專(zhuān)利名稱(chēng)：直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開(kāi)關(guān)電路結(jié)構(gòu)，尤其涉及一種極低功耗應(yīng)用系統(tǒng)中，用于控制延時(shí)為負(fù)載供能并關(guān)斷的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)。
背景技術(shù)：
節(jié)能減排和太陽(yáng)能利用是當(dāng)今世界發(fā)展的趨勢(shì)，在某些應(yīng)用場(chǎng)合，通過(guò)使用延時(shí)關(guān)斷開(kāi)關(guān)，能夠有效避免電器在不需要長(zhǎng)時(shí)間開(kāi)啟的情況下，在指定的延時(shí)時(shí)間后自動(dòng)斷開(kāi)電器的電源，減少電力的浪費(fèi)。因此延時(shí)開(kāi)關(guān)在很多領(lǐng)域都有著廣泛的應(yīng)用。但是目前市場(chǎng)上的延時(shí)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)功耗普遍較高，直流延時(shí)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)功耗基本在60mW以上，這樣1個(gè)延時(shí)開(kāi)關(guān)每日的靜態(tài)功耗消耗將達(dá)到1. 5Wh。雖然這個(gè)功耗并不算高，如果是使用市電供電，這個(gè)功耗可以忽略，但是對(duì)于一些特定的低功耗系統(tǒng)，由這個(gè)功耗的損失將導(dǎo)致系統(tǒng)耗電量急劇增加，大大增加系統(tǒng)的投入和維護(hù)成本。例如，在太陽(yáng)能樓道燈的系統(tǒng)中，每個(gè)樓道燈每日的功耗在0. 3ffh左右，而普通延時(shí)開(kāi)關(guān)每日1. 5ffh的功耗大大高于樓道燈的功率消耗，從而使得系統(tǒng)的太陽(yáng)能光伏模組和蓄電池容量要求擴(kuò)容到6 倍，成本的提高，使得性?xún)r(jià)比顯著降低。同時(shí)，現(xiàn)有的延時(shí)開(kāi)關(guān)需要通過(guò)改變線路或元器件以適應(yīng)不同的工作電壓。有些甚至采用分壓電路來(lái)提供控制電路的工作電壓，這也將導(dǎo)致很大部分電能被消耗在分壓電阻上?，F(xiàn)有的延時(shí)開(kāi)關(guān)有的還使用繼電器控制輸出，而繼電器的功耗至少在IOOmW左右?，F(xiàn)有產(chǎn)品的上述問(wèn)題，使得產(chǎn)品在控制低功耗的電器，特別是LED燈具的時(shí)候存在大量的電能浪費(fèi)。

發(fā)明內(nèi)容
鑒于上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，本發(fā)明的目的是提出一種直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)， 以求降低延時(shí)開(kāi)關(guān)的靜態(tài)功耗，提高低功耗系統(tǒng)，尤其是太陽(yáng)能利用光電系統(tǒng)的節(jié)能特性。本發(fā)明的目的，將通過(guò)以下技術(shù)方案得以實(shí)現(xiàn)直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，連接于負(fù)載與電源之間，其特征在于所述延時(shí)開(kāi)關(guān)包括 電容充放電電路，用于儲(chǔ)能并控制負(fù)載延時(shí)工作時(shí)間；一按鍵式開(kāi)關(guān)，與所述電容充放電電路及電源構(gòu)成回路，用于啟動(dòng)電路充放電，且所述按鍵式開(kāi)關(guān)安裝于標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上；一功率放大電路，連接于負(fù)載及電容充放電電路之間；以及一個(gè)接入功率放大電路的電阻，所述電阻根據(jù)應(yīng)用需要在500 Ω到20ΚΩ范圍內(nèi)取值，用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速率。進(jìn)一步地，前述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其中該負(fù)載一端接至延時(shí)開(kāi)關(guān)的功率放大電路，另一端接地或接高電平，或負(fù)載兩端分別連接至功率放大電路。進(jìn)一步地，前述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其中該功率放大電路為基于三極管或MOS 管的驅(qū)動(dòng)電路。