用于稳定电压且最小化功率消耗的电子开关

摘要

本发明提供一种电子开关，其利用两个输入线，但克服了常规3线电子开关的安装中的问题以及常规2线电子开关的功率消耗和功率稳定性的问题。开关包括a)电源供应器，其包含一对二极管，每一个二极管都串联插入在第一与第二线之间，且二极管两者以相反极性并联连接；变压器，其用于升高越过二极管而出现的电压；第一整流器，其用于将升高的AC整流成DC；第二整流器，其用于在第一和第二线由于灯关闭的缘故而断开时整流来自第一线的电流，b)电压调节器，其包含用于抑制电源供应器的输出电压的异常上升的构件，以及c)继电驱动器，其包含继电器，继电器由来自电源供应器的DC电压操作，继电器为自保持继电器，即使将电压去除，继电器一旦通过流过线圈的电流而激活就保持激活状态。

说明书

技术领域

本发明涉及一种电子开关。更明确地说，本发明涉及一种用于为电器获得电源且用于最小化功率消耗的电子开关。

背景技术

用于打开和关闭灯和电器的开关最近已经发展成具有便利性和安全性的远程控制器，或由电子电路操作的电子开关。

常规3线电子开关

常规灯开关具有两个端子，其中如果所述端子连接，那么灯打开，且反之亦然。另一方面，用于灯用途的电子开关由继电器和SCR或三端双向可控硅开关(triac)组合成。图1中绘示电子开关的典型示意图。控制器10用于控制并驱动继电器RY1。控制器10可构造成通过内建时钟的帮助而在早晨自动将灯打开，或在人们的就寝时间自动将灯关闭。

电源供应器12提供用于操作控制器10的电力。因此，图1中的电路为将商业交流电源用于控制器10的电路。图中的电路称为“3线电子开关”，因为其具有三个输入和输出端子，L1、L2、L3。

此类型的电子开关的优势是，不管负载的量如何，电源供应器12都稳定地供应电力到控制器10。另外，尽管控制器10中的功率消耗有点大，但稳定的电源供应是可以实现的。然而，由于其具有三个输入和输出端子，所以不方便替换现有的常见开关。

常规2线电子开关

为了更容易地替换现有开关的目的而开发了图2中所示的2线开关。由于是2线端子，所以当继电器RY2打开时，电流流经电阻器R1，且接着从此电阻器R1获得控制器10所必需的电源。然而，在此类开关电路中，如果继电器RY2关闭，那么电流不会流过电阻器R1。因此，有必要建立附加电路以获得电能。为此，构造所述电路，使得当开关关闭时，通过C2的电流在通过电源供应器12之后流经灯L。因此，此类型的电子开关具有劣势，即充分驱动控制器10所必需的电能量有限。另外，因为灯的负载由于越过电阻器R1的电压降(voltage drop)的缘故而变化，所以产生过多热量。同样，由于低电压降的缘故，所以操作电流变得不充足。

发明内容

本发明的目的是提供一种电子开关，其利用两个输入线，但克服了常规3线电子开关的安装中的问题以及常规2线电子开关的功率消耗和功率稳定性的问题。

为了达到上述目的，提供一种电子开关，其用于打开和关闭灯，电子开关的两端都连接在第一线与第二线之间，电子开关包括：a)电源供应器，其包含一对二极管，二极管的每一个都串联插入在第一与第二线之间，且二极管两者以相反极性并联连接；变压器，其用于升高越过二极管而出现的电压；第一整流器，其用于将升高的AC整流成DC；第二整流器，其由于灯关闭的缘故而断开第一和第二线时整流来自第一线的电流，b)电压调节器，其包含用于抑制电源供应器的输出电压的异常上升的构件，以及c)继电驱动器，其包含继电器，所述继电器由来自电源供应器的DC电压操作，所述继电器为自保持继电器，即使将电压去除，继电器一旦通过流经线圈或绕组的电流而激活就保持激活状态。

