專利名稱：一種多用途的交流控制電路的制作方法
發(fā)明的背景本發(fā)明是一個(gè)多用途的交流控制電路，例如構(gòu)成一個(gè)在單根交流電源線中串聯(lián)工作的既能單獨(dú)調(diào)整負(fù)載功率或單獨(dú)調(diào)整延時(shí)關(guān)斷時(shí)間，又能用單支調(diào)整鈕使負(fù)載在調(diào)整功率的同時(shí)調(diào)定延時(shí)關(guān)斷時(shí)間的調(diào)功調(diào)時(shí)器。常見的傳統(tǒng)的調(diào)光器，由一個(gè)雙向晶體閘流管TRIAC與至少一個(gè)電阻和電容器構(gòu)成。利用調(diào)整交流電相角的方法使負(fù)載上得到一個(gè)不完全的可調(diào)整正弦交流電，從而調(diào)整燈的功率與亮度，這種調(diào)光器因其簡單實(shí)用，并且可以僅在單根電源線路中直接取代一個(gè)普通電源開關(guān)，安裝方便，制造成本低，已廣泛地被采用。
但是在很多場合，安裝了調(diào)光器的燈，使用者希望關(guān)燈后能保持一段照明時(shí)間再自動(dòng)熄滅，以方便使用者看得見離開房間、過道或準(zhǔn)備就寢，可是要在這個(gè)調(diào)光器線路中串聯(lián)增加一支延時(shí)器是很困難的，因?yàn)橐话愕碾娮邮窖訒r(shí)器需要交流電的兩個(gè)電源線才能正常工作，即使是對于象美國專利U.S.NO.4494012所描述的“Switch Timer”可以串聯(lián)在單根電源線中取代墻式安裝開關(guān)的單線延時(shí)調(diào)節(jié)器，如果與一個(gè)普通的調(diào)光器串聯(lián)起來使用，由于調(diào)光移向調(diào)節(jié)原理引起交流電流的正弦波形缺陷，將直接影響到上述的延時(shí)調(diào)節(jié)器，使其不能正常工作，何況實(shí)際安裝時(shí)，對于一個(gè)燈，墻上僅對應(yīng)一個(gè)開關(guān)盒孔，不夠安裝調(diào)光器與延時(shí)器兩件單獨(dú)的裝置;再則，亦難做到，要求一個(gè)調(diào)光器與一個(gè)延時(shí)器之間保持一定的亮度-時(shí)間函數(shù)關(guān)系，可是這種關(guān)系往往是實(shí)際所需要的，例如，使用者將通過較長的走廊時(shí)要求與一個(gè)亮度高的燈光和較長的延時(shí)，以保證他看得見走完長走廊，而另一種情況使用者在走過較短路程時(shí)，又需要調(diào)節(jié)到較弱的燈光，并要求一個(gè)較短延時(shí)，以節(jié)約電能。
在實(shí)際需求中，還需要一種能取代墻式安裝開關(guān)的單相工作的多種自動(dòng)開關(guān)，如根據(jù)環(huán)境光強(qiáng)弱自動(dòng)開關(guān)燈的省能自動(dòng)開關(guān)，用聲音觸發(fā)的遙控電源開關(guān)或用于防盜與安全保護(hù)的光、聲、熱敏控制開關(guān)等，常見的這些類開關(guān)大都需要一組電源供電，也即需要用交流電的兩根電源線來供電，不便于取代一只控制單線的墻上安裝開關(guān)，因而通用性差，并且其復(fù)雜的電路結(jié)構(gòu)使體積龐大，無法裝進(jìn)標(biāo)準(zhǔn)的墻式安裝孔盒中，家用的開關(guān)產(chǎn)品對于制造成本的要求更是嚴(yán)苛，一個(gè)復(fù)雜的結(jié)構(gòu)將大大增加成本，使其喪失實(shí)用性。例如，美國專利4002925所描述的墻式安裝自動(dòng)延時(shí)調(diào)節(jié)器和手動(dòng)開合照明裝置(wall mounted automatic timer and manual on-off light switch)就是一個(gè)需要兩電源線供電和一根輸出線的三端子裝置，既不能直接取代一般僅串聯(lián)在單根交流電線中的墻式開關(guān)，其復(fù)雜的結(jié)構(gòu)又必然需要高昂的制造成本。
美國專利4336464所描述的Two terminal timed electric switch providing zero off state current flow therethrough可以直接串入一個(gè)單根電源線中取代普通開關(guān)，然而復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，高昂的制造成本是個(gè)缺陷。另外，此種電路原理是利用電流信號經(jīng)電流互感器變換后的方法來維持電子電路的工作，當(dāng)使用較小功率的電負(fù)載(燈)時(shí)，一個(gè)較小的電流將不能維持系統(tǒng)的正常工作，使該裝置失效，限制了負(fù)載的使用范圍。
美國專利4494012所描述的Switch Timer可用于單線中取代墻式開關(guān)，在用于關(guān)燈延遲調(diào)時(shí)可能是有效的，但其造價(jià)仍嫌不便宜，重要的是它們都不能同時(shí)具有調(diào)光器的功能，如果在線路中增加一支調(diào)光器，不但成本大為增加，而且如前所述調(diào)光器引起的波形缺陷將使所述的Switch Timer不能正常工作。
美國專利4422018所描述的Automatic lighting disconnect Timer incorporating an acoustic a bost switch用聲音激發(fā)影響一個(gè)開關(guān)延時(shí)器，但此種裝置是一個(gè)需用兩個(gè)電源接頭和一個(gè)輸出線接頭的三端頭裝置，仍不能方便地取代墻上電源開關(guān)，不具有通用性，并且系統(tǒng)復(fù)雜造價(jià)較高，不便形成大量的民用產(chǎn)品，直接影響其實(shí)用性。
