多地控制的單火線開關的制作方法
【專利摘要】一種多地控制的單火線開關，包括單火線單元、保持單元、抗擾單元和多地開關單元，能實現在無限多地點控制照明燈或者其他電器設備。所述單火線開關允許寬度大于規定值的正常操作脈沖信號通過，自動過濾負寬脈沖期間的正窄脈沖和正寬脈沖期間的負窄脈沖，特別是能夠快速恢復過濾能力過濾連續的正窄脈沖或者負窄脈沖干擾信號，消除開關脈沖的上升沿抖動和下降沿抖動；需要過濾的正窄脈沖和負窄脈沖最大寬度能夠分別通過改變充電時間常數和放電時間常數進行調整。所述單火線開關可以作為普通開關的替代產品。
【專利說明】
多地控制的單火線開關
技術領域
[0001]本發明涉及一種電器設備的控制開關，尤其是一種多地控制的單火線開關。【背景技術】
[0002]當要求對燈或者其他電器進行多地控制時，目前常用的方法一是采用雙控開關和雙刀雙擲開關，現場接線復雜;二是采用智能開關，成本高，且智能開關內部的MCU容易受到各種干擾影響，開關易出現非受控的誤動作。
【發明內容】

[0003]為了解決現有多地控制的單火線開關存在的問題，本發明提供了一種多地控制的單火線開關，包括單火線單元、保持單元、抗擾單元和多地開關單元。
[0004]所述單火線單元包括單火線取電模塊和單火線通斷控制模塊，設置有單火線輸入端、單火線輸出端、單火線通斷控制信號輸入端和直流工作電源輸出端。
[0005]所述保持單元設置有單火線通斷控制信號輸出端和控制脈沖輸入端;所述單火線通斷控制信號輸出端連接至單火線通斷控制信號輸入端。
[0006]所述抗擾單元設置有控制脈沖輸出端和開關脈沖輸入端;所述控制脈沖輸出端連接至控制脈沖輸入端。
[0007]所述多地開關單元設置有開關脈沖輸出端，所述開關脈沖輸出端連接至開關脈沖輸入端。
[0008]所述單火線通斷控制模塊由可控交流開關電路組成;所述可控交流開關電路由單火線通斷控制信號輸入端輸入的單火線通斷控制信號控制。
[0009]所述單火線取電模塊具有單火線開態取電功能和關態取電功能，用于向單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元提供直流工作電源;所述直流工作電源的地端為單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元的公共地。
[0010]所述多地開關單元包括1個及1個以上并聯的自復位開關，輸出開關脈沖。
[0011]所述抗擾單元包括正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器。
[0012]所述正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸入信號為開關脈沖;所述數據選擇器為二選一數據選擇器;所述數據選擇器的二個數據輸入端分別連接至正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸出端;所述數據選擇器的數據輸出端為控制脈沖端;所述數據選擇器由控制脈沖進行數據選擇控制。[0013 ]所述正向抗干擾電路包括快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路;所述快速放電二極管陰極為正向抗干擾電路輸入端，陽極連接至正向抗干擾施密特電路輸入端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述正向抗干擾電容的一端連接至正向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電源。
[0014]所述反向抗干擾電路包括快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路;所述快速充電二極管陽極為反向抗干擾電路輸入端，陰極連接至反向抗干擾施密特電路輸入端;所述放電電阻與快速充電二極管并聯;所述反向抗干擾電容的一端連接至反向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電源。
[0015]所述正向抗干擾施密特電路輸出端為正向抗干擾電路輸出端，反向抗干擾施密特電路輸出端為反向抗干擾電路輸出端。
[0016]所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系;所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系。