在上文中，希望用于抑制电源供应器的输出电压的异常上升的构件为齐纳二极管(Zener diode)。

另外，电源供应器中的所述一对二极管中的每一个分别包含两个串联二极管，且第一整流器和第二整流器分别为半波整流器。自保持继电器包括两个绕组，一个用于打开继电器，且另一个用于关闭继电器。

电源供应器的第一整流器包括：二极管，其用于整流流经变压器的次级绕组(secondary)的电流；平滑电容器，其用于使通过二极管的半整流电流平滑；以及齐纳二极管，其越过变压器的次级绕组而连接。

电源供应器的第二整流器包括连接到第一线的电容器，以及连接到电容器的桥接二极管。或者，第二整流器包括：二极管，其在正向上连接到第一线，用于对电容器进行充电；以及齐纳二极管，其在正向上连接到第二线。

附图说明

当结合附图考虑时，本发明的上述以及其它目的、特征和优势将从以下描述内容中变得更明显，其中：

图1和图2是绘示常规电子开关的示意图。

图3是绘示本发明的示意图。

图4是电源供应器的示意图。

图5是第二整流器和电压调节器的示意图。

图6是继电驱动器的示意图。

图7是图5中的第二整流器的第二实施例的示意图。

图8是根据图4中的电源供应器的第二实施例的变压器的初级侧的示意图。

图9是根据图4中的电源供应器的第二实施例的变压器的次级侧的示意图。

图10是图6中的继电驱动器的第二实施例的示意图。

具体实施方式

图3绘示本发明的电子开关的总体示意图。如图所示，本发明仅利用两个线L1和L3。图3仅表示如图1和2中用虚线表示的电子开关的构造。由于与外部输电线的连接和与灯有关的配线与图1和2的那些相同，所以将省略对这些项目的描述。

参看图3，将描述本发明的构造。本发明为电子开关，其具有越过灯而连接的第一线和第二线，用于以电子方式打开和关闭灯。电子开关由以下部分组成：

电源供应器100，其包含一对二极管D1、D2，二极管的每一个都串联插入在第一与第二线L1、L3之间，且二极管两者都以相反极性并联连接；变压器TRANS 1，其用于升高越过二极管而出现的电压；第一整流器BD1，其用于将升高的AC整流成DC；第二整流器BD2，其用于在第一和第二线L1、L2由于灯关闭的缘故而断开时整流来自第一线L1的电流，

电压调节器200，其包含齐纳二极管，用于抑制电源供应器100的输出电压的异常上升，以及

继电驱动器300，其包含继电器RY，继电器由来自电源供应器100的DC电压操作，继电器为自保持继电器，即使将电压去除，继电器一旦由流过线圈的电流激活就保持激活状态。

现在，将参照各个实施例详细描述所述组成部分。

第一实施例的构造和操作

<电源供应器100>

如先前参看图2所阐释，如果使用电阻器来获得用于将灯打开的电，那么随着灯的负载改变，可能获得不稳定的电能。然而，在本发明的此实施例中，如图3中所示，使用两个二极管(见图4)代替电阻器。由于越过二极管的电压降恒定为约0.6V，所以可获得相对较稳定的电压，而不阻碍AC电流流动。

越过二极管出现的电压由变压器升压，且由整流器电路整流，为继电驱动器300获得良好质量的DC电压。

参看图5，当灯关闭时，通过L1、C3、第二整流器BD2、L3以及灯的路径来获得用于继电驱动器300的电。由于使用AC，所以随着电流的方向改变，上述路径次序也将改变。

