專利名稱：直流低功耗延時開關的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種開關電路結構，尤其涉及一種極低功耗應用系統中，用于控 制延時為負載供能并關斷的直流低功耗延時開關。
背景技術：
節能減排和太陽能利用是當今世界發展的趨勢，在某些應用場合，通過使用延時 關斷開關，能夠有效避免電器在不需要長時間開啟的情況下，在指定的延時時間后自動斷 開電器的電源，減少電力的浪費。因此延時開關在很多領域都有著廣泛的應用。但是目前市場上的延時開關的靜態功耗普遍較高，直流延時開關的靜態功耗基本 在60mW以上，這樣1個延時開關每日的靜態功耗消耗將達到1. 5Wh。雖然這個功耗并不算 高，如果是使用市電供電，這個功耗可以忽略，但是對于一些特定的低功耗系統，由這個功 耗的損失將導致系統耗電量急劇增加，大大增加系統的投入和維護成本。例如，在太陽能 樓道燈的系統中，每個樓道燈每日的功耗在0. 3ffh左右，而普通延時開關每日1. 5ffh的功耗 大大高于樓道燈的功率消耗，從而使得系統的太陽能光伏模組和蓄電池容量要求擴容到6 倍，成本的提高，使得性價比顯著降低。同時，現有的延時開關需要通過改變線路或元器件以適應不同的工作電壓。有些 甚至采用分壓電路來提供控制電路的工作電壓，這也將導致很大部分電能被消耗在分壓電 阻上。現有的延時開關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。現有產品的上述問題，使得產品在控制低功耗的電器，特別是LED燈具的時候存 在大量的電能浪費。
實用新型內容鑒于上述現有技術存在的缺陷，本實用新型的目的是提出一種直流低功耗延時開 關，以求降低延時開關的靜態功耗，提高低功耗系統，尤其是太陽能利用光電系統的節能特 性。本實用新型的目的，將通過以下技術方案得以實現直流低功耗延時開關，連接于負載與電源之間，其特征在于所述延時開關包括 電容充放電電路，用于儲能并控制負載延時工作時間；一按鍵式開關，與所述電容充放電電 路及電源構成回路，用于啟動電路充放電，且所述按鍵式開關安裝于標準墻面面板上；一功 率放大電路，連接于負載及電容充放電電路之間；以及一個接入功率放大電路的電阻，所述 電阻根據應用需要在500 Ω到20ΚΩ范圍內取值，用于調整延時開關的關閉速率。進一步地，前述的直流低功耗延時開關，其中該負載一端接至延時開關的功率放 大電路，另一端接地或接高電平，或負載兩端分別連接至功率放大電路。進一步地，前述的直流低功耗延時開關，其中該功率放大電路為基于三極管或MOS 管的驅動電路。進一步地，前述的直流低功耗延時開關，其中該按鍵式開關與電容充放電電路間，還串聯設有一個取值范圍100 Ω到5ΚΩ的限流保護電阻。本實用新型直流低功耗延時開關的技術應用，其突出效果為1、該電路結構最簡化的直流延時開關，采用電解電容的放電延時控制功率放大電 路，其靜態功耗得以降至現有延時開關的1 %，而成本僅為現有延時開關的30 %，大大提升 了直流延時開關的節能性與性價比。2、通過形狀與標準墻面面板卡槽吻合的PCB直接固定在標準墻面面板上，提高了 產品的通用性，降低了成本。3、通過一個電阻實現關閉速率調整電路，調節關閉時亮度降低直至關閉過程所需 的時間，進一步降低了系統功耗。以下便結合實施例附圖，對本實用新型的具體實施方式
作進一步的詳述，以使本 實用新型技術方案更易于理解、掌握。
圖1是本實用新型直流低功耗延時開關的結構外觀示意圖；圖2是本實用新型直流低功耗延時開關負載雙線連接模式的控制原理圖；圖3是圖2所示負載雙線連接的延時開關電路實例一的電路結構圖；圖4是圖2所示負載雙線連接的延時開關電路實例二的電路結構圖；圖5是本實用新型直流低功耗延時開關負載單線連接模式的控制原理圖；圖6是圖5所示負載單線連接的延時開關電路實例三的電路結構圖；圖7是圖5所示負載單線連接的延時開關電路實例四的電路結構圖。
具體實施方式
