具截电功能的感应式控制开关的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开一种具截电功能的感应式控制开关，包括一感应器；一电子式开关切换控制回路，电连接至感应器，以因应感应器所输出的侦测信号控制电子式切换开关的启断或闭合；以及同步串联式截电器，电连接至感应器及电子式开关切换控制回路，以自一电源截电而提供该感应器及该电子式开关切换控制回路所需的电力。本实用新型利用感测器结合电子式开关切换控制回路及同步串联式截电器，提供一个以感测信号触发控制电子设备开关及相关操作的感应式控制开关，以微控制器精密的控制如继电器等的电子式开关的动作，防止火花的产生，并以改良的同步串联式截电器提供稳定可靠的电源。
【专利说明】具截电功能的感应式控制开关
【技术领域】
[0001]本实用新型有关一种具截电功能的感应式控制开关，尤其有关采用截电器来供应操作电源与微控制器(MCU, Microcontroller Unit)控制防火花的感应式控制开关。
【背景技术】
[0002]日常生活中经常可以见到各种感应侦测器，例如:PIR(Passive InfraredSensor)近接开关感应器、烟雾侦测器、一氧化碳侦测器、瓦斯侦测器、或门窗入侵感测器等。感应侦测器通常是连接至切换开关，再连接至显示/警示装置或其他电子设备/系统。当感应侦测器侦测到进入其感测范围内的感测目标时会产生感应侦测信号，并传送至切换开关而将其切换成导通，将此信号传送至显示/警示或其他电子装置，例如为电灯/警报器等等，将电灯点亮/发出警报或启动其他电子设备的操作。
[0003]此种系统的性能通常会有以下缺点:(I)使用电池的感应侦测器，需定期更换电池，否则易失去电力而无法工作；(2)感应侦测器的电源的工作电压不稳定、截电效果不佳、甚至容易故障，以致影响感应侦测器的正确度与灵敏度；(3)切换开关在切换成导通与切断时，会产生瞬间大电流而产生火花，以致缩短开关产品使用年限。故，现有感应式控制开关仍未臻理想，确有改进的必要。
【发明内容】
[0004]本实用新型提供一种具截电及/或防火花功能的感应式控制开关，其采用线性同步积分截电与微控制器防火花的感应式控制开关，其通过防止火花发生，以保护开关并延长其使用年限，同时以改善现有现有技术上述缺失与缺点。
[0005]为达此目的，本实用新型提供一种具截电功能的感应式控制开关，包括:
[0006]一感应器；
[0007]—电子式开关切换控制回路，电连接至该感应器，以因应该感应器所输出的一侦测信号控制一电子式切换开关的启断或闭合；以及
[0008]一同步串联式截电器，电连接至该感应器及该电子式开关切换控制回路，以自一电源截电而提供该感应器及该电子式开关切换控制回路所需的电力。
[0009]其中，该电子式开关切换控制回路包括一电子式切换开关，以及连接至该电子式切换开关及该感应器的一微控制器，以根据感应器所传送来的感测信号控制电子式切换开关的导通与切断，并防止瞬间电流接合火花及离散火花的产生。
[0010]其中，该电源为一交流电源，且该电子式切换开关为一继电器或一交流硅控闸流体。
[0011]其中，该电源为一直流电源，且该电子式切换开关为一继电器或一场效晶体管。
[0012]其中，该同步串联式截电器由一同步整流外供电单元、一同步整流内供电单元、一同步稳压电压控制单元、一积分驱动电路单元、一负载同步反馈控制单元及一同步积分截电单元所组成，其中该同步整流外供电单元，其一边与电源火线输入端相接，另边设有一 DC稳压输出端；
[0013]该同步整流内供电单元，其一边与电源火线输入端相接，另边具有第一分路以连接至该负载同步反馈控制单元、及该同步稳压电压控制单元，以及第二分路以连接至该积分驱动电路单元、该同步积分截电单元、及前述负载同步反馈控制单元的另一边；
[0014]该积分驱动电路单元，其一边与前述同步整流内供电单元第二分路相接，并连控该同步积分截电单元；其另一边与前述同步稳压电压控制单元相接受其连控，以及；