進(jìn)一步地，前述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其中該按鍵式開(kāi)關(guān)與電容充放電電路間， 還串聯(lián)設(shè)有一個(gè)取值范圍100 Ω到漲0的限流保護(hù)電阻。直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)的技術(shù)應(yīng)用，其突出效果為1、該電路結(jié)構(gòu)最簡(jiǎn)化的直流延時(shí)開(kāi)關(guān)，采用電解電容的放電延時(shí)控制功率放大電路，其靜態(tài)功耗得以降至現(xiàn)有延時(shí)開(kāi)關(guān)的1 %，而成本僅為現(xiàn)有延時(shí)開(kāi)關(guān)的30 %，大大提升了直流延時(shí)開(kāi)關(guān)的節(jié)能性與性?xún)r(jià)比。2、通過(guò)形狀與標(biāo)準(zhǔn)墻面面板卡槽吻合的PCB直接固定在標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上，提高了產(chǎn)品的通用性，降低了成本。3、通過(guò)一個(gè)電阻實(shí)現(xiàn)關(guān)閉速率調(diào)整電路，調(diào)節(jié)關(guān)閉時(shí)亮度降低直至關(guān)閉過(guò)程所需的時(shí)間，進(jìn)一步降低了系統(tǒng)功耗。以下便結(jié)合實(shí)施例附圖，對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步的詳述，以使本發(fā)明技術(shù)方案更易于理解、掌握。


圖1是本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)的結(jié)構(gòu)外觀示意圖；圖2是本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)負(fù)載雙線連接模式的控制原理圖；圖3是圖2所示負(fù)載雙線連接的延時(shí)開(kāi)關(guān)電路實(shí)例一的電路結(jié)構(gòu)圖；圖4是圖2所示負(fù)載雙線連接的延時(shí)開(kāi)關(guān)電路實(shí)例二的電路結(jié)構(gòu)圖；圖5是本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)負(fù)載單線連接模式的控制原理圖；圖6是圖5所示負(fù)載單線連接的延時(shí)開(kāi)關(guān)電路實(shí)例三的電路結(jié)構(gòu)圖；圖7是圖5所示負(fù)載單線連接的延時(shí)開(kāi)關(guān)電路實(shí)例四的電路結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式隨著節(jié)能減排、環(huán)保的呼聲日漸高漲，降低電器設(shè)備運(yùn)行的能耗以及靜態(tài)時(shí)的功耗，是電氣應(yīng)用領(lǐng)域一個(gè)重要方向。從當(dāng)前技術(shù)現(xiàn)狀來(lái)看，本領(lǐng)域工作人員對(duì)電器設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)能耗降低所作出的努力已經(jīng)到達(dá)了極限，所取得的節(jié)能方面的成就已令人刮目，不是簡(jiǎn)單倍數(shù)數(shù)量級(jí)所能形容的。但是，成就面前也要清醒，絕大部分電氣產(chǎn)品、電器設(shè)備即使不在工作狀態(tài)，其還是會(huì)逐漸消耗一定的稱(chēng)之為靜態(tài)功耗的儲(chǔ)能。更有甚者，在許多低功耗系統(tǒng)中，這種靜態(tài)功耗相對(duì)于工作功耗來(lái)要大得多，由此使得低功耗系統(tǒng)名不副實(shí)。本發(fā)明正是針對(duì)這一不良現(xiàn)狀，經(jīng)多年苦心研究造成這種靜態(tài)功耗的原因，并提出了一種能有效降低靜態(tài)功耗的直流延時(shí)開(kāi)關(guān)。如圖1所示，是該直流延時(shí)開(kāi)關(guān)拆解后的結(jié)構(gòu)外觀示意圖，從圖中所示可以看到該延時(shí)開(kāi)關(guān)除卻電路外的硬件結(jié)構(gòu)主要由標(biāo)準(zhǔn)墻面面板以及裝設(shè)其中的PCB電路板3組成。其中該標(biāo)準(zhǔn)墻面面板分為安裝板2和上面板1 兩部分，該安裝板2主要用于該延時(shí)開(kāi)關(guān)整體裝接到墻面上，并提供開(kāi)關(guān)PCB電路板3固定的支架，分別設(shè)有用于螺接到墻體明盒或暗盒的螺接穿孔22及用于上面板1嵌接的卡扣孔 21 ；上面板1結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)練，只在其中心設(shè)有與安裝板2內(nèi)所接PCB電路板3上按鍵式開(kāi)關(guān) 31相對(duì)應(yīng)且具有一定彈性的鍵帽11，并且，該上面板背向鍵帽11觸摸面的一側(cè)設(shè)有與卡扣孔21相對(duì)應(yīng)的卡舌(未圖示)。