發(fā)明概要本發(fā)明的目的是實(shí)現(xiàn)最簡單、低成本的交流控制器;本發(fā)明的另一目的，是實(shí)現(xiàn)能串聯(lián)在單根交流電源線中的方便地取代一般電源開關(guān)的并能對多種物理量敏感的多用途交流控制器，本發(fā)明的另一目的是實(shí)現(xiàn)操作單個(gè)調(diào)整元件便可同時(shí)調(diào)整負(fù)載功率與時(shí)間，并且獲得功率與時(shí)間之間具有一定函數(shù)關(guān)系的調(diào)功調(diào)時(shí)控制器。
這些控制器可以是單獨(dú)的延時(shí)斷開控制器，也可以是調(diào)功調(diào)時(shí)控制器、光電控制器、聲激發(fā)控制器以及其它非電量的物理量與其的復(fù)合控制器。
在本發(fā)明中有至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器與至少一個(gè)觸發(fā)器，所述的轉(zhuǎn)換器有一個(gè)信號輸出端連接到所述觸發(fā)器置位端，所述的轉(zhuǎn)換器與所述觸發(fā)器兩者的供電電源均取至一個(gè)主可控制硅開關(guān)電路的控制端與信號公共端，主可控硅開關(guān)與至少一個(gè)電負(fù)載與一個(gè)交流電源三者連結(jié)成為一串聯(lián)電回路，用這樣的電路來實(shí)現(xiàn)上述的多種裝置。
所述的主可控硅開關(guān)電路可以是一個(gè)用雙向可控硅元件TRIAC的交流開關(guān)或一個(gè)調(diào)光器，在所述的TRIAC的第二陽極與門極間至少接入一個(gè)阻抗元件，例如一個(gè)電阻器，對于構(gòu)成一個(gè)調(diào)光器之用途在TRIAC門極與第一陽極間至少有一個(gè)電容器，而在第二陽極與門極間之電阻則是一個(gè)可調(diào)整電阻(電位器)。對于這樣的一個(gè)可控硅交流開關(guān)，其門極與第一陽極分別接到一個(gè)整流電橋的兩個(gè)交流臂，所述整流電橋的正、負(fù)兩個(gè)直流橋臂中一個(gè)則為所述的控制端，另一個(gè)則是所述的信號公共端。
所述的主可控硅開關(guān)電路可以是一個(gè)用單向主可控硅元件SCR與一個(gè)主整流電橋連結(jié)而成，所述的主SCR的陽極和陰極分別連結(jié)到所述的主整流電橋的正、負(fù)兩個(gè)直流橋臂上，所述的主整流電橋的兩個(gè)交流橋臂與至少一個(gè)電負(fù)載與一個(gè)交流電源連結(jié)成串聯(lián)電回路，所述的主SCR的門極則為所述的控制端，所述的主SCR的陰極則是所述的低電位端，所述的主SCR的陽極與門極間至少聯(lián)結(jié)一個(gè)阻抗元件。例如電阻器。
本發(fā)明的電路方法中重要的創(chuàng)造性在于從一個(gè)主可控硅交流開關(guān)的控制端與信號公共端跨接入至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器，當(dāng)非電量的變化使轉(zhuǎn)換器輸出一個(gè)變化的電信號到觸發(fā)器，使觸發(fā)器翻轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)低阻抗導(dǎo)致使原來導(dǎo)通的主可控硅交流開關(guān)控制端短路，使可控硅開關(guān)截止，負(fù)載失電關(guān)斷，反之亦然。這樣實(shí)現(xiàn)了用至少一個(gè)或多個(gè)非電量來控制電負(fù)載和固態(tài)開關(guān)的目的。由于所述的觸發(fā)器與所述的轉(zhuǎn)換器跨接在主可控硅開關(guān)的控制端與信號公共端之間，例如這個(gè)主可控硅開關(guān)是一個(gè)雙向可控硅TRIAC，由于TRIAC門極特性，當(dāng)TRIAC導(dǎo)通時(shí)，TRIAC門極上的殘余電壓(即每半周期交流電在TRIAC導(dǎo)通前的第二陽極電壓經(jīng)過一個(gè)電阻再被門極箝位后那部分電壓)遠(yuǎn)低于交流的電源電壓，因此取自門極與第一陽極間的這一殘余電壓來作為控制電路的電源，使得控制電路的耐壓定額要求變得較低，不同于通常的方法是在TRIAC的第二陽極上取得一個(gè)近似等于交流電源電壓的高電壓;這樣就降低了制造成本，增加了元件使用可靠性和壽命。對于利用單相主可控硅元件SCR與一個(gè)主整流電橋作為主可控硅開關(guān)的方案，上述敘述特點(diǎn)亦雷同。
本發(fā)明的電路方法的另一重要?jiǎng)?chuàng)造性在于傳統(tǒng)的調(diào)光器電路中當(dāng)調(diào)整相角時(shí)TRIAC門極與第一陽極T1間的殘余電壓也跟隨變化，本發(fā)明就將此一變化的殘余電壓整流后作為所述的觸發(fā)器與所述的轉(zhuǎn)換器的工作電源;使所述的轉(zhuǎn)換器與所述的觸發(fā)器都由這個(gè)離散而可變的直流脈沖電源供電使之工作于一個(gè)全動(dòng)態(tài)的狀態(tài)，當(dāng)所述的轉(zhuǎn)換器是一個(gè)積分器時(shí)，將進(jìn)行一個(gè)時(shí)間-電壓轉(zhuǎn)換，它本身有一個(gè)固定的時(shí)間常數(shù)，但由于上述的工作電源受相角調(diào)整的影響，一個(gè)變化的殘余電壓影響了積分器觸發(fā)觸發(fā)器的時(shí)間，從而利用調(diào)功時(shí)相角變化引起的殘余電壓平均值的變化同時(shí)調(diào)整了時(shí)間，最終實(shí)現(xiàn)操作單只調(diào)整鈕即可獲得負(fù)載功率(例如燈光亮度)與關(guān)斷時(shí)間的雙重控制，這正是很多實(shí)際場合所需要的。