專利名稱：雙漸變電子開關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種雙漸變電子開關(guān)，適合于照明的擬自然光漸亮漸暗啟閉控制及電機(jī)、電熱器的漸開漸關(guān)減壓?jiǎn)㈤]控制，其漸變過(guò)程是在啟閉引導(dǎo)操作后自動(dòng)控制進(jìn)行的。
在現(xiàn)有技術(shù)中，由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)的原因，照明及電機(jī)和電熱器等設(shè)備一般都是驟開驟關(guān)、全電壓?jiǎn)㈤]的，其過(guò)渡過(guò)程決定于設(shè)備本身的物理慣性參數(shù)而不能控調(diào)。這在很多情況下都不能滿足需要，甚至給人們?cè)斐蓳p害或損失。較大型的或特殊的設(shè)備需要減壓?jiǎn)?dòng)或減壓?jiǎn)㈤]的，多采用人工實(shí)時(shí)操作或自動(dòng)調(diào)節(jié)一串聯(lián)可調(diào)阻抗設(shè)備來(lái)控制其啟閉過(guò)渡過(guò)程;在要求更高的場(chǎng)合，用開環(huán)或閉環(huán)的比例積分、微分、慣性環(huán)節(jié)組合的模擬計(jì)算裝置，甚至用數(shù)字程控裝置或?qū)ｉT的工控計(jì)算機(jī)來(lái)自動(dòng)調(diào)控包括啟閉在內(nèi)的各種過(guò)渡過(guò)程，這些裝置都較昂貴，且超出了漸變開關(guān)的范疇。至于照明控制，較好的影舞劇院場(chǎng)設(shè)有專門的漸變調(diào)光控制設(shè)備，這些設(shè)備包括人工操作的鹽水閘刀、調(diào)壓器和單鈕手動(dòng)或雙點(diǎn)觸調(diào)晶閘管無(wú)級(jí)調(diào)光器，它們的操作過(guò)程屬于人機(jī)閉環(huán)實(shí)時(shí)操作，或者還必須與開關(guān)啟閉操作配合進(jìn)行。在民用照明無(wú)級(jí)調(diào)光領(lǐng)域，有一種單點(diǎn)觸摸開關(guān)新產(chǎn)品，利用人體感應(yīng)信號(hào)檢測(cè)觸摸操作，內(nèi)裝集成電路作簡(jiǎn)諧掃描式相位調(diào)節(jié)來(lái)控制可控硅的觸發(fā)，停止觸摸則保持該觸發(fā)角，瞬時(shí)點(diǎn)觸則轉(zhuǎn)換開關(guān)狀態(tài)。這顯然屬于人機(jī)閉環(huán)實(shí)時(shí)操作型設(shè)計(jì)。市售的調(diào)光臺(tái)燈亦屬于此領(lǐng)域產(chǎn)品。現(xiàn)有技術(shù)未曾提供一種方便價(jià)廉的啟閉自動(dòng)漸變開關(guān)。
本發(fā)明的任務(wù)是提供一種方便價(jià)廉的啟閉雙漸變開關(guān)，用于照明控制具有擬自然光漸亮漸暗啟閉過(guò)渡特性，控制電機(jī)、電器等設(shè)備具有漸開漸關(guān)減壓?jiǎn)㈤]功能，其漸變過(guò)程在啟閉引導(dǎo)操作后自動(dòng)控制進(jìn)行。
本發(fā)明的解決方案是主電路由整流橋和可控硅組成，觸發(fā)電路中有一個(gè)包含二極管和電容器串聯(lián)支路的觸發(fā)脈沖積分器，跨接在可控硅陽(yáng)極與控制極之間，在積分電容的兩極并聯(lián)一個(gè)由操作接點(diǎn)(可以是保持型操作開關(guān)或不保持型操作按鈕)和電阻串接而成的放電控制支路。
使用時(shí)，上下火線分接于整流橋的兩交流輸入端，開關(guān)的啟閉過(guò)程是通過(guò)撳動(dòng)操作接點(diǎn)引導(dǎo)后自動(dòng)完成的。關(guān)閉以后，觸發(fā)脈沖積分器的積分電容充電到電壓最大值，該支路的二極管反向偏置而不導(dǎo)通，沒(méi)有觸發(fā)電流流過(guò)，可控硅一直保持截止。閉合操作接點(diǎn)，積分電容開始通過(guò)放電電阻放電，其電壓逐漸下降，在每一個(gè)10毫秒(整流橋輸出的100赫茲基頻脈動(dòng)電壓)周期內(nèi)，當(dāng)瞬時(shí)脈動(dòng)電壓與積分電容電壓之差為正時(shí)，二極管正向偏置而導(dǎo)通，流過(guò)一個(gè)電流脈沖觸發(fā)可控硅，可控硅觸發(fā)后，其陽(yáng)陰極電壓階躍降至飽和壓降，二極管立即恢復(fù)反向偏置。