[0015]该同步积分截电单元，由前述积分驱动电路单元连控，其一边与电源火线输入端相接，另一边设有一电源火线输出端，又该同步积分截电单元具有一截电同步取样端以连接控制该负载同步反馈控制单元、及该同步稳压电压控制单元；
[0016]由此，将其串联接在电源火线上，可进行同步周期截电，以提供同步DC稳压输出以作为连接外部电路的基础供电。
[0017]其中，该同步整流外供电单元，进一步具有一整流二极管后并接二电容及一串接保护电阻；该同步整流内供电单元，具有一整流二极管后并接二电容及串接一二极管与一电阻；该同步稳压电压控制单元，为齐纳稳压开关控制电路，具有一 NPN晶体管，一偏压电阻接设于集极上，二分压电阻接设于基极上，一齐纳二极管串接在同步整流内供电单元与分压电阻上；该积分驱动电路单元，具有一 FET场效晶体，及二电阻串接于栅极上；该负载同步反馈控制单元，为晶体开关控制电路，具有一 NPN晶体管，二偏压电阻接设于基极与集极上，及于一输出电阻并接在集极上；该同步积分截电单元，具有一低阻抗高电流的大功率FET场效晶体,其泄极与电源火线输入端相接,一输入电阻串设于栅极上，一电阻及一电容并联设于源极与电源输出端之间；以及一突波吸收元件设在泄极与源极之间。
[0018]其中，该同步整流外供电单元与同步整流内供电单元间连设有电阻；该同步整流外供电单元的DC稳压输出端供电电压界定于DC3?15V，应用功率界于3?800W之间。
[0019]其中，该同步整流外供电单元截电节点，取得截电单位时基Tl界定于8.3ms?20ms，其中有效积分脉冲T2界定于0.2ms?1ms，波幅Vpp界定于3?15V。
[0020]其中，该电源火线输入端对外连接DC电源或AC电源。
[0021]其中，其对AC电源截电位置是于正半周下降波段。
[0022]本实用新型利用感应器结合电子式开关切换控制回路及同步串联式截电器，提供一个以感测信号触发控制电子设备开关及相关操作的感应式控制开关，以微控制器精密的控制如继电器等的电子式开关的动作，防止火花的产生，并以改良的同步串联式截电器提供稳定可靠的电源。
【专利附图】
【附图说明】
[0023]图1为根据本实用新型的具防火花截电功能的感应式控制开关的一实施例的方块图。
[0024]图2为根据本实用新型的具防火花截电功能的感应式控制开关的另一实施例的方块不意图。
[0025]图3为图2中的电子式开关切换控制回路及同步串联式截电器的细步功能方块图。
[0026]图4为根据图3的功能方块的一实施例电路图。[0027]图5为电子式开关切换控制回路另一实施例的电路图。
[0028]附图标记说明:1 —同步整流外供电单兀；11 — DC稳压输出端；12 —接地端；2 —同步整流内供电单元；3 —同步稳压电压控制单元；4 一积分驱动电路单元；5_负载同步反馈控制单兀；6 —同步积分截电单兀；61 —截电同步取样端；62 —同步信号输出端；70 —交流硅控闸流体；71 —电源火线输入端；72 —电源火线输出端；80 —微控制器；9 一电子设备；A、B、C、D—节点；P、P1、P2—电源；Ia、Ib —具截电功能的感应式控制开关；I —感应器；i1、iia —电子式开关切换控制回路；iii 一同步串联式截电器；L 一负载；S —电子式切换开关；T 一交流娃控闸流体；ζ0 —突波吸收器；zc —零点触发单兀。
【具体实施方式】
[0029]请参阅图1及图2，本实用新型的具防火花截电功能的感应式控制开关Ia/Ib包括:感应器i ;电子式开关切换控制回路ii，连接至感应器i，以因应感应器i所输出的侦测信号来控制电子式切换开关S的启断或闭合；以及同步串联式截电器iii，连接至感应器i及电子式开关切换控制回路ii，以自一电源P1/P2截电而提供感应器i及电子式开关切换控制回路ii所需的电力。其中，图1所示的电源Pl为一般市电AC电源。而图2所示的电源则可为一般DC电源，或自如监视系统(图中未示)等设备所提供的DC电源，将其串联接在电源火线上，进行同步周期截电，以提供同步DC稳压输出以作为连接外部电路的基础供电。