隨著節能減排、環保的呼聲日漸高漲，降低電器設備運行的能耗以及靜態時的功 耗，是電氣應用領域一個重要方向。從當前技術現狀來看，本領域工作人員對電器設備運行 狀態能耗降低所作出的努力已經到達了極限，所取得的節能方面的成就已令人刮目，不是 簡單倍數數量級所能形容的。但是，成就面前也要清醒，絕大部分電氣產品、電器設備即使 不在工作狀態，其還是會逐漸消耗一定的稱之為靜態功耗的儲能。更有甚者，在許多低功耗 系統中，這種靜態功耗相對于工作功耗來要大得多，由此使得低功耗系統名不副實。本實用新型正是針對這一不良現狀，經多年苦心研究造成這種靜態功耗的原因， 并提出了一種能有效降低靜態功耗的直流延時開關。如圖1所示，是該直流延時開關拆解 后的結構外觀示意圖，從圖中所示可以看到該延時開關除卻電路外的硬件結構主要由標 準墻面面板以及裝設其中的PCB電路板3組成。其中該標準墻面面板分為安裝板2和上面 板1兩部分，該安裝板2主要用于該延時開關整體裝接到墻面上，并提供開關PCB電路板3 固定的支架，分別設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結構較為簡練，只在其中心設有與安裝板2內所接PCB電路板3上按鍵式 開關31相對應且具有一定彈性的鍵帽11，并且，該上面板背向鍵帽11觸摸面的一側設有與 卡扣孔21相對應的卡舌(未圖示)。上述直流延時開關當電路連接完畢可實現其功能時， 其與墻體的組裝將變得十分容易。從電路結構來看，本實用新型的直流低功耗延時開關可應用于負載接線方式為雙
4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管的兩種驅動方式。分別來看，如圖2至圖4所示，是本實用新型直流低功耗延時開關負載雙線連接模 式的控制原理圖及以三極管和MOS管兩種驅動方式實施例的電路結構示意圖。從原理圖可見該直流低功耗延時開關連接于負載及電源之間。主要包括一個 用于儲能并向負載延時供能關斷的電容充放電電路，其核心為電解電容；一個按鍵式開關， 與該電容充放電電路構成回路，用于啟動電容充電，且該按鍵式開關安裝于標準墻面面板 上；還包括一功率放大電路，連接于負載及電容充放電電路之間。當用戶按下延時開關后， 電容充電，電容正極電壓升高，持續向功率放大電路輸出電流、電壓驅動其工作，進而驅動 負載開始工作。而隨著按鍵釋放的彈性復位而使得回路關斷，電容開始進入放電階段，電容 正極電壓逐步降低，此時驅動負載繼續保持工作狀態，直至電容放電完畢。此處，一個接入 功率放大電路阻值小于100ΚΩ的電阻，用于調整延時開關的關閉速率。此外，該按鍵式開 關及電容充放電電路構成的回路中，還串聯設有一個阻值小于20ΚΩ的限流保護電阻，防 止電容放電電流過大而影響電容壽命甚至擊穿的可能性。實施例一基于上述雙線連接模式的直流低功耗延時開關，本實施例采用三極管作為控制輸 出的驅動方式，其電路結構如圖3所示。其中電解電容El與電阻R2構成了電容充放電電 路，其中還包括限流保護電阻El ；而在功率放大電路一側接設有用于調整延時開關關閉速 率的電阻R4，所用驅動負載工作的三極管Q1/Q2均為NPN。該實施例中延時總時間的長短由R2 · El的大小決定，R2 · El越大，延時時間越 長，反之越短。而延時關閉速率由R4的大小決定，R4的值越小，軟關閉時間就越短，反之越 長。因而，在電容、電阻等器件參數的選擇上具有較大的靈活性。本實施例中，電容El選用 25V/33 μ F的電解電容；電阻R2阻值為62Κ Ω，限流保護電阻的阻值為5Κ Ω，而電阻R4的阻 值取用5ΚΩ。需要強調的是，以上元件參數僅作為實例提供，根據不同的應用要求和效果， 參數取值將存在差異。實施例二本實施例的基本結構域實施例一相同，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動，由于MOS管電壓驅動的特性，無法實現軟關閉，省卻了用于調整軟 關閉時間的電阻。同時增加了一個用于保護MOS管的二極管。再如圖5至圖7所示，是本實用新型直流低功耗延時開關負載單線連接模式的控 制原理圖及以三極管和MOS管兩種驅動方式實施例的電路結構示意圖。從原理圖可見該直流低功耗延時開關連接于負載及電源之間。主要包括一個 用于儲能并向負載延時供能關斷的電容充放電電路，其核心為電解電容；一個按鍵式開關， 與該電容充放電電路構成回路，用于啟動電容放電，且該按鍵式開關安裝于標準墻面面板 上；還包括一功率放大電路，連接于負載及電容充放電電路之間。當用戶按下延時開關后， 電容放電，負極電壓升高，持續向功率放大電路輸出電流、電壓驅動其工作，進而驅動負載 開始工作。而隨著彈性按鍵的釋放而使得回路關斷，電容負端電壓達到最高，而功率放大電 路繼續工作，電流從電容負端流向功率放大電路，導致電容負端電壓下降，即等同于電容開 始充電，此過程不斷進行，直至電容充電完畢，功率放大電路停止輸出，進入截止狀態。