隨著放電的進(jìn)行，脈動(dòng)電壓與積分電容電壓之差為正的時(shí)刻逐漸提前，主電路流過(guò)的平均電流越來(lái)越大，直至最大值，這就是開漸變過(guò)程。斷開操作接點(diǎn)，積分電容放電電路斷路，每10毫秒有一個(gè)觸發(fā)脈沖通過(guò)積分電容，對(duì)其進(jìn)行脈沖型充電，與開漸變過(guò)程相反，積分電容的電壓逐漸升高，脈動(dòng)電壓與積分電容電壓之差為正的時(shí)刻逐漸推后，觸發(fā)角逐漸增大，主電路平均電流逐漸減小，積分電容電壓達(dá)最大值時(shí)，二極管反向偏置，可控硅截止，這就是關(guān)漸變過(guò)程。開關(guān)漸變過(guò)程完成以后，進(jìn)入由操作接點(diǎn)狀態(tài)決定的開或關(guān)的穩(wěn)態(tài)，穩(wěn)態(tài)的保持與普通開關(guān)一樣。開漸變的速度決定于放電RC常數(shù)，與該常數(shù)成反比;關(guān)漸變的速度則決定于電容值和觸發(fā)脈沖電量，與前者成反比，與后者成正比。
本發(fā)明所提供的啟閉雙漸變功能，為許多領(lǐng)域的實(shí)際所需。本發(fā)明用于照明控制具有擬自然光漸亮漸暗啟閉過(guò)渡特性，與人眼瞳孔調(diào)節(jié)生理相適應(yīng)，使人感到舒適，可以起到保護(hù)視力的作用，還能延長(zhǎng)燈具的使用壽命;本發(fā)明用于電動(dòng)機(jī)的漸開漸關(guān)減壓?jiǎn)㈤]控制，可減小啟動(dòng)電流和沖擊力矩，有利于電網(wǎng)參數(shù)穩(wěn)定和設(shè)備安全;本發(fā)明用于電熱設(shè)備的漸開漸關(guān)減壓?jiǎn)㈤]控制，可減小冷態(tài)沖擊電流和熱應(yīng)力，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。由于本發(fā)明的漸變過(guò)程在啟閉引導(dǎo)操作后自動(dòng)控制進(jìn)行，可以部分代替復(fù)雜的啟閉過(guò)渡過(guò)程調(diào)控裝置，使一些成套設(shè)備的成本得以降低。本發(fā)明設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，造價(jià)較低，性能價(jià)格比高于可替代產(chǎn)品，推廣使用具有積極的效果。
本發(fā)明中的操作接點(diǎn)采用不保持型操作按鈕時(shí)，即成為一種可在樓梯、走廊等公共場(chǎng)所使用的新式雙漸變延時(shí)開關(guān)，將其開關(guān)漸變時(shí)間分別設(shè)置為2秒和2分左右即可獲得滿意的使用效果，具有漸變啟閉、大體控制開時(shí)間和顯示關(guān)時(shí)刻的功能，推廣使用可以收到舒適、方便、節(jié)電和延長(zhǎng)燈具壽命的積極效果。
本發(fā)明還包括如下的改進(jìn)方案觸發(fā)脈沖積分器的積分電容一極接可控硅的控制極，操作接點(diǎn)為一刀兩擲組合的一組接點(diǎn)，另一組接點(diǎn)串接一個(gè)電阻聯(lián)接在可控硅的控制極與陰極之間。增加的電阻起兩個(gè)作用，其一是降低和規(guī)范可控硅的觸發(fā)靈敏度，從而可以在大批量生產(chǎn)時(shí)使工藝和元器件標(biāo)準(zhǔn)化，還能使積分電容的容量選大，以保障開漸變的時(shí)間常數(shù)范圍而不致選用阻值超出常規(guī)系列的電阻;其二是降低環(huán)境溫度和負(fù)載變化引起的可控硅觸發(fā)靈敏度的變化對(duì)關(guān)漸變時(shí)間的不利影響。采用一刀兩擲組合使開穩(wěn)態(tài)時(shí)可控硅的靈敏度潛力得到充分利用，以減小開穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通角。