例如，在一部分公共走廊的照明控制中，當(dāng)使用者需要走完較長路程前只需簡單地調(diào)整一個(gè)旋鈕，即可同時(shí)獲得一個(gè)較高亮度與較長延時(shí)的開關(guān)時(shí)間以便他的需要;而當(dāng)一個(gè)需走較短路程的使用者，簡單調(diào)整一個(gè)旋鈕即可獲得較弱的燈光和較短的關(guān)燈延遲時(shí)間，即可夠其需要，節(jié)約了電能，也防止了從強(qiáng)烈的燈光照明突然走到夜晚的黑暗室外所造成的視覺不適。重要的是，如前所述，此種電路方法解決了在調(diào)光器線路中另外單獨(dú)增加一個(gè)延時(shí)器的困難性，并且，一個(gè)調(diào)光器與延時(shí)器的合成裝置共用了一個(gè)TRIAC與一個(gè)電位器(可調(diào)電阻器)這兩個(gè)相對最貴的元件，大大節(jié)省了制造成本，縮小了體積，增加了本發(fā)明的實(shí)用性。
本發(fā)明的另一創(chuàng)造性還在于所述的積分器的電源是取至主可控硅交流開關(guān)的控制端上的殘余電壓，在主可控硅較大導(dǎo)通角的情況下其殘余電壓的幅值很低，脈寬很窄，因此在積分器電容器上積分電壓的形成十分緩慢，用這個(gè)電路方法來構(gòu)成的延時(shí)器，比用常用的完整的正弦交流電源或直流電源作為延時(shí)電路的電源在獲得相同延遲時(shí)間的情況下積分器所需的時(shí)間常數(shù)要小得多，換言之，可以使用電容量小得多的電容器(或較低阻值電阻)進(jìn)一步降低了制造成本，也縮小了元件的體積。
圖的描述圖(1a)是普通的TRIAC交流開關(guān)的電路原理圖;圖(1b)是普通的最簡移相調(diào)光器的電路原理圖;圖(1c)是常見的改進(jìn)型加射頻干擾濾波器的實(shí)用調(diào)光器的電路原理圖;
圖(2a.b)是本發(fā)明的多用途交流控制器的原理方框圖;
圖(2c.d)是本發(fā)明的多用途交流控制器的另一種原理框圖與線路圖;
圖(3)是本發(fā)明的多用途交流控制器中所述的轉(zhuǎn)換器的示意圖;
圖(3a)是符號圖;
圖(3b)是時(shí)間-電壓轉(zhuǎn)換積分器的電路原理圖;
圖(3c)與圖(3d)是光電轉(zhuǎn)換器的電路原理圖;
圖(3e)是聲-電轉(zhuǎn)換器電路原理圖;
圖(3f)是使用其它的傳感器的轉(zhuǎn)換器的電路原理圖;
圖(3g)是其它的發(fā)電式傳感器的轉(zhuǎn)換器電路原理圖;
圖(4)是本發(fā)明的多用途交流控制器中所述的觸發(fā)器的示意圖;
圖(4a)是符號圖;
圖(4b)是運(yùn)用可控硅元件SCR所構(gòu)成的觸發(fā)器示意圖;
圖(4c)是運(yùn)用晶體管互補(bǔ)觸發(fā)器的電路原理圖;
圖(4d)是運(yùn)用放大器作觸發(fā)器的示意圖;
圖(5)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的單線延時(shí)器實(shí)施例電路原理圖;
圖(6)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的單線調(diào)光調(diào)時(shí)器實(shí)施例電路原理圖;
圖(7a)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的單線亮合型光電自動(dòng)開關(guān)實(shí)施例的電路原理圖;
圖(7b)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的單線暗合型光電自動(dòng)開關(guān)實(shí)施例的電路原理圖;
圖(8a)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的集成封裝在一塊基片上的固態(tài)交流控制器的電路原理圖;
圖(8b)是本發(fā)明的多用途交流控制器構(gòu)成的集成封裝在一塊基片上的另一種固態(tài)交流控制器電路圖。
本發(fā)明的詳細(xì)說明圖(1a)所示是一種常見的TRIAC交流開關(guān)電路圖，小型機(jī)械開關(guān)(4)，通過電阻器(3)控制TRIAC(2)的門極電流，使TRIAC(2)兩個(gè)陽極T1-T2導(dǎo)通或斷開，由于負(fù)載(1)通過TRIAC(2)的兩個(gè)陽極T2-T1與電源串聯(lián)，從而控制了負(fù)載啟停。在電子技術(shù)中通常用一些電子電路來等效或替代圖(1a)中之小型開關(guān)(4)，構(gòu)成多用途的交流自動(dòng)控制器，用多種非電量來控制負(fù)載的啟停。但是可以看出，當(dāng)小開關(guān)(4)斷開時(shí)，使TRIAC關(guān)斷，交流電壓其一通過負(fù)載(1)，電阻(3)至小開關(guān)(4)上端，其二通過T1-G加在小開關(guān)(4)的下端，由于這個(gè)支路無電流通過，所以在小開關(guān)(4)兩端得到全部交流電壓。如果這支小開關(guān)是用一個(gè)半導(dǎo)體電子電路來替代以實(shí)現(xiàn)多用途的非電量控制，則幾乎是全部交流電源電壓都加在這個(gè)半導(dǎo)體電子電路等效小開關(guān)兩端，因此，這個(gè)位置上的半導(dǎo)體開關(guān)器件的耐電壓定額必須選擇數(shù)百伏特的高壓器件，這既增加了制造成本，又容易造成擊穿損壞，降低了可靠性。
