交流薄膜电子开关 【技术领域】
本发明属于照明灯开关控制领域，尤其是涉及一种薄膜触摸式的电子开关。
背景技术
国家现行建筑电工的规范或标准不支持“交流电源零线介入”电子开关的控制电路；因此在目前的建筑行业、电工产品标准、安装工程、居民消费、家庭装潢、市场销售方面，均以手动方式的机械开关为主，而那些所谓的声、光、磁敏、红外、震动、延时、多谱勒等电子开关，虽然它们也号称电子开关，但往往存在着这样或那样的“美中不足”。目前来说，可用于交流电控制的墙壁电子开关的技术当中，尤其是以“二线制单相线输入与输出”形式工作的电子开关电路，除本专利申请人以前在“基于薄膜电子开关的无线遥控组件”、“单键触摸式电子开关”专利中有论述外，还没有发现既采用薄膜开关形式面板，又以“二线制”模式，而且能三键连排于一86系列开关内盒内的产品出现；即便部分已有电子开关产品当中，其受控功率也有较大限制，如不能控制160VA以上的交流电压/电流；其绝大多数也不能保证其在每次断电，或再来电时，其输出负载均保持在得不到交流电压或电流的实际关断状态。
【发明内容】
本发明要解决的技术问题是，提供一种高可靠性的可直接接入交流电源电路的薄膜电子开关，其能以较少的元器件及简单的电路解决上述技术问题。
为解决上述技术问题，本发明采取了一下技术方案：一种交流薄膜电子开关，包括薄膜开关、基座、内部控制电路，所述内部控制电路包括全固态开关电路，该电路由双向晶闸管、晶体二极管和电阻组成，交流电源由从一端L1输入，另一端L2输出；双稳态控制电路，该电路由CMOS反相器、晶体三极管、电容器、电阻以及薄膜开关输入连接点KA、KB组成；关态电源供给电路，该电路由分压电阻、稳压二极管及电容器组成，在双向晶闸管截止期间，给双稳态控制电路供电，当双稳态控制电路得到来自于薄膜开关输入连接点KA、KB的触发信号时，形成向双向晶闸管G极提供触发电压的通路；来自于电源相线L1的交流电能经连接点V1端输入，经二极管整流后，在连接点V3端与二极管D3、D4、D5相连接的端点GND处产生直流电压，该电压既是双稳态控制电路的电压源，又是双向晶闸管的导通触发电压产生点；其路由是：由二极管D1、D2与电阻R2相连接的V3点上，经由电阻R2，通过R2的分压，在二极管D5之连接点A上，由于电容器C1与稳压二极管并连，其所储电能受稳压二极管限制，从而形成关态电源；开态电源维持电路，该电路由单向晶闸管、晶体三极管及光电耦合器组成，在固态开关电路导通时，通过光电耦合器的切合给双稳态控制电路提供足以维持双向晶闸管控制G极及时加上能使其导通的电量，在固态开关截止时，该电路自动断开；该开态电路与关态电路在电源输出上，均结合于连接点A，二极管D5、电容器C1及双稳态电路都是它们的负载；开态电源的控制由CMOS反相器IC2担当，当双稳态电路动作时，CMOS反相器IC16脚上的电位将在高低电位之间变换，由于晶体三极管Q1的介入，CMOS反相器IC2的2点上，于开态时低电位，关态时高电位，从而造成在需要开时，单向晶闸管SCR2短路电阻R2，需要关时，单向晶闸管SCR-2截止，晶体三极管Q2、Q3仅作为单向晶闸管SCR-2触发控制时设置的；当全固态开关需要导通时，来自于连接点V3的触发电压，经由单向晶闸管SCR-2到电阻R3，经CMOS反相器IC2及端点GND点形成回路，电容C1内仍然有电量，它将继续维持双稳态电路所需要的工作电量，完成开态维持。