本發(fā)明的進(jìn)一步改進(jìn)方案是從可控硅的陽(yáng)極到陰極之間聯(lián)接一個(gè)快速猝息同步積分器，由電阻分壓采樣電路、阻容積分電路以及采樣電路控制的復(fù)合管快速猝息電路三部分組成。觸發(fā)脈沖積分器支路則跨接于同步積分器積分電容的正極和可控硅控制極之間。在此改進(jìn)方案中，快速猝息同步積分器作為觸發(fā)支路的脈沖移相器提供自適應(yīng)變幅鋸齒波，而觸發(fā)脈沖積分器作為動(dòng)態(tài)相位變換記憶器提供漸變觸發(fā)比較基準(zhǔn)，觸發(fā)脈沖經(jīng)主電路電壓負(fù)反饋后啟動(dòng)同步積分器快速猝息。因此，快速猝息同步積分器產(chǎn)生的鋸齒波的幅度包絡(luò)又反過(guò)來(lái)隨觸發(fā)角的變化而單調(diào)變化，形成一自適應(yīng)變幅鋸齒波。當(dāng)操作接點(diǎn)接通時(shí)，觸發(fā)脈沖積分器放電回路通，積分電容電壓逐漸降低，觸發(fā)脈沖積分器支路中二極管正向偏置所需的鋸齒波電壓瞬時(shí)值亦相應(yīng)逐漸降低，快速猝息同步積分器的積分時(shí)間逐漸縮短，觸發(fā)角逐漸減小，是為漸開。當(dāng)操作接點(diǎn)斷開時(shí)，觸發(fā)脈沖積分器放電回路斷，觸發(fā)脈沖的不斷流過(guò)使積分電容電壓逐漸升高，觸發(fā)脈沖積分器支路中二極管正向偏置所需的鋸齒波電壓瞬時(shí)值逐漸升高，快速猝息同步積分器的積分時(shí)間逐漸延長(zhǎng)，觸發(fā)角逐漸增大，是為漸關(guān)。此種改進(jìn)電路能使觸發(fā)角的動(dòng)態(tài)范圍增大。快速猝息同步積分器的積分時(shí)間常數(shù)置為30毫秒左右時(shí)，觸發(fā)角的動(dòng)態(tài)范圍的上限增加到近乎180度，從而使主電路電壓電流的漸變動(dòng)態(tài)范圍的下限減小到近乎零，使控制特性更為理想。
本發(fā)明減小開穩(wěn)態(tài)導(dǎo)通角的措施是在快速猝息同步積分器中增接穩(wěn)壓管或發(fā)光二極管支路，串接在快速猝息同步積分器積分電容負(fù)極與可控硅陰極之間。穩(wěn)壓管或發(fā)光二極管的非線性特性使得在開穩(wěn)態(tài)時(shí)快速猝息同步積分器不工作，從而不對(duì)觸發(fā)電流支路起分流作用，降低了使觸發(fā)脈沖積分器支路中二極管正向偏置所需的鋸齒波電壓瞬時(shí)值，觸發(fā)角得以減小。這一點(diǎn)對(duì)于消除電磁污染和減小開關(guān)的開穩(wěn)態(tài)壓降有重要作用。
附圖描述了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。


圖1是雙漸變電子開關(guān)的電原理圖。
下面結(jié)合圖1對(duì)本發(fā)明的實(shí)施作具體說(shuō)明。
參照?qǐng)D1，D1～D4構(gòu)成全波整流橋，橋路主電流通過(guò)可控硅TR控制。電阻R1與二極管D5、D6及電容C2構(gòu)成觸發(fā)脈沖積分器，作為動(dòng)態(tài)相位變換記憶器提供漸變觸發(fā)比較基準(zhǔn)。電阻R1、R2構(gòu)成分壓采樣電路，由R2給猝息復(fù)合管提供猝息同步控制信號(hào)，以保證在每一個(gè)工作周期內(nèi)積分電容C1準(zhǔn)時(shí)猝息一次。復(fù)合三極管為積分電容C1的可控快速猝息支路，R1、D6、C1及穩(wěn)壓管W1構(gòu)成積分支路。上述分壓采樣電路、快速猝息支路及積分支路構(gòu)成快速猝息同步積分器。在開或關(guān)的暫態(tài)過(guò)程中，積分器相應(yīng)產(chǎn)生一個(gè)包絡(luò)漸減或漸增的自適應(yīng)變幅鋸齒波，該鋸齒波的峰值電壓高于脈沖積分電容C2上的電壓，使二極管D5正向偏置，從而流過(guò)一個(gè)脈沖觸發(fā)可控硅?？煽毓栌|發(fā)后，經(jīng)主電路負(fù)反饋，采樣電阻R2上的電壓降為零，電容C1被快速猝息，為下一周期的工作做準(zhǔn)備?？焖兮⑼椒e分器每周期內(nèi)的積分時(shí)間決定于脈沖積分器積分電容上的電壓值，電壓越高，積分時(shí)間越長(zhǎng)，因而觸發(fā)角也就越大，主電路的周期平均電流也就越小。