圖(1b)是通常的最簡單移相調(diào)光器的電路圖，其中(6)是移相電容器，調(diào)整電位器(可變電阻)(5)，即可改變TRIAC(2)之門極觸發(fā)電流的相角，使TRIAC(2)的導(dǎo)通角變化，從而使負(fù)載(1)上的功率變化。
圖(1c)是一種常見的改進(jìn)型實(shí)用調(diào)光器電路圖，圖中增加了由電阻、電容器構(gòu)成的第二移相綱絡(luò)和觸發(fā)二極管(9)以改善觸發(fā)性能和移相范圍，濾波器(11)、電容(10)、(10′)構(gòu)成的一種射頻干擾濾波器。如果要用非電量來自動(dòng)控制上述調(diào)光器，在通常采用的方法中，是用一個(gè)半導(dǎo)體器件來取代圖中的電位器(5)。如上所述，一個(gè)近似等于交流電源高電壓的電壓加在(5)的兩端上，同樣增加了對半導(dǎo)體器件電壓等級的要求，增加了成本，降低了可靠性。如圖(2a)所示，本發(fā)明的多用途交流控制器采用將一個(gè)半導(dǎo)體電子綱絡(luò)(12)并聯(lián)于TRIAC(2)的門極G與第1陽極T1之間的辦法，如圖(2b)所示，一個(gè)非電量-電壓轉(zhuǎn)換器(13)可以通過電子電路和傳感器將一個(gè)非電量的變化轉(zhuǎn)換為電信號的變化，用此信號去觸發(fā)一個(gè)具有如象可控硅特性的觸發(fā)器(14)，使其翻轉(zhuǎn)時(shí)，一個(gè)低阻抗通過一個(gè)整流電橋(15)反射到電橋的交流臂上，由于整流電橋的交流臂分別接到圖(1a)或圖(1b)或圖(1c)的G與T1兩端，這個(gè)低阻抗的并入將使TRIAC(2)門極電流旁路，使TRIAC(2)關(guān)斷，負(fù)載(1)失電，反之當(dāng)相反的非電量變化，通過圖(2b)中的非電量-電壓轉(zhuǎn)換器(13)使電信號也是相反變化時(shí)，觸發(fā)器(14)再反轉(zhuǎn)，一個(gè)高阻抗通過整流電橋(15)反射至其交流臂上，使圖(1a)、(1b)或(1c)的G與T1兩端的門極電流不被旁路，TRIAC(2)獲得門極電流又導(dǎo)通，負(fù)載(1)得電，這樣就實(shí)現(xiàn)了一個(gè)非電量對交流電的控制過程。
從圖(2a)可以看到，無論TRIAC(2)處于導(dǎo)通還是關(guān)斷狀態(tài)，TRIAC(2)的G-T1間的電壓都遠(yuǎn)較交流電源電壓為低，因此，使圖(2a)中的半導(dǎo)體電子控制電路(12)始終工作于較低電壓下，降低了制造成本，增加了可靠性。
圖(2c)是本發(fā)明多用途交流控制器的另一種方案的原理方框圖，圖(2d)是另一種方案的電路原理圖，一個(gè)主整流電橋(51)的交流橋臂與負(fù)載與電源一同串聯(lián)在交流電源回路中，其直流橋臂兩端跨接一個(gè)單向可控硅SCR(52)，其“+”端接SCR陽極(A)，“-”端接到SCR陰極(K)，SCR陽極與陰極間接一個(gè)阻抗元件，例如電阻，對于這種方法構(gòu)成的交流開關(guān)(16′)，在其控制端(門極G)與低電壓端(陰極K)兩端不需再用一個(gè)整流電橋而直接并聯(lián)接入一個(gè)所述的觸發(fā)器(14)與一個(gè)所述的非電量一電壓轉(zhuǎn)換(13)的電路(12′)，當(dāng)非電量一電壓轉(zhuǎn)換器(13)接受一個(gè)非電量的變化使其轉(zhuǎn)換出電壓變化去觸發(fā)所述的觸發(fā)器(14)使其翻轉(zhuǎn)時(shí)，也使看上述的SCR(52)交流開關(guān)(16′)翻轉(zhuǎn)，從而控制了負(fù)載的運(yùn)行。
圖(3)是本發(fā)明的多用途交流控制器中所述的非電量一電壓轉(zhuǎn)換器的示意圖，圖(3a)是符號圖，(18)、(20)是供電端，(19)是電壓信號輸出端，圖(3b)是一個(gè)用電阻(22)與電容器(23)串接構(gòu)成的簡單積分器，當(dāng)(18)與(20)端有電壓時(shí)，(19)端輸出一個(gè)隨時(shí)間而指數(shù)上升的電壓信號，如果(18)、(20)兩端施加的電壓是一個(gè)離散的而非連續(xù)的直流電壓時(shí)，電容(23)上的電壓上升時(shí)間大大延長。因此，要設(shè)計(jì)在同樣時(shí)間電容(23)上得到同樣積分電壓值，在用離散的直流電壓供電下所需電容量(當(dāng)電阻(22)不變時(shí))將遠(yuǎn)小于連續(xù)直流供電時(shí)之電容值。這樣就可以選擇小容量低耐壓電容器，又降低了制造成本，并縮小了體積與重量。
圖(3c)和(3d)是使用光敏器件來轉(zhuǎn)換非電量的電路，對于圖(3c)，一個(gè)上升的照度使(19)端得到一個(gè)相應(yīng)上升的輸出電壓，而對于圖(3d)，一個(gè)上升的照度則得到一個(gè)相反下降的輸出電壓，將(19)端的輸出去觸發(fā)。如圖(4)的觸發(fā)器(41)，就會使圖(2)系統(tǒng)產(chǎn)生對應(yīng)于圖(3c)來說的暗-合控制器和對應(yīng)圖(3d)的亮-合控制器，從而實(shí)現(xiàn)了簡單廉價(jià)的光電自動(dòng)控制器，例如，用于節(jié)能燈的控制器，用于防盜、防火的控制器，用于產(chǎn)品自動(dòng)計(jì)數(shù)與安全保護(hù)的控制器等等。
圖(3e)是一個(gè)使用聲電傳感器的轉(zhuǎn)換器(30)，(32)可以是一個(gè)MICROPHONE或一支壓電晶體或陶瓷件，或是一個(gè)相應(yīng)的帶有聲電轉(zhuǎn)換器的放大器組件，當(dāng)這種聲-電型非電量-電壓轉(zhuǎn)換器(30)接入圖(2)系統(tǒng)中時(shí)，即成一支聲觸發(fā)開關(guān)，一個(gè)達(dá)到某聲級的聲音使負(fù)載瞬時(shí)獲得一個(gè)交流電脈沖。