作为本发明所述的交流薄膜电子开关一种优选方案：所述双稳态控制电路所需要的工作电源由关态电源供给电路和开态电源维持电路供给，所述固态开关电路包括双向晶闸管SCR1，晶体二极管D1、D2、D3、D4和电阻R1，所述双稳态控制电路包括CMOS反相器IC1，晶体三极管Q1，电容器C2、C3，电阻R4、R5、R6和由薄膜开关输入连接点KA、KB；
所述关态电源供给电路，当一端L1接入交流电源相线和另一端L2接上受控负载时，由晶体二极管D1、D2、D3、D4组成全波整流桥，向晶体二极管D1与D3的连接点以及晶体二极管D2与D4的连接点输电，形成一对应于GND点的脉动直流，晶体二极管D1与D2的连接点为正电压，GND为负电压，通过晶体二极管D3、D4、D5和电容器C1在双稳态电路电源输入端形成固态开关关态电压；
所述开态电源维持电路，当固态开关需要导通时，由于双向晶闸管SCR1两端的导通，致使晶体二极管D1、D2、D3、D4所组成的整流桥得到的交流电压大幅降低，其输出的电压不足以维持双稳态电路正常工作，由于电阻R2的存在，电容器C1所能得到的电荷就会急剧减少，此时，单向晶闸管SCR2将在光电耦合器IC2作用下，短路电阻R2，致其维持电量改由单向晶闸管SCR2一端直接供电，由于单向晶闸管SCR2的G极受控于晶体三极管Q2、Q3，晶体三极管Q2的B极又受控于光电耦合器IC2的输出端，该回路组成开态电源维持电路。
作为本发明所述的交流薄膜电子开关一种优选方案：所述双向晶闸管SCR1导通以后的晶闸管电压降所形成的低压脉动直流作为电容器C1存储电荷的跌落补充，使得电阻R3输送至CMOS反相器IC1电源输入端的一端始终存在着一个足以保证双稳态电路与操作指令得以维持正常工作的电压。
作为本发明所述的交流薄膜电子开关一种优选方案：所述内部控制电路具有过电流保护电路，超出额定电流时固态开关元件自动断开。
本发明所述交流薄膜电子开关及其内部电路组件所采用的技术思路为：“二线制，即单交流电源相线输入、输出”的工作方式；以单向晶闸管控制极所需要地较小触发电流，一般为微安级电流，经由通用CMOS反相器所组成的双稳态触发电路进行控制，再由其它电子元器件所组成的双电源供给电路关态电源电路与开态电源电路作用下，让其受控于安置在外露面板上的薄膜开关控制，通过人工按压或者其它形式的配套传感电路传导，致使其内部预先设置的固态开关或导通或截止，从而实现本发明所设计的交流薄膜电子开关功能目的。由于本发明中的固态开关电路，其内部所采用的双向晶闸管之A2、A1极均受控制极的控制，得电即开，失电即关。在整个电路的工作流程中，无论其“导通”还是“截止”，既不需要交流电源零线介入，也不需要外加取电回路就能保证其正常工作，即无待机或守候时所需要的电流；仅利用其自备的降稳压电路，或通过相关电容容量/相关电阻阻值的调整，就能依靠从交流电电源输入出相线与负载之间的接零回路所形成的“泄漏”电压电流，就能保证固态开关电路无论在导通或截止时，只要外开关面板上所预置的薄膜开关得到或符合导通条件，其内部固态开关均能正常获得所需条件而工作。采取这种结构的电路设计，可以采用较少的元器件通过简单的电路即获得高可靠性的电子开关，而且此种电子开关占用提及较小，成本也较低，更换也方便。当偶遇负载短路，或超出额定电流时，本发明中的固态开关元件将会自动失电断开，或自行烧毁而断电，以最大限度地保证您的后续财产之安全或损失最小。