[0030]感应器i可以为PIR近接开关感应器、烟雾侦测器、一氧化碳侦测器、瓦斯侦测器或门窗入侵感应器等等。电子式开关切换控制回路ii控制电子设备9，如灯光/警报器或其他电子系统等的开关切换控制。电子式开关切换控制回路ii包括电子式切换开关S及连接至电子式切换开关S及感应器i的微控制器80，以根据感应器i所传送来的感测信号控制电子式切换开关ii的导通与切断，并以精密的控制防止瞬间电流接合火花及离散火花的产生。图1中的电力来源为交流电源P1，而其电子式切换开关ii可为继电器或TRIAC。但若如图2所示，电力来源为直流电源P2时，电子式切换开关ii则可为继电器或场效晶体管(MOSFET)。
[0031]请参阅图3，以图1的交流电架构为例，同步串联式截电器iii由同步整流外供电单元1、同步整流内供电单元2、同步稳压电压控制单元3、积分驱动电路单元4、负载同步反馈控制单元5、及同步积分截电单元6所组成，以下的介绍前段为各单元之间的连结关系请参图3,后段为各单元内含元件的细部组成请参同图4。
[0032]同步整流外供电单元1，其一边与电源火线输入端71相接，另边设有一 DC稳压输出端11 ;同步整流外供电单元I进一步由整流二极管D7后并接二电容C6、C7及一串接保护电阻R5所组成。
[0033]同步整流内供电单元2的一边与电源火线输入端71相接，另边具有第一分路以连接至负载同步反馈控制单元5、及同步稳压电压控制单元3 ;以及第二分路连接至积分驱动电路单元4、同步积分截电单元6、及前述负载同步反馈控制单元5的另一边。同步整流内供电单元2具有整流二极管D4后并接二电容C8、C9及串接二极管D6与电阻R7所组成提供Q4偏压，又同步整流内供电单元2与同步整流外供电单元I间设有电阻R21相连。
[0034]同步稳压电压控制单元3为齐纳稳压开关控制电路，具有NPN晶体管Q3，偏压电阻R13接设于集极上，二分压电阻Rll、R14接设于基极上，齐纳二极管Z2串接在同步整流内供电单元2与分压电阻Rll上，电容C14接设于Q3的集极与基极之间，另一电容C13接设于Q3的集极与接地之间，以防止Q3寄生振荡，提升截电稳定度。
[0035]负载同步反馈控制单元5，为晶体开关控制电路，具有一 NPN晶体管Q2，二偏压电阻R8及R12接设于基极与集极上，及于一输出电阻RlO并接在集极上。积分驱动电路单元4的一边与前述同步整流内供电单元2第二分路相接,并连控同步积分截电单元6 ;其另一边与前述同步稳压电压控制单元3相接受其连控。积分驱动电路单元4具有一场效晶体管(FET) Q1，及电阻R9串接于栅极上，亦接设电容C15于Ql的栅极与源极之间，以增加功率因素波形补偿，保持Ql积分波形稳定度，C19并联RlO加强积分截电线性度。
[0036]同步积分截电单元6由前述积分驱动电路单元4连控，其一边与电源火线输入端71相接，另一边设有一电源火线输出端72，又同步积分截电单元6具有一截电同步取样端61以连接控制负载同步反馈控制单元5及同步稳压电压控制单元4。同步积分截电单元6具有一低阻抗高电流的大功率场效晶体管Q4，其泄极与电源火线输入端71相接，输入电阻R6串设于栅极上，电阻R15及电容Cll并联设于源极与电源火线输出端72之间，具备侦测电流功能，可作为过载保护之用；突波吸收元件Z3则设在泄极与源极之间。
[0037]请再一并参阅图1，以市电交流IlOV截电取得5V DC稳压工作为例，首先串联交流电输入端经由交流硅控闸流体70(或继电器)连接电源火线输入端71至同步积分截电单元6的大功率场效晶体管Q4再经电源火线输出端72连接至负载端。
[0038]当大功率场效晶体管Q4进行截电时，其节点A产生的积分脉冲波可经同步整流外供电单元I改变波形后，由DC稳压输出端11供应外部电路微控制器80的电力；另外其产生的积分脉冲波，亦可经同步整流内供电单元2输出稳压以供应内部积分电路所需的电力。其中，同步稳压电压控制单元3因内具有齐纳二极管Z2控制电压，当截电积分电源达到预定值譬如3V或5V或12V的时候，即自动产生一积分脉冲波输出，连接至积分驱动电路单元4的输入端，将积分脉冲波整形放大后输出，连接驱动同步积分截电单元6的大功率场效晶体管Q4，操控其依波形进行积分截电，令同步积分截电单元6经由交流硅控闸流体70 (或继电器)供应电力产生一相对积分脉冲波的开路截电电压。