上述直流延時(shí)開(kāi)關(guān)當(dāng)電路連接完畢可實(shí)現(xiàn)其功能時(shí)，其與墻體的組裝將變得十分容易。從電路結(jié)構(gòu)來(lái)看，本發(fā)明的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)可應(yīng)用于負(fù)載接線方式為雙線和單線的兩種模式，且同樣適用于控制輸出方式為三極管和MOS管的兩種驅(qū)動(dòng)方式。
分別來(lái)看，如圖2至圖4所示，是本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)負(fù)載雙線連接模式的控制原理圖及以三極管和MOS管兩種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。從原理圖可見(jiàn)該直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)連接于負(fù)載及電源之間。主要包括一個(gè)用于儲(chǔ)能并向負(fù)載延時(shí)供能關(guān)斷的電容充放電電路，其核心為電解電容；一個(gè)按鍵式開(kāi)關(guān)， 與該電容充放電電路構(gòu)成回路，用于啟動(dòng)電容充電，且該按鍵式開(kāi)關(guān)安裝于標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上；還包括一功率放大電路，連接于負(fù)載及電容充放電電路之間。當(dāng)用戶(hù)按下延時(shí)開(kāi)關(guān)后， 電容充電，電容正極電壓升高，持續(xù)向功率放大電路輸出電流、電壓驅(qū)動(dòng)其工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載開(kāi)始工作。而隨著按鍵釋放的彈性復(fù)位而使得回路關(guān)斷，電容開(kāi)始進(jìn)入放電階段，電容正極電壓逐步降低，此時(shí)驅(qū)動(dòng)負(fù)載繼續(xù)保持工作狀態(tài)，直至電容放電完畢。此處，一個(gè)接入功率放大電路阻值小于100KΩ的電阻，用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速率。此外，該按鍵式開(kāi)關(guān)及電容充放電電路構(gòu)成的回路中，還串聯(lián)設(shè)有一個(gè)阻值小于20ΚΩ的限流保護(hù)電阻，防止電容放電電流過(guò)大而影響電容壽命甚至擊穿的可能性。實(shí)施例一基于上述雙線連接模式的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，本實(shí)施例采用三極管作為控制輸出的驅(qū)動(dòng)方式，其電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中電解電容El與電阻R2構(gòu)成了電容充放電電路，其中還包括限流保護(hù)電阻El ；而在功率放大電路一側(cè)接設(shè)有用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)關(guān)閉速率的電阻R4，所用驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作的三極管Q1/Q2均為ΝΡΝ。該實(shí)施例中延時(shí)總時(shí)間的長(zhǎng)短由R2 · El的大小決定，R2 · El越大，延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。而延時(shí)關(guān)閉速率由R4的大小決定，R4的值越小，軟關(guān)閉時(shí)間就越短，反之越長(zhǎng)。因而，在電容、電阻等器件參數(shù)的選擇上具有較大的靈活性。本實(shí)施例中，電容El選用 25V/33 μ F的電解電容；電阻R2阻值為6 Ω，限流保護(hù)電阻的阻值為漲Ω，而電阻R4的阻值取用^(Ω。需要強(qiáng)調(diào)的是，以上元件參數(shù)僅作為實(shí)例提供，根據(jù)不同的應(yīng)用要求和效果， 參數(shù)取值將存在差異。實(shí)施例二本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)域?qū)嵤├幌嗤?