该发明还可设计或采用目前比较流行的贴片元器件，进一步缩小体积，进一步加大主要参数的保险系数，不仅弥补了现行机械开关，电子开关的不足，而且实现“积木”式架构，其几乎所有功能组件，可由用户自行动手，进行自由替换，以保证人们的生活需要或安全需求。本发明实施以后，可以做到成品、组件、部件的通用化、标准化、规格化、规范化，从外框色彩、面板图案、材料、功能等。让开关这个小产品的选择余地更大，个性化的特点更加明显，将来，如遇家庭装潢风格改变，也可以做到按部件或按需要进行更换更新，做到开关的那个部位旧了，褪色了，不喜欢了，坏了，就用相同功能的部组件去替换，就像小孩搭积木，而无关电路组件性能如何，以最大可能满足消费者的个性化追求，或者对于安全方面的需要。
【附图说明】
图1为本发明一种实施方式的电路图。
【具体实施方式】
下面结合附图对本发明作详细描述，本发明的内部电路组件由四部份组成：
一、固态开关电路
由双向晶闸管SCR1，具体为BT136E，晶体二极管D1、D2、D3、D4和电阻R1所组成的固态开关电路；其交流电源由L1端输入，L2端输出。交流电源相线由交流电源输入端子L1接入电路组件以后，自动分成二路，一路流向SCR1的A2端；一路流向D1负端与D3正端的连接点V1，SCR1的导通与否，受SCR1-G端控制，当SCR1-G端没有加上足以致使SCR1导通的双向触发电压时，A2与A1之间不导通，交流电源输出的L2端就不能得到来自于L1的交流电源，因此L2没有输出，相当于电子开关关断。当SCR1-G端加上能致SCR1导通的双向触发电压后，A2与A1之间即导通，交流电源输出的L2端将会获得来自于A2端的交流电源，相当于电子开关接通。
二、双稳态控制电路
由通用CMOS反相器IC1，具体型号为CMOS六反相器，CC4069，晶体管Q1，电容器C2、C3，电阻R4、R5、R6和由薄膜开关输入之连接点KA、KB所组成的双稳态控制电路组成；设置在开关外面板上的薄膜开关通过薄膜引连线排，以接插的方式连接至KA、KB。本电路组件中的双稳态控制电路，必须在接入或供给一符合其正常工作需要的直流电压，其才能接受来自于薄膜开关输入端的控制，从而致使Q1导通或截止，只有Q1的导通或截止，才能指挥其它电路，而公知的薄膜开关是不能直接接入交流电源电路的。它的工作为纯电阻形式，只有在满足交流电源相线和交流电源输出负载均已经正常接入时，其C1正极端才能接受和存储来自于R2的直流分压，才会在C1上形成对应于GND点的满足双稳态电路工作的电压，也即IC1得到来自于固态开关关态电源所输出来的电量，该工作电量才能保证IC1-A的1号端点与C3相连的点上保持高电位，由于IC1的反相特性，即IC1-A的2端为低电位，由于IC1-A的2端与IC1-B的3端相连，2、3端同电位，IC1-B的4端为高电位，依次类推，IC1-C的6端就为低电位，Q1的B端也为低电位，Q1-C、E之间就不导通。L1经由V1到D1与V3、R2、R3、IC2-1、2脚所形成的控制回路就受到Q1的阻隔，不构成致使其导通的条件，故SCR1的A2与A1之间不导通。相当于电子开关关断。
由于R6接在KA与IC1-B的4脚与IC1-C的5脚连线上，该连接点上的电位将与IC1-A的1脚电位相同，也为高电位。由于电阻R4接在Q1-C极与C2及IC1-D的9脚之间，当Q1-C极为高电位时，IC1-D的9脚也为高电位，根据反相器特性，8脚也为低电位，薄膜开关输入端的另一对应接入点KB电位将与IC1-D的8脚电位相同，也为低电位。当设置在外壳面板上的手动传感器得到操作人的按压指令时，也即相当于薄膜开关输入端的KA端与KB端连通，由于KB端与IC1-D的8脚相连，KA端与IC1-A的1脚相连，由C3在IC1-A的1脚形成的高电位向IC1-D的8脚“放电”，IC1-A获得反相，从而带动IC1-B和IC1-C反相，Q1-B极获得高电位，使Q1-C与Q1-E之间导通，Q1-C电位下降，IC2之2脚电位下降，IC2得电工作。C2通过R4、Q1向GND放电，IC1-D的9脚电位变低，8脚电位变高至接近IC1工作电源的电位。并保持至下一触发动作的到来。
