮?xí)r，可控硅和D1－D4雖有少量結(jié)功耗，但由于每次點(diǎn)亮?xí)r間短，每天點(diǎn)亮次數(shù)少，其總耗電量是極小的，可以忽略不計(jì)的，實(shí)際上等于開關(guān)本身不耗電。開關(guān)本身不耗，既可進(jìn)一步節(jié)電，更重要的是自身不發(fā)熱，元器件不存在長(zhǎng)期置身于較高溫度的環(huán)境中，參數(shù)易發(fā)生變化，易衰老失效等問題，可大幅度提高產(chǎn)品工作的穩(wěn)定性和使用壽命同時(shí)可提高電子元件在印刷板上的密度，把電路元件組合成一個(gè)可隨意安裝在各種殼體中的超小型電路芯塊附圖2。以利于簡(jiǎn)化殼體模具，發(fā)展全系列多品種延時(shí)節(jié)電開關(guān)，進(jìn)一步降低產(chǎn)品成本及生產(chǎn)費(fèi)用。
2、電路中無類似三極管放大環(huán)節(jié)，故障可能性極小，可靠性高。
3、抗干擾性能強(qiáng)，強(qiáng)電器產(chǎn)生的電磁場(chǎng)干擾都不會(huì)導(dǎo)致電路失控。
4、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，組合后體積小，成本低，生產(chǎn)費(fèi)用低。由除指示電路和按鈕KN外所有電路元件組成的電路芯塊體積為20＊16＊15毫米，如果不設(shè)置緊急開燈電路體積更小，芯塊成本3元左右，產(chǎn)品綜合成本約5元。
5、安裝接線方便。本實(shí)用新型同普通開關(guān)一樣，只有兩個(gè)接線點(diǎn)，安裝接線方法與普通開關(guān)完全相同。
6、電路適用范圍廣。只要對(duì)有關(guān)元件參數(shù)稍作調(diào)整，就可適用于頻率100HZ以內(nèi)，電源電壓為50V－380V的電網(wǎng)，適用于世界各國民用電源。因而具備向第三世界國家出口的條件。
本實(shí)用新型由以上所述的電子電路和絕緣殼體組成，其技術(shù)的關(guān)鍵在于電子電路，產(chǎn)品性能與殼體形狀、按鈕結(jié)構(gòu)無關(guān)。只要將電路元件裝入不同形狀，帶按鈕或拉線鈕的絕緣殼體中，即可成為各種安裝方式，使用方法不同的系列延時(shí)節(jié)電開關(guān)。圖3、圖4、圖5所示的三種產(chǎn)品僅為系列產(chǎn)品中的一部分。
本實(shí)用新型電路中各電子元件參數(shù)，可根據(jù)開關(guān)所要求的延遲時(shí)間，電源電壓的高低，可控硅的觸發(fā)靈敏度等因素在很大范圍內(nèi)選擇。下面是一組適用于AC220V電源，延遲時(shí)間為40秒－5分鐘，控制能力不小于100W的延時(shí)節(jié)電開關(guān)元件參數(shù)參考表二極管D1－D8用1N400型。發(fā)光管D9用∮5或∮3型。穩(wěn)壓管D4用0.25W30V－50V、可控硅T用1A400V。電容C1用4.7μF－47μF，C2用10μF。電阻R1用10K；R2用1M－2M；R3用30K－200K，R4用300K，R5用51K KN為按鈕或拉線鈕，ED為白熾燈、日光燈或其它交流電器。


圖1是本實(shí)用新型電原理圖。圖2是由電路元件組合后經(jīng)封裝的電路芯塊外形圖。圖3是暗裝輕觸式延時(shí)節(jié)電開關(guān)面板圖。圖4是明裝拉線式延時(shí)節(jié)電開關(guān)面板圖。圖5是暗裝拉線式延時(shí)節(jié)電開關(guān)面板圖。如果使用的按鈕或拉線鈕外形結(jié)構(gòu)不同，則產(chǎn)品面板結(jié)構(gòu)不完全相同，電路元件都裝在面板的背面或內(nèi)部。上述產(chǎn)品樣品性能已于89年9月5日通過《全國電光源工業(yè)產(chǎn)品質(zhì)量檢測(cè)中心》測(cè)試。
權(quán)利要求1.一種能在按鈕或拉線鈕接通后接通負(fù)載ED電源，并可自動(dòng)延時(shí)關(guān)閉ED電源的超小型電子式無功耗延時(shí)節(jié)電開關(guān)，它由電子延時(shí)電路，按鈕和絕緣殼體組成，其特征在于按鈕斷開后，延時(shí)觸發(fā)電路不消耗電源能量，可控硅關(guān)閉后，電路所有元器件都處于阻斷或斷開狀態(tài)，產(chǎn)品本身不耗電。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于D1－D4組成的橋式整流電路交流輸入一端經(jīng)負(fù)載ED與電源A端相連，另一端接電源B端，直流輸出正端接可控硅T／A極，負(fù)端接T／K極。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于二極管D5、限流電阻R1、按鈕KN和儲(chǔ)能電容C1串聯(lián)，C1的負(fù)端接T／K極，D5正端接可控硅T／A極，也可接交流電源輸入端；R2一端接C1正端，另一端經(jīng)D6接T／G極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于延遲導(dǎo)通電容C2正端與放電電阻R2電流輸出端相接，另一端接T／K極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于自動(dòng)關(guān)閉電路D6正端與R2和C2公共端相接，負(fù)端接T／G極；R3與T／G、K極并聯(lián)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所規(guī)定的開關(guān)，其特征在于產(chǎn)品性能與絕緣殼體結(jié)構(gòu)、按鈕結(jié)構(gòu)無關(guān)，只要將電路元件裝入不同形狀，帶按鈕或拉線鈕的殼體中，可構(gòu)成安裝方式和使用方法不同的延時(shí)節(jié)電開關(guān)。
專利摘要一種特別適用于走廊、樓道燈自動(dòng)關(guān)閉的超小型電子式無功耗延時(shí)節(jié)電開關(guān)，它由整流、觸發(fā)延時(shí)，自動(dòng)關(guān)閉等電路和可控硅、按鈕、絕緣殼體組成。本開關(guān)在燈不亮?xí)r，電路所有元件都處于與電源斷開或阻斷狀態(tài)，開關(guān)本身不耗電，不發(fā)熱。本開關(guān)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，成本低廉，使用壽命極長(zhǎng)。
文檔編號(hào)H03K17/28GK2055999SQ89216689
公開日1990年4月11日 申請(qǐng)日期1989年9月16日 優(yōu)先權(quán)日1989年9月16日
發(fā)明者西素英, 秦三根, 西凱英, 西凱雄 申請(qǐng)人:秦三根