操作接點(diǎn)為一刀二擲開關(guān)KS，KS接通C2的放電回路時(shí)，C2電壓逐步下降，觸發(fā)角漸減，主電路周期平均電流漸增，直至全開。KS斷開C2放電回路，則C2電壓隨脈沖電量的積累而逐漸增高，觸發(fā)角逐漸增大，主電路周期平均電流逐漸減小，直至完全關(guān)閉。電阻R4的作用是降低和規(guī)范關(guān)過(guò)渡過(guò)程中可控硅的觸發(fā)靈敏度，以增大C2的電容值，減小R3的阻值。電容C3的作用是在開關(guān)剛開啟時(shí)使電容C2上的電壓產(chǎn)生一個(gè)負(fù)階躍，從而使燈具有一個(gè)實(shí)用的起始亮度。
開穩(wěn)態(tài)時(shí)，穩(wěn)壓管W1關(guān)閉快速猝息同步積分器，KS斷開R4支路，這使得開穩(wěn)態(tài)觸發(fā)角大為減小，以滿足近點(diǎn)電磁兼容性指標(biāo)的要求。
本實(shí)施例特別適合于臥室照明的開關(guān)雙漸變控制，具有擬自然光光強(qiáng)雙漸變的效果，從而可以保護(hù)視力，提高環(huán)境舒適度。本實(shí)施例中，快速猝息同步積分器以充電時(shí)間常數(shù)在30毫秒左右、放電時(shí)間常數(shù)在0.1毫秒左右為宜。觸發(fā)脈沖積分器以充電時(shí)間在20000個(gè)周期(每周期10毫秒)左右、放電時(shí)間常數(shù)在30秒左右為宜。
本發(fā)明可以按照用途的不同，大幅度地調(diào)整上述參數(shù)，改變或簡(jiǎn)化某些附加電路，開發(fā)出臥室型、延時(shí)型、啟動(dòng)型、去熱應(yīng)力型幾個(gè)系列，分別用于臥室擬自然光照明控制、公共場(chǎng)所延時(shí)閉照明控制、電機(jī)減壓?jiǎn)㈤]控制、電熱器限熱應(yīng)力保護(hù)控制等。
權(quán)利要求
1.雙漸變電子開關(guān)，其特征是主電路由整流橋和可控硅組成，可控硅觸發(fā)電路中有一個(gè)包含二極管D5和電容器C2串聯(lián)支路的觸發(fā)脈沖積分器，跨接在可控硅陽(yáng)極與控制極之間，在積分電容C2的兩極并聯(lián)有一個(gè)由操作接點(diǎn)(可以是保持型操作開關(guān)或不保持型操作按鈕)和電阻R3串接而成的控制支路。
2.權(quán)利要求1所述的雙漸變電子開關(guān)，其特征是觸發(fā)脈沖積分器的積分電容C2一極接可控硅的控制極，操作接點(diǎn)為一刀兩擲組合的一組接點(diǎn)，另一組接點(diǎn)串接一個(gè)電阻R4聯(lián)接在可控硅的控制極與陰極之間。
3.權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的雙漸變電子開關(guān)，其特征是從可控硅的陽(yáng)極到陰極之間聯(lián)接一個(gè)快速猝息同步積分器，由電阻R1和R2構(gòu)成的采樣電路、R1和D6及C1構(gòu)成的積分電路、復(fù)合三極管構(gòu)成的快速猝息電路三部分組成，包含D5和C2支路的觸發(fā)脈沖積分器則跨接于同步積分器積分電容C1的正極和可控硅控制極之間。
4.權(quán)利要求3所述的雙漸變電子開關(guān)，其特征是快速猝息同步積分器中增接穩(wěn)壓管W1(或發(fā)光二極管)支路，串接在電容C1負(fù)極與可控硅陰極之間。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種雙漸變電子開關(guān)，適合于照明及電機(jī)電器的漸變啟閉控制。其主電路由整流橋和可控硅組成?？刂齐娐酚煽焖兮⑼椒e分器和觸發(fā)脈沖積分器等組成，前者作為觸發(fā)支路的脈沖移相器提供自適應(yīng)變幅鋸齒波，后者作為動(dòng)態(tài)相位變換記憶器提供漸變觸發(fā)比較基準(zhǔn)，觸發(fā)脈沖經(jīng)主電路電壓負(fù)反饋啟動(dòng)同步積分器猝息。觸發(fā)脈沖積分器放電回路通，則其電壓漸降，觸發(fā)相角漸減，是為漸開；反之為漸關(guān)。開關(guān)漸變時(shí)間各自獨(dú)立設(shè)置。
文檔編號(hào)H05B39/02GK1068453SQ9110674
公開日1993年1月27日 申請(qǐng)日期1991年7月4日 優(yōu)先權(quán)日1991年7月4日
發(fā)明者蔣子剛 申請(qǐng)人:蔣子剛