[0039]同步积分截电单元6截电后，同时产生反馈信号输出，经截电同步取样端61回传供应负载同步反馈控制单元5，以及同步稳压电压控制单元3，锁定电源相位差变化，增强截电工作稳定度。且当同步积分截电单元6截电完成时，大功率场效晶体管Q4仍然呈现低阻导通状态，故其串联交流电输入耗损极小。
[0040]事实上，在整个截电持续进行过程中，负载同步反馈控制单元5居中扮演相当重要的角色，其可从相连的积分驱动电路单元4，节点D获取微量相位差变化，而及时修正积分电源，使其保持良好的稳压状态。
[0041]其中本实用新型同步整流外供电单元I截电节点A，最佳取得截电的单位时基Tl可进一步界定于8.3ms?20ms,其中有效积分脉冲T2界定于0.2ms?Ims,波幅Vpp界定于3?15V，DC稳压输出端11供电电压界定于DC3?15V，应用功率界于3?800W之间。
[0042]所制成的电路正反向接线都能正常工作，不会因为电极接错方向而导致元件损坏，且相位电流参考点相对稳定许多，在高负载的工作环境中，过载保护反应速度快且确实，不但减少截电元件功率消耗，工作电压相对稳定，并减少故障发生率，同时可以减少回路干扰，搭接电感负载时，工作稳定度毫不逊色，超越传统交流电截电规格。
[0043]本实用新型采用线性同步积分设计，因为可精准控制只于正半周下降波段时进行截电，故可改善现有底部负半周无效功率消耗，比传统截电效率高出50%以上，同时减少截电元件功率消耗，长时间工作温升现象明显减少，电源噪声干扰的情形也相对改善许多。而且其截电经电容稳压后输出波形图，串联负载变化时输出电源不受影响，直流电输出条件稳定，可支援更多周边产品应用，适合搭接不同负载，并且通过FCCEMI电磁干扰认证。
[0044]上述的电子式开关切换控制回路ii，为加强其防火花功能，请参阅图5所示的电子式开关切换控制回路iia，在设计上可进一步将微处理器80控制导通的继电器SI两边系分别连接一电源P及一负载L，而于切换及固定接点Sll、S12上并设有以一零点触发单元Zc启动的交流硅控闸流体t，及并设一突波吸收器zO。当启动或关闭时，通过继电器SI在导通(或截止)的前，令交流硅控闸流体t先启动，并持续至继电器SI导通(或截止)电流趋于稳定的后，交流硅控闸流体t才截止，以精密的控制，来达到有效防止瞬间电流接合火花及尚散火花对继电器SI的损坏，而可提闻开关广品的使用寿命。
[0045]综上所述，本实用新型利用感应器结合电子式开关切换控制回路及同步串联式截电器，提供一个以感测信号触发控制电子设备开关及相关操作的感应式控制开关，以微控制器精密的控制如继电器等的电子式开关的动作，防止火花的产生，并以改良的同步串联式截电器提供稳定可靠的电源，实乃一极具产业价值的创新技术。
[0046]上述的具体实施例是用来详细说明本实用新型的目的、特征及功效，对于熟悉此类技艺的人士而言，根据上述说明，可能对该具体实施例作部份变更及修改，其本质未脱离出本实用新型的精神范畴者，皆应包含在本案的申请专利范围中，宜先陈明。
【权利要求】
1.一种具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，包括: 一感应器； 一电子式开关切换控制回路，电连接至该感应器，以因应该感应器所输出的一侦测信号控制一电子式切换开关的启断或闭合；以及 一同步串联式截电器，电连接至该感应器及该电子式开关切换控制回路，以自一电源截电而提供该感应器及该电子式开关切换控制回路所需的电力。
2.根据权利要求1所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该电子式开关切换控制回路包括一电子式切换开关，以及连接至该电子式切换开关及该感应器的一微控制器，以根据感应器所传送来的感测信号控制电子式切换开关的导通与切断，并防止瞬间电流接合火花及离散火花的产生。