圖(3f)是用其它的參數(shù)式傳感器(34)構(gòu)成的轉(zhuǎn)換器(35)，例如磁敏電阻式、熱敏電阻式等等，均為參數(shù)式傳感器。
圖(3g)是用發(fā)電式傳感器(37)的轉(zhuǎn)換器(36)，其中的傳感器(37)是如太陽能硅光電池、電磁感應(yīng)線圈、壓電換能器等。
圖(4)是本發(fā)明多用途交流控制器中所述的觸發(fā)器示意圖，圖(4a)是符號圖。當(dāng)在(38)、(40)兩端加上電源電壓時(shí)，可在(39)端輸入一個(gè)觸發(fā)電壓信號來改變觸發(fā)器(41)的狀態(tài)，它的兩個(gè)狀態(tài)分別是高阻抗的截止?fàn)顟B(tài)和低阻抗的導(dǎo)通狀態(tài)。如果(38)、(40)兩端所加電源電壓是一個(gè)離散的非連續(xù)性電壓時(shí)，從(39)端送入一個(gè)超過觸發(fā)器(41)的開通閾值的電壓，立即使其翻轉(zhuǎn)導(dǎo)通，(38)、(40)兩端呈現(xiàn)低阻抗。但當(dāng)(39)端之信號消失(或降低到足夠低)時(shí)，(38)、(40)兩端的離散電壓過零時(shí)，觸發(fā)器(41)自動(dòng)復(fù)位，呈現(xiàn)高阻狀態(tài)。
圖(4b)是運(yùn)用可控硅或凡具有可控硅的類似特性電路(42)構(gòu)成觸發(fā)器示意圖。圖(4c)是用PNP(44)、NPN(45)晶體管構(gòu)成的互補(bǔ)觸發(fā)器(46)的電路圖，也可直接應(yīng)用復(fù)合在一塊晶片上的PNP半導(dǎo)體四層三端觸發(fā)器件構(gòu)成觸發(fā)器(46)。
圖(4d)是一個(gè)用放大器作的觸發(fā)器(47)。
圖(5)披露了一個(gè)體積微小，結(jié)構(gòu)簡單，低成本的單線交流延時(shí)器的實(shí)施例圖(5)中負(fù)載(1)與TRIAC(2)串聯(lián)接在單根交流電源線R中，交流電源線另一端N接到TRIAC(2)的第一陽極T1，電阻(3)從第二陽極T2引入門極觸發(fā)電流到G，TRAIC(2)、電阻(3)與負(fù)載(1)以及交流電源R.N構(gòu)成了一個(gè)普通的可控硅交流開關(guān)。當(dāng)然也可用主SCR構(gòu)成的交流開關(guān)來實(shí)施。
本發(fā)明在TRIAC(2)的門極G與第一陽極T1之間并聯(lián)在所述的整流電橋(15)的兩交流橋臂(～)、(～)上，整流電橋(15)的直流橋臂(+)、(-)分別接到由PNP晶體管(44)與NPN晶體管(45)互補(bǔ)聯(lián)接構(gòu)成的一個(gè)觸發(fā)器(46)的兩個(gè)供電端，觸發(fā)器的輸入端(39)接到所述積分器(21)的可變電阻器(22)與電容器(23)的聯(lián)接點(diǎn)(19)上，積分器(21)電源端由整流電橋(15)的直流橋臂供電，當(dāng)系統(tǒng)處于初始狀態(tài)時(shí)，電容器(23)空，(19)端電壓等于(20)端，觸發(fā)器(46)截止呈高阻抗，整流電橋(15)交流臂也呈高阻抗。從電阻(3)提供的TRIAC(2)門極電流不被整流電橋(15)旁路而直接流入門極G1，TRIAC(2)導(dǎo)通，負(fù)載(1)(例如是照明燈)得電發(fā)光，同時(shí)交流電每個(gè)半周期開始時(shí)TRIAC(2)導(dǎo)通之前，有一個(gè)從零上升的電壓經(jīng)電阻(3)加在門極G上并被G-T1箝位(注可控硅的門極箝位特性不如一只真正的半導(dǎo)體管，故箝位特性較弱)，當(dāng)正弦波繼續(xù)下去時(shí)，增加的門極電流使TRIAC(2)導(dǎo)通，TRIAC(2)的T2-T1之間的交流高電壓消失，在門極上便沒有電壓，這個(gè)過程每半周均會發(fā)生一次，當(dāng)可控硅導(dǎo)通角足夠大時(shí)，使每個(gè)半周在門極G上便會留下一個(gè)又低又窄的殘余交流電壓小尖峰，整流電橋(45)就將此一系列殘余電壓小尖峰整流成一串離散的非連續(xù)直流電供給積分器(21)與觸發(fā)器(46)工作。這個(gè)殘余電壓通過電位器(22)斷續(xù)向電容器(23)充電，由于(23)上的電壓直接輸入到觸發(fā)器(46)之輸入端(39)，當(dāng)達(dá)到其觸發(fā)閾值時(shí)，晶體管(44)與(45)的強(qiáng)烈正反饋使觸發(fā)器(46)迅速翻轉(zhuǎn)導(dǎo)通，一個(gè)低阻抗反射到整流電橋(15)的交流橋臂上，原來使TRIAC(2)導(dǎo)通的門極電流被整流電橋(15)旁路，TRIAC(2)迅速關(guān)斷，負(fù)載(1)(燈)關(guān)斷，在交流電每周過零時(shí)，雖然觸發(fā)器(46)之供電電壓亦過零，但由于電容器(23)已充有電荷，電容兩端電壓不能突變，而使觸發(fā)器一旦被觸發(fā)，在交流電每半周過零后都會保持導(dǎo)通狀態(tài)，從而維持了負(fù)載(1)保持關(guān)斷狀態(tài)，完成了整個(gè)系統(tǒng)的延時(shí)關(guān)斷功能。調(diào)整電阻(22)之值即可調(diào)整負(fù)載(1)之關(guān)斷時(shí)間。由于利用了TRIAC(2)門極G上離散的非連續(xù)殘余電壓來建立觸發(fā)器(46)的觸發(fā)電壓，可以使得一個(gè)較小容量的低電壓電容器(23)獲得較長延時(shí)，從而降低了成本，縮小了體積，實(shí)現(xiàn)了一個(gè)低價(jià)、高效率、小體積的關(guān)斷延時(shí)器。