，如圖4所示所不同的是，采用N溝道MOS 管作為控制輸出的驅(qū)動(dòng)，由于MOS管電壓驅(qū)動(dòng)的特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟關(guān)閉，省卻了用于調(diào)整軟關(guān)閉時(shí)間的電阻。同時(shí)增加了一個(gè)用于保護(hù)MOS管的二極管。再如圖5至圖7所示，是本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)負(fù)載單線連接模式的控制原理圖及以三極管和MOS管兩種驅(qū)動(dòng)方式實(shí)施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。從原理圖可見(jiàn)該直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)連接于負(fù)載及電源之間。主要包括一個(gè)用于儲(chǔ)能并向負(fù)載延時(shí)供能關(guān)斷的電容充放電電路，其核心為電解電容；一個(gè)按鍵式開(kāi)關(guān)， 與該電容充放電電路構(gòu)成回路，用于啟動(dòng)電容放電，且該按鍵式開(kāi)關(guān)安裝于標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上；還包括一功率放大電路，連接于負(fù)載及電容充放電電路之間。當(dāng)用戶(hù)按下延時(shí)開(kāi)關(guān)后， 電容放電，負(fù)極電壓升高，持續(xù)向功率放大電路輸出電流、電壓驅(qū)動(dòng)其工作，進(jìn)而驅(qū)動(dòng)負(fù)載開(kāi)始工作。而隨著彈性按鍵的釋放而使得回路關(guān)斷，電容負(fù)端電壓達(dá)到最高，而功率放大電路繼續(xù)工作，電流從電容負(fù)端流向功率放大電路，導(dǎo)致電容負(fù)端電壓下降，即等同于電容開(kāi)始充電，此過(guò)程不斷進(jìn)行，直至電容充電完畢，功率放大電路停止輸出，進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。此外，一個(gè)接入功率放大電路阻值小于100ΚΩ的電阻，用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速率。此外， 該按鍵式開(kāi)關(guān)及電容充放電電路構(gòu)成的回路中，還串聯(lián)設(shè)有一個(gè)阻值小于20ΚΩ的限流保護(hù)電阻，防止電容放電電流過(guò)大而影響電容壽命甚至擊穿的可能性。實(shí)施例三基于上述單線連接模式的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，本實(shí)施例采用三極管作為控制輸出的驅(qū)動(dòng)方式，其電路結(jié)構(gòu)如圖6所示。其中電解電容El與電阻R2構(gòu)成了電容充放電電路，該電路還包括限流保護(hù)電阻R1，而在功率放大電路一側(cè)接設(shè)有用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)關(guān)閉速率的電阻R4，所用三極管Q1/Q2均為NPN。該實(shí)施例中延時(shí)總時(shí)間的長(zhǎng)短由R2 · El的大小決定，R2 · El越大，延時(shí)時(shí)間越長(zhǎng)，反之越短。而延時(shí)關(guān)閉速率由R4的大小決定，R4的值越小，軟關(guān)閉時(shí)間就越短，反之越長(zhǎng)。相同于實(shí)施例一的具體示例，上述電容El選用25V/33y F的電解電容；電阻R2阻值為 120ΚΩ，限流保護(hù)電阻的阻值為1ΚΩ，而電阻R4的阻值取用20ΚΩ。再次強(qiáng)調(diào)的是，以上元件參數(shù)僅作為實(shí)例提供，根據(jù)不同的應(yīng)用要求和效果，參數(shù)取值將存在差異。實(shí)施例四本實(shí)施例的基本結(jié)構(gòu)與實(shí)施例三相同，如圖7所示所不同的是，采用N溝道MOS 管作為控制輸出的驅(qū)動(dòng)，由于MOS管電壓驅(qū)動(dòng)的特性，無(wú)法實(shí)現(xiàn)軟關(guān)閉，省卻了用于調(diào)整軟關(guān)閉時(shí)間的電阻。同時(shí)增加了一個(gè)用于保護(hù)MOS管的二極管從以上四個(gè)實(shí)施例可以看出，本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)的電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，因而能使延時(shí)開(kāi)關(guān)達(dá)到最低的靜態(tài)功耗(現(xiàn)有市售延時(shí)開(kāi)關(guān)的1%。)，同時(shí)提高了可靠性。