3.根据权利要求2所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该电源为一交流电源，且该电子式切换开关为一继电器或一交流硅控闸流体。
4.根据权利要求2所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该电源为一直流电源，且该电子式切换开关为一继电器或一场效晶体管。
5.根据权利要求1所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该同步串联式截电器由一同步整流外供电单元、一同步整流内供电单元、一同步稳压电压控制单元、一积分驱动电路单元、一负载同步反馈控制单元及一同步积分截电单元所组成，其中该同步整流外供电单元，其一边与电源火线输入端相接，另边设有一 DC稳压输出端； 该同步整流内供电单元，其一边与电源火线输入端相接，另边具有第一分路以连接至该负载同步反馈控制单元、及该同步稳压电压控制单元，以及第二分路以连接至该积分驱动电路单元、该同步积分截电单元、及前述负载同步反馈控制单元的另一边； 该积分驱动电路单元，其一边与前述同步整流内供电单元第二分路相接，并连控该同步积分截电单元；其另一边与前述同步稳压电压控制单元相接受其连控，以及； 该同步积分截电单元，由前述积分驱动电路单元连控，其一边与电源火线输入端相接，另一边设有一电源火线输出端，又该同步积分截电单元具有一截电同步取样端以连接控制该负载同步反馈控制单元、及该同步稳压电压控制单元； 由此，将其串联接在电源火线上，可进行同步周期截电，以提供同步DC稳压输出以作为连接外部电路的基础供电。
6.根据权利要求5所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该同步整流外供电单元，进一步具有一整流二极管后并接二电容及一串接保护电阻；该同步整流内供电单元，具有一整流二极管后并接二电容及串接一二极管与一电阻；该同步稳压电压控制单元，为齐纳稳压开关控制电路，具有一 NPN晶体管，一偏压电阻接设于集极上，二分压电阻接设于基极上，一齐纳二极管串接在同步整流内供电单元与分压电阻上；该积分驱动电路单元，具有一 FET场效晶体，及二电阻串接于栅极上；该负载同步反馈控制单元，为晶体开关控制电路，具有一 NPN晶体管，二偏压电阻接设于基极与集极上，及于一输出电阻并接在集极上；该同步积分截电单元，具有一低阻抗高电流的大功率FET场效晶体，其泄极与电源火线输入端相接，一输入电阻串设于栅极上，一电阻及一电容并联设于源极与电源输出端之间；以及一突波吸收元件设在泄极与源极之间。
7.根据权利要求6所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该同步整流外供电单元与同步整流内供电单元间连设有电阻；该同步整流外供电单元的DC稳压输出端供电电压界定于DC3~15V，应用功率界于3~800W之间。
8.根据权利要求6所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该同步整流外供电单元截电节点，取得截电单位时基Tl界定于8.3ms~20ms，其中有效积分脉冲T2界定于0.2ms~Ims,波幅Vpp界定于3~15V。
9.根据权利要求6所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，该电源火线输入端对外连接DC电源或AC电源。
10.根据权利要求9所述的具截电功能的感应式控制开关，其特征在于，其对AC电源截电位置是于正半周下降波段。`
【文档编号】G05B19/042GK203588010SQ201320677969
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2013年10月30日 优先权日:2013年10月30日
【发明者】王智人 申请人:隆怡工业股份有限公司