圖(6)是運(yùn)用本發(fā)明的一種調(diào)光調(diào)時(shí)器電路實(shí)施例，其原理與圖(5)相似，僅僅是將如圖(1a)之TRIAC(2)交流開關(guān)改變?yōu)?1b)的調(diào)光器，圖(5)的電阻(3)換成電位器(5)，G-T1間增加了一個(gè)移相電容器(6)，又將圖(5)的電位器(22)換成固定電阻或微調(diào)電阻(22′)，并且還增加由濾波電感(11)與電容器(10)、(10′)構(gòu)成的∏型射頻濾波器，濾去TRIAC(2)引起的高次諧波干擾。
如圖(6)所示，在調(diào)整電位器(5)時(shí)，改變了每半個(gè)周期交流電的觸發(fā)相角，使TRIAC(2)獲得移相觸發(fā)導(dǎo)通，在負(fù)載(1)得到一個(gè)可變的不完整的正弦交流電，從而改變亮度，獨(dú)具創(chuàng)造性的是，在改變電位器(5)阻值時(shí)不僅調(diào)整了負(fù)載加率，而且改變了門極殘余電壓的波形、幅度與寬度，通過整流橋(15)整流后也影響了積分器(21)上電容器(23)的充電速率，最終是在調(diào)整負(fù)載功率時(shí)延時(shí)關(guān)斷的時(shí)間亦獲得跟隨調(diào)整。有趣的是對于圖(6)的系統(tǒng)，當(dāng)TRIAC(2)被調(diào)整到較大的導(dǎo)通角時(shí)，使負(fù)載上功率增大，這時(shí)由于門極電路殘余電壓的平均值變小，則亦使積分器(21)的延時(shí)時(shí)間加長;相反，一個(gè)小的導(dǎo)通角在使負(fù)載(1)減弱功率時(shí)，裝置同時(shí)跟隨調(diào)短了時(shí)間，因此，導(dǎo)通角與預(yù)關(guān)斷時(shí)間自動(dòng)成了一個(gè)函數(shù)關(guān)系，對于一個(gè)以照明燈作為負(fù)載的使用于一個(gè)公共走廊之類的這樣一支調(diào)光調(diào)時(shí)器來說，當(dāng)關(guān)燈后希望燈仍然留有一定時(shí)間和亮度留給使用者行走較長路程，則希望有較高的亮度與較長的關(guān)燈預(yù)留時(shí)間，若使用者在僅需行走較短路程，則裝置又可同時(shí)提供一個(gè)較弱的亮度與較短的時(shí)間，并且由于這個(gè)裝置僅需調(diào)整一個(gè)通常的旋鈕，與傳統(tǒng)的調(diào)光器操作完全一樣，即可一箭雙雕，不改習(xí)慣，使用方便。當(dāng)然，如果需要時(shí)，也可將固定電阻(22)改用一個(gè)電位器或微調(diào)電阻(22′)，這樣可以修正額外的時(shí)間以適應(yīng)更廣泛的實(shí)際需要。
圖(7a)是由本發(fā)明構(gòu)成的亮合型光電自動(dòng)開關(guān)的電路圖，其中所述的轉(zhuǎn)換器(27)中的光敏元件(29)可以是一支光敏二極管，也可以是一支光敏三極管，光敏電阻等光敏感元件，當(dāng)它受光照射時(shí)，其阻抗降低，到一定照度時(shí)，觸發(fā)器(46)截止，從低阻抗突變?yōu)楦咦杩?，整流電?15)亦呈高抗態(tài)，從電阻(3)來之門極觸發(fā)電流不再被旁路，流入TRIAC(2)之門極(G)，TRIAC(2)導(dǎo)通，負(fù)載(1)得電;反之亦然，構(gòu)成一個(gè)光照則通的亮合型自動(dòng)開關(guān)。
圖(7b)之原理與圖(7a)相似，僅轉(zhuǎn)換器(24)中的光敏元件(25)與電阻(26)是圖(7a)的顛倒位置，從而得到一個(gè)受光照時(shí)關(guān)斷負(fù)載，無光照時(shí)開啟負(fù)載的所謂暗合型自動(dòng)開關(guān)。圖(8a)所示的電路圖是將本發(fā)明集成化并封裝在一塊基片上，構(gòu)成一個(gè)多用途的固態(tài)交流控制器(49)，這個(gè)簡單的IC只需外接少許元件即可靈活地構(gòu)成多種實(shí)用化的自動(dòng)控制器。在這種IC中，主TRIAC(2)的T1，T2，G三個(gè)電極均引出到外面，觸發(fā)器(46)的供電端(38)、地端(40)和輸入端(39)亦引到外面，觸發(fā)器(46)仍然接在整流電橋(15)的直流橋臂上，整流電橋(15)的二交流橋臂分別聯(lián)接到TRIA(2)的門極(G)與第一陽極T1，圖(8b)是用一支主SCR(52)與一個(gè)主整流橋(51)來代替TRIAC(2)與整流橋(15)的另一種固態(tài)多用途交流控制器電路原理圖，一個(gè)主整流橋(51)的兩交流橋臂等效于圖(8a)中的TRIAC之T1-T2，與負(fù)載串聯(lián)在一個(gè)交流電源線路中作為交流開關(guān)，主整流橋(51)的兩個(gè)直流橋臂中的(+)接一個(gè)主SCR(52)的陽極(A)，其直流橋臂(-)接到主SCR(52)的陰極K，主SCR的G與K分別等效原來的整流電橋(15)中的直流橋臂(+)、(-)，并聯(lián)接于觸發(fā)器與轉(zhuǎn)換器的電源供電端與“地”端。
用本發(fā)明所構(gòu)成的以上實(shí)施例均有共同的特點(diǎn)1.與負(fù)載串聯(lián)單線接入交流電源中工作，可以方便地直接取代普通電源開關(guān);
2.一個(gè)調(diào)光器與一個(gè)延時(shí)器合用一支主可控硅與一個(gè)電位器，大大節(jié)省成本，使結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，體積小，便于大規(guī)模生產(chǎn);
3.技術(shù)上解決了在調(diào)光器單線中再串聯(lián)接入一支延時(shí)器不能正常工作的技術(shù)難題;