而且，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化的同時(shí)，開(kāi)關(guān)體積的外觀微型化也是看得到的特征通過(guò)形狀與標(biāo)準(zhǔn)墻面面板卡槽吻合的PCB，直接固定在標(biāo)準(zhǔn)的面板上，提高了通用性并大大降低了成本，并大大縮小了開(kāi)關(guān)的體積，開(kāi)關(guān)的總的厚度略大于一個(gè)小的電解電容的直徑。除此之外，上述單線連接模式的延時(shí)開(kāi)關(guān)，其負(fù)載一端除按實(shí)施例三、四接地外， 還可將其連接至高電平。其工作原理與實(shí)現(xiàn)方法相同，故不予贅述。綜上可見(jiàn)本發(fā)明直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)的有益效果體現(xiàn)如下1、直接采用電解電容的充放電延時(shí)控制功率放大電路，從而延時(shí)關(guān)閉的時(shí)間，降低了消耗在復(fù)雜延時(shí)電路中的電能；2、采用三極管或MOS管器件直接控制輸出電壓，避免了采用繼電器控制方式消耗在繼電器中的電能；3、延時(shí)控制和輸出控制電路均可直接在較大的電壓范圍直接工作，不需要電源控制電路降低了成本，避免了分壓電路中電阻損失電能的情況。本發(fā)明具有成本低、靜態(tài)功耗極低、工作功耗低，開(kāi)關(guān)工作電壓范圍僅受限于元器件耐壓值，同時(shí)具有軟關(guān)閉的特點(diǎn)(關(guān)閉時(shí)亮度逐漸降低至關(guān)閉)。
權(quán)利要求
1.直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，連接于負(fù)載與電源之間，其特征在于所述延時(shí)開(kāi)關(guān)包括 電容充放電電路，用于儲(chǔ)能并控制負(fù)載延時(shí)工作時(shí)間；一按鍵式開(kāi)關(guān)，與所述電容充放電電路及電源構(gòu)成回路，用于啟動(dòng)電路充放電，且所述按鍵式開(kāi)關(guān)安裝于標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上；一功率放大電路，連接于負(fù)載及電容充放電電路之間；以及一個(gè)接入功率放大電路的電阻，用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其特征在于所述負(fù)載一端接地或接高電平，另一端連接至功率放大電路，或其兩極分別連接至功率放大電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其特征在于所述功率放大電路為基于三極管或MOS管的驅(qū)動(dòng)電路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，其特征在于所述按鍵式開(kāi)關(guān)與電容充放電電路間，還串聯(lián)設(shè)有一個(gè)限流保護(hù)電阻。
全文摘要
本發(fā)明揭示了一種直流低功耗延時(shí)開(kāi)關(guān)，連接于負(fù)載與電源高電平之間，特點(diǎn)在于該延時(shí)開(kāi)關(guān)包括電容充放電電路，用于儲(chǔ)能并向負(fù)載延時(shí)供能；一按鍵式開(kāi)關(guān)，與電容充放電電路及電源高電平構(gòu)成回路，用于啟動(dòng)電路充放電，且該按鍵式開(kāi)關(guān)安裝于標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上；一功率放大電路，連接于負(fù)載及電容充放電電路之間；以及一個(gè)接入功率放大電路的電阻，用于調(diào)整延時(shí)開(kāi)關(guān)的關(guān)閉速率。本發(fā)明直流延時(shí)開(kāi)關(guān)，采用電解電容的充放電延時(shí)控制功率放大電路，其靜態(tài)功耗得以降至現(xiàn)有延時(shí)開(kāi)關(guān)的1％，而成本僅為現(xiàn)有延時(shí)開(kāi)關(guān)的30％，大大提升了直流延時(shí)開(kāi)關(guān)的節(jié)能性與性?xún)r(jià)比。同時(shí)，通過(guò)形狀與標(biāo)準(zhǔn)墻面面板卡槽吻合的PCB直接固定在標(biāo)準(zhǔn)墻面面板上，提高了產(chǎn)品的通用性。
文檔編號(hào)H03K17/28GK102315843SQ201010221889
公開(kāi)日2012年1月11日 申請(qǐng)日期2010年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2010年7月6日
發(fā)明者瞿磊 申請(qǐng)人:蘇州蓋婭智能科技有限公司