<电压调节器200>

在本发明中，添加电压调节器200。与图5的右侧类似，电压调节器200由齐纳二极管ZD1组成。齐纳二极管ZD1防止电压的异常上升，使得可提供稳定的电能。

<继电驱动器300>

尽管本发明提供稳定的电源，但如果负载非常小，例如20W的荧光灯，那么可能无法获得足以驱动继电器的电流。

为了解决此问题，本发明利用自保持或闩锁类型的继电器，即使将电压去除，继电器一旦由流过线圈的电流激活就保持激活状态。因此，可减少不必要的电消耗。在图6中，为了激活继电器RY3，将低信号(0V)施加到B2，用于将Tr2打开，且将高信号(5V)施加到B1，用于将Tr3打开。接着，电流从VCC经过Tr2、RY3以及Tr3流到继电器，且激活继电器，且将电能施加到灯。不久，如果将高信号(5V)施加到B2使得Tr2关闭，那么由于继电器RY3为自保持继电器，所以其保持连接状态。为了停用继电器，当将低信号(0V)施加到B1时，Tr1打开且电流从VCC经过Tr1流到继电器线圈，且同样，当将高信号(5V)施加到B2时，电流流经Tr4，且继电器接触器断开。

一旦继电器停用，继电器就通过关闭Tr1和Tr4而保持此状态。与此类似，通过使用自保持型继电器，需要的功率消耗量少，且因此可大大降低电源供应器的能力。因此，电子开关可适合于使用相对较小灯的电路。

第二实施例的构造和操作

<当灯关闭时整流>

返回参看图3和5，此第一实施例已经绘示具有4个二极管的全波整流器电路BD2，其为电源供应器100的一部分，且当灯关闭时，起到全波整流的作用。为了减少二极管的数目，如图7中所示，此第二实施例利用半波整流器电路以便在灯关闭时对电流进行整流。即，起源于L1的电流I1流经正向连接的二极管，对电容器C4进行充电，且在通过灯L之后从L2流出。另一方面，起源于L2的电流12流经齐纳二极管ZD2和电容器C3，而不对电容器C4进行充电。通过这样做，尽管可减小电的量，但可减少二极管的数目。此可给出另一经济优势。

<用于在灯打开时获得内部电压的电路和使用所述电路的整流器>

图4绘示变压器的初级侧，其为那些用于在灯打开时内部地获得电的元件中的一个元件。其通过使用两个二极管D1和D2来获得内部电压。然而，如果负载较小，那么越过二极管的电压降变得更低，且因此不能获得足够量的内部电压。为了改进此问题，如图8中所示，添加两个输入二极管。即，将现有二极管D1增加成串联的D4和D5，且将现有二极管D2增加成串联的D6和D7。通过这样做，因为线之间的电压降增加，所以可获得足够的内部电压。

由此类电路获得的电压由半波整流电路而不是图3中的全波电路BD1进行整流。此新颖整流器(见图9)包括整流二极管D8、平滑电容器C6以及齐纳二极管ZD4。为何此半波整流适用的原因是：由于如果负载较大，那么从线获得的电功率也较大，所以当负载足够高时，半波足以获得用于内部操作的电压。

<继电驱动器>

在图6中所示的第一实施例的继电驱动器中，使用四个晶体管。各个晶体管由用于打开继电器的TR2、RY以及TR3；用于关闭继电器的TR1、RY以及TR4的路径构成。此处RY为继电器的绕组。

参看图10，第二实施例是减少晶体管的数目，其利用与第一实施例的自保持继电器类似的自保持继电器，但内建两个独立线圈：一个用于使继电器打开(Ry2)，另一个用于使继电器关闭(Ry3)。如果将控制信号施加到B2(TR6的基线)，Ry2通电，且继电器打开。相反，如果将控制信号施加到B1，那么Ry3通电，且继电器关闭。

因此，在第二实施例中，晶体管的数目减少。

本发明的优势如下。

1)由于不需要电流来保持继电器状态，所以内部功率消耗非常小。因此，可使用多种灯的种类。

2)由于使用变压器，所以电源供应区处的电压降非常低，且因此保证了稳定的操作且产生较少热量。

3)本发明基本上是基于2线的。因此，替换现有开关较容易。

4)通过使用越过二极管而不是电阻器的电压，负载的变化不会影响电压规律性。

虽然已经参照执行本发明的某些实施例绘示并描述了本发明，但所属领域的技术人员将了解，在不脱离由所附权利要求书界定的本发明精神和范围的情况下，可对本发明的形式和细节作出各种改变。