此 外，一個接入功率放大電路阻值小于100ΚΩ的電阻，用于調整延時開關的關閉速率。此外，該按鍵式開關及電容充放電電路構成的回路中，還串聯設有一個阻值小于20ΚΩ的限流保 護電阻，防止電容放電電流過大而影響電容壽命甚至擊穿的可能性。實施例三基于上述單線連接模式的直流低功耗延時開關，本實施例采用三極管作為控制輸 出的驅動方式，其電路結構如圖6所示。其中電解電容El與電阻R2構成了電容充放電電 路，該電路還包括限流保護電阻R1，而在功率放大電路一側接設有用于調整延時開關關閉 速率的電阻R4，所用三極管Q1/Q2均為NPN。該實施例中延時總時間的長短由R2 · El的大小決定，R2 · El越大，延時時間越 長，反之越短。而延時關閉速率由R4的大小決定，R4的值越小，軟關閉時間就越短，反之越 長。相同于實施例一的具體示例，上述電容El選用25V/33y F的電解電容；電阻R2阻值為 120ΚΩ，限流保護電阻的阻值為1ΚΩ，而電阻R4的阻值取用20ΚΩ。再次強調的是，以上元 件參數僅作為實例提供，根據不同的應用要求和效果，參數取值將存在差異。實施例四本實施例的基本結構與實施例三相同，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動，由于MOS管電壓驅動的特性，無法實現軟關閉，省卻了用于調整軟 關閉時間的電阻。同時增加了一個用于保護MOS管的二極管從以上四個實施例可以看出，本實用新型直流低功耗延時開關的電路結構簡單， 因而能使延時開關達到最低的靜態功耗(現有市售延時開關的1%。)，同時提高了可靠性。 而且，電路結構簡化的同時，開關體積的外觀微型化也是看得到的特征通過形狀與標準墻 面面板卡槽吻合的PCB，直接固定在標準的面板上，提高了通用性并大大降低了成本，并大 大縮小了開關的體積，開關的總的厚度略大于一個小的電解電容的直徑。除此之外，上述單線連接模式的延時開關，其負載一端除按實施例三、四接地外， 還可將其連接至高電平。其工作原理與實現方法相同，故不予贅述。綜上可見本實用新型直流低功耗延時開關的有益效果體現如下1、直接采用電解電容的充放電延時控制功率放大電路，從而延時關閉的時間，降 低了消耗在復雜延時電路中的電能；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。本實用新型具有成本低、靜態功耗極低、工作功耗低，開關工作電壓范圍僅受限于 元器件耐壓值，同時具有軟關閉的特點(關閉時亮度逐漸降低至關閉)。
權利要求直流低功耗延時開關，連接于負載與電源之間，其特征在于所述延時開關包括電容充放電電路，用于儲能并控制負載延時工作時間；一按鍵式開關，與所述電容充放電電路及電源構成回路，用于啟動電路充放電，且所述按鍵式開關安裝于標準墻面面板上；一功率放大電路，連接于負載及電容充放電電路之間；以及一個接入功率放大電路的電阻，用于調整延時開關的關閉速率。
2.根據權利要求1所述的直流低功耗延時開關，其特征在于所述負載一端接地或接 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.根據權利要求1所述的直流低功耗延時開關，其特征在于所述功率放大電路為基 于三極管或MOS管的驅動電路。
4.根據權利要求1所述的直流低功耗延時開關，其特征在于所述按鍵式開關與電容 充放電電路間，還串聯設有一個限流保護電阻。
專利摘要本實用新型揭示了一種直流低功耗延時開關，連接于負載與電源高電平之間，特點在于該延時開關包括電容充放電電路，用于儲能并向負載延時供能；一按鍵式開關，與電容充放電電路及電源高電平構成回路，用于啟動電路充放電，且該按鍵式開關安裝于標準墻面面板上；一功率放大電路，連接于負載及電容充放電電路之間；以及一個接入功率放大電路的電阻，用于調整延時開關的關閉速率。本實用新型直流延時開關，采用電解電容的充放電延時控制功率放大電路，其靜態功耗得以降至現有延時開關的1％，而成本僅為現有延時開關的30％，大大提升了直流延時開關的節能性與性價比。同時，通過結合標準墻面面板，提高了產品的通用性。
文檔編號H03K17/28GK201726377SQ201020252858
公開日2011年1月26日 申請日期2010年7月6日 優先權日2010年7月6日
發明者瞿磊 申請人:蘇州蓋婭智能科技有限公司