4.除TRIAC外的其它電子元件都工作于低電壓狀態(tài)，降低了成本，縮小了體積，增加了長期使用可靠性;
5.利用主可控硅交流開關(guān)控制極上形成之離散殘余電壓來供給積分器與觸發(fā)器電源，可實(shí)現(xiàn)不改變使用習(xí)慣僅調(diào)整單只旋鈕即可同時(shí)獲得功率、時(shí)間跟隨雙重調(diào)整效果，并且功率與時(shí)間自動(dòng)形成一定的函數(shù)關(guān)系，方便實(shí)用，可在傳統(tǒng)的可控硅交流開關(guān)或調(diào)光器中方便地加裝這一功能;
6.利用主可控硅開關(guān)控制端上離散的殘余電壓來供給積分器電源，使小容量低電壓電容器獲得較長延時(shí)，進(jìn)一步節(jié)省了成本，縮小了體積，增加了可靠性和使用壽命。
權(quán)利要求
1.一種多用途的交流控制電路，包含一個(gè)可調(diào)整導(dǎo)通相角的主可控硅開關(guān)電路，至少一個(gè)電負(fù)載和一個(gè)交流電源，以及一個(gè)由它們串聯(lián)聯(lián)結(jié)的電回路，其特征在于，至少有一個(gè)觸發(fā)器，至少有一個(gè)轉(zhuǎn)換器，所述的轉(zhuǎn)換器的供電端與“地”端與所述的觸發(fā)器的供電端與“地”端分別聯(lián)結(jié)到相應(yīng)的主可控硅開關(guān)電路的控制端與信號公共端～所述的轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接到所述的觸發(fā)器的輸入端，從一種從主可控硅開關(guān)電路的控制端與信號公共端取得一個(gè)可隨導(dǎo)通相角變化的離散殘余電壓作為電源使所述的轉(zhuǎn)換器與所述的觸發(fā)器工作在全動(dòng)態(tài)狀態(tài)，而使主可控硅交流開關(guān)與負(fù)載受輸入量控制的電路方法；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器是由至少一個(gè)供電端、一個(gè)“地”端和至少一個(gè)輸入端的，當(dāng)其輸入端加上一個(gè)超過觸發(fā)“開”閾值電平信號即迅速翻轉(zhuǎn)為低阻抗導(dǎo)通狀態(tài)，而當(dāng)所述輸入端的觸發(fā)電平信號低于一個(gè)“關(guān)”閾值電平即迅速反轉(zhuǎn)為高阻抗截止?fàn)顟B(tài)電子電路構(gòu)成，所述的觸發(fā)器輸入端連結(jié)到所述的轉(zhuǎn)換器的電信號輸出端;
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途交流控制電路，其中所述的主可控硅開關(guān)電路的控制端和信號公共端分別是連接在一個(gè)雙向可控硅元件TRIAC門極與第一陽極間的一個(gè)整流電橋的兩個(gè)直流橋臂，所述的整流電橋的兩個(gè)交流橋臂分別接于TRIAC的門極與第一陽極上，主可控硅的第二陽極與門極間至少有一個(gè)電阻器，門極與第一陽極間可以連接電容器，所述的轉(zhuǎn)換器的供電端與“地”端分別連接到所述整流電橋的正負(fù)兩直流橋臂上，所述的觸發(fā)器的供電端與“地”端也分別聯(lián)接到所述的整流電橋的正、負(fù)兩直流橋臂上，所述的轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接到所述的觸發(fā)器的輸入端;
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途交流控制電路，其中所述的主可控硅開關(guān)電路的控制端和信號公共端分別是一個(gè)單向主可控硅元件SCR的門極和陰極，所述的SCR的陽極與陰接分別連結(jié)到一個(gè)主整流電橋的正、負(fù)兩個(gè)直流臂上，其陽極與門極間接有至少一個(gè)主抗元件，所述的主整流電橋的兩個(gè)交流橋臂與至少一個(gè)電負(fù)載與交流電源串聯(lián)連結(jié)成一個(gè)電回路，所述的至少一個(gè)轉(zhuǎn)換器的供電端與“地”端分別連接到SCR的門極與陰極上，所述的觸發(fā)器的供電端與“地”端分別聯(lián)接到SCR的門極與陰極上，所述的轉(zhuǎn)換器的信號輸出端連接到所述的觸發(fā)器的輸入端上;
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多用途交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器是由至少一個(gè)PNP半導(dǎo)體晶體管與至少一個(gè)NPN半導(dǎo)體晶體管之二極電結(jié)間反并聯(lián)構(gòu)成的互補(bǔ)觸發(fā)器，從其中一個(gè)晶體管基極與另一個(gè)晶體管集電極相聯(lián)結(jié)端點(diǎn)引出作為輸入端，聯(lián)結(jié)到所述的轉(zhuǎn)換器的信號輸出端子，所述的PNP半導(dǎo)體晶體管的發(fā)射極與NPN半導(dǎo)體晶體管的發(fā)射極其中之一連結(jié)在所述觸發(fā)器的供電端，另一個(gè)則連結(jié)在“地”端，在半導(dǎo)體晶體管的發(fā)射結(jié)上可并聯(lián)連接至少一個(gè)電阻器;
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多用途交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器是由至少一個(gè)放大器作觸發(fā)器構(gòu)成，所述的放大器作的觸發(fā)器的輸入端與“地”端分別連接到所述觸發(fā)器的輸入端，供電端與“地”上，其輸入端接到所述的轉(zhuǎn)換器的信號輸出端上;