当需要关断L2端的交流电压时，操作人则按压设在电子开关操作面板上的同一薄膜开关按压点，相当于人为接通或短路KA与KB；IC1-A、B、C、D之对应点电位同时受控反相，恢复L2端的输出交流电压关断状态。
三、关态电源供给电路
由稳压二极管D5、分压电阻R2及电容器C1所组成；以供给双稳态控制电路和固态开关SCR1电路关态电源为主要目的；在SCR1截止期间，保证它们的正常供电。当L1接入交流电源相线和L2接上受控负载时，由D1、D2、D3、D4组成的全波整流桥；向D1与D3的连接点V1、D2与D4的连接点V2输电，形成一对应于GND点的脉动直流V3为“正”电压，GND为负电压。通过D3、D4、D5和C1、在双稳态电路电源输入端形成固态开关关态电压。人为短路其“正”“负”这两个连接点，可致使SCR1直接导通，在电路故障时，可用于检查固态开关电路的工作是否正常或元器件是否提前失效，该电压将保证双稳态电路于关态时的工作需要。
四、开态电源维持电路
由单向晶闸管SCR2，晶体管Q2、Q3，以及光电耦合器IC2之4、5端组成固态开关开态工作需要的电源保持电路，IC2具体型号为光电耦合器MOC4021。通过IC2的切合或者截止，在固态开关导通时保持供给双稳态控制电路一足够维持SCR1-G极及时加上能使其导通的电量。在固态开关截止时，该部分电路将会自动断开或撤离。当固态开关需要导通时，或向负载提供交流电源时，由于SCR1-A2与A1之间的导通，致使D1、D2、D3、D4所组成的整流桥得到的交流电压大幅降低，其输出的电压，有时不足以维持其中的双稳态电路正常工作，由于R2的存在，C1所能得到的电荷就会急剧减少，此时，SCR-2将在IC2作用下，短路R2，致其维持电量改由SCR2-A端直接供电，由于SCR-2的G极受控于Q2、Q3，Q2-B极又受控于IC2-4、5输出端，所以该环路就组成了开态电源供给电路。
本发明在内部电路组件利用SCR1导通以后的晶闸管电压降所形成的低压脉动直流，来作为C1存储电荷的跌落补充，致使R3的左端，即输送至IC1电源输入端，始终存在着一个足以保证双稳态电路与操作指令得以维持正常工作的电压。
只有人为轻触设在电子开关操作面板上的同一薄膜开关按压点时，通过相关电路的转换，才会导致SCR1-G极上的控制电压加入或撤出，决定A2端的交流电压是否流向A1。当其关断时，双稳态电路由关态电路供电，当其导通时，双稳态电路改由开态电路供电。因为C1的存在和储能作用，它们之间在转换时的差异，仅凭人们的肉眼是察觉不出来的。无论固态开关工作于何种状态，本发明内部电路组件中的双稳态控制电路，所需要的工作电源，或端电压均在C1内积聚，然后分为三路，一路流向C3，通过C3，向薄膜开关提供触发双稳态电路所需要的工作电压；一路流向CMOS电路IC1的14脚，为IC1的电源输入脚，向IC1供电，以保证其组成的双稳态电路能够正常得到规定范围内的工作电压。一路流向R3，通过R3流向光电耦合器IC2的1脚，经IC2的1脚流向2脚，再经晶体管Q1的C极，通过Q1的E极至“参考点即GND”，由于在同一个电子电路中，其GND是相连通的。接此GND，就等于接入彼GND。故只要Q1-B极得到高于GND的电位，且接近于IC1工作电源的高电位，Q1即导通，使SCR1的G极与R1形成回路，实现SCR1控制G极得电，从而形成A1与A2之间的导通，相当于电子开关导通。