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的多用途交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器由至少一個(gè)單向可控硅元件構(gòu)成，所述的單向可控硅門極接到所述轉(zhuǎn)換器的信號輸出端上，其陽極與陰極分別對應(yīng)接到所述轉(zhuǎn)換器的供電端與“地”端;
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途交流控制電路其中所述的轉(zhuǎn)換器由至少一個(gè)參數(shù)式傳感器和至少一個(gè)電阻器連結(jié)構(gòu)成，所述的電阻器與傳感器的結(jié)點(diǎn)為信號輸出端，所述電阻器的另一端為一個(gè)供電端，所述傳感器的另一端為“地”端，其信號輸出端接到所述觸發(fā)器的輸入端;
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多用途交流控制電路，其中所述的轉(zhuǎn)換器是一個(gè)由至少一個(gè)電阻與至少一個(gè)電容器構(gòu)成的積分電路，所述的電阻與所述電容器的連結(jié)端接到所述觸發(fā)器的輸入端上，所述電阻的另一端作為所述積分器的一個(gè)供電端，所述電容器的另一端作為所述積分器的“地”端;
10.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多用途交流控制電路，其中所述的轉(zhuǎn)換器由至少一個(gè)光電敏感元件與至少一個(gè)電阻串聯(lián)構(gòu)成，所述光電敏感元件與所述電阻的連結(jié)點(diǎn)連結(jié)到所述觸發(fā)器的輸入端上，所述光敏感元件的另一端作為一個(gè)供電端，所述的電阻的另一端作為“地”端;
11.根據(jù)權(quán)利要求8所述的多用途交流控制電路，其中所述的轉(zhuǎn)換器由至少一個(gè)電阻與至少一個(gè)光敏元件串聯(lián)構(gòu)成，所述電阻與所述光敏元件的結(jié)點(diǎn)引出作為信號輸出端，所述的電阻的另一端作為供電端，所述光敏元件的另一端作為“地”端;
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的多用途交流控制電路，其中所述的轉(zhuǎn)換器由至少一個(gè)發(fā)電式傳感器構(gòu)成，所述的傳感器一端接電源“地”端，其另一端接所述觸發(fā)器的輸入端;
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多用途交流控制電路，其中所述的發(fā)電式傳感器由至少一個(gè)聲-電換能元件構(gòu)成，所述聲-電轉(zhuǎn)換元件的一端接到所述的觸發(fā)器的輸入端上，其另一端作為“地”端;
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的多用途交流控制電路，其中所述的發(fā)電式傳感器，至少由一個(gè)能接受變化磁通量而感生電信號的電感線圈構(gòu)成，所述電感線圈的一端接到所述觸發(fā)器的輸入端，其另一端接到“地”端;
15.根據(jù)權(quán)利要求9所述的多用途交流控制電路，其中所述的積分器是由至少一支電位器(可變電阻器)來代替所述的電阻器構(gòu)成一個(gè)可變時(shí)間常數(shù)的積分器;
16.根據(jù)權(quán)利要求1和3所述的多用途交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器供電端和“地”端分別連接到相應(yīng)所述整流電橋的兩個(gè)直流橋臂上，所述的整流電橋的兩個(gè)交流橋臂分別并聯(lián)到主TRIAC的門極和第一陽極之間，所述的觸發(fā)器，所述的整流電橋，主TRIAC與其聯(lián)結(jié)成的電路集成封裝在一塊基片上，主TRIAC的第一陽極、第二陽極、門極、所述觸發(fā)器的供電端、“地端”、輸入端分別聯(lián)接到IC相對應(yīng)的引出腳上;
17.根據(jù)權(quán)利要求1和4所述的多用交流控制電路，其中所述的觸發(fā)器的供電端與“地”端分別聯(lián)結(jié)到一個(gè)單向主可控硅元件SCR的門極與陰極上，所述的單向主SCR的陽極與陰極分別相應(yīng)聯(lián)結(jié)到一個(gè)主整流電橋的正、負(fù)兩直流橋臂上，所述的主整流電橋的兩個(gè)交流橋臂、所述主SCR的陰極與門極、所述觸發(fā)器的供電端、“地”端與輸入端分別引出連結(jié)到IC的相應(yīng)引出腳上，所述的觸發(fā)器、所述的主整流電橋與其電路一起集成封裝在一塊基片上。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種多用途的交流控制電路方法，使其能串聯(lián)在單根交流電源線路中，以簡單的方式構(gòu)成多種交流控制器，諸如一種單線固態(tài)延時(shí)器，單線固態(tài)調(diào)功調(diào)時(shí)器，單線光電自動(dòng)開關(guān)，單線聲控固態(tài)繼電器以及能響應(yīng)其它物理量的單線固態(tài)開關(guān)與繼電器或它們的多種用途組合的控制器。
文檔編號H03K17/28GK1062255SQ90109788
公開日1992年6月24日 申請日期1990年12月4日 優(yōu)先權(quán)日1990年12月4日
發(fā)明者劉忠篤 申請人:劉忠篤