[0017]所述數據選擇器由控制脈沖進行數據選擇控制的具體方法是，當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，控制脈沖的低電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端；當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，控制脈沖的低電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端。
[0018]所述抗擾單元能夠過濾的正窄脈沖寬度通過改變充電時間常數來進行控制，能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放電時間常數來進行控制。
[0019]所述充電時間常數為充電電阻與正向抗干擾電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與反向抗干擾電容的乘積。
[0020]本發明的有益效果是:所述多地控制的單火線開關能實現在無限多地點控制照明燈或者其他電器設備；允許寬度正常的自復位開關脈沖通過，能夠自動過濾負寬脈沖期間的正窄脈沖和正寬脈沖期間的負窄脈沖干擾，將他地控制時的因長線路產生的高頻干擾脈沖濾除；能夠快速恢復過濾能力過濾連續的正窄脈沖干擾信號和連續的負窄脈沖干擾信號，消除開關脈沖的上升沿抖動和下降沿抖動;可以替代普通開關。
【附圖說明】
[0021 ]圖1是多地控制的單火線開關實施例結構圖；
[0022]圖2是單火線單元實施例1電路；
[0023]圖3是單火線單元實施例2電路；
[0024]圖4是單火線單元實施例3電路；
[0025]圖5是單火線單元實施例4電路；
[0026]圖6是多地開關單元實施例電路；
[0027]圖7為抗擾單元實施例；
[0028]圖8為抗擾單元實施例的波形。
【具體實施方式】
[0029]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0030]如圖1所示為多地控制的單火線開關實施例結構圖，包括單火線單元10、保持單元20、抗擾單元30和多地開關單元40。
[0031]多地開關單元輸出的開關脈沖P1被送至抗擾單元，抗擾單元對開關脈沖P1進行抗干擾處理后，輸出的控制脈沖Ml被送至保持單元，保持單元對控制脈沖進行觸發及狀態保持處理后，輸出的單火線通斷控制信號G1被送至單火線單元。
[0032]所述單火線單元包括單火線取電模塊和單火線通斷控制模塊，設置有單火線輸入端AC、單火線輸出端AC1、單火線通斷控制信號輸入端G1和直流工作電源輸出端+VCC。單火線取電模塊具有單火線開態取電功能和關態取電功能，用于向單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元提供直流工作電源。直流工作電源的地端為單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元的公共地。[〇〇33]如圖2所示為單火線單元實施例1的電路。單火線取電模塊包括單火線穩壓器U01 及其外圍元件二極管D51、電容C01、電容C02、電感L01、電感L02，以及低壓差穩壓器U02及其外圍元件電容C03、電容C04。單火線單元實施例1中，單火線穩壓器U01的型號為MP-6V-02S， 低壓差穩壓器U02的型號為HT7350。[0〇34]單火線輸入端AC是單火線單元的模擬地AGND，連接至單火線穩壓器U01的交流電壓公共端COM;電容C01的兩端分別連接至單火線穩壓器U01的濾波電容輸入端FIL和交流電壓公共端COM;單火線穩壓器U01的直流輸出電壓地GND端為單火線單元的公共地，電感L02 的兩端分別連接至單火線單元的公共地和模擬地;二極管D51、電感L01和電容C02組成半波整流濾波電路，半波整流濾波電路的輸入由二極管D51連接至單火線輸出端AC1，輸出連接至單火線穩壓器U01的直流高壓輸入端HDC。單火線穩壓器U01還設有直流電壓輸出端VCC、 交流電壓端AC。[〇〇35] 低壓差穩壓器U02的輸入端VIN連接至單火線穩壓器U01的直流電壓輸出端VCC， U01的直流電壓輸出端輸出直流電壓+VCC1;低壓差穩壓器U02輸出端V0UT輸出+5V的直流工作電源+VCC;單火線穩壓器U01的地端GND連接至單火線單元的公共地;電容C03、電容C04分別為低壓差穩壓器U02的輸入電壓、輸出電壓濾波電容。
[0036]單火線單元實施例1的單火線通斷控制模塊為雙向晶閘管開關電路，由單火線通斷控制信號G1控制通斷，包括雙向晶閘管V51、可控硅輸出光耦U51、電阻R51、電阻R52、電阻 R53。可控硅輸出光耦U51為移相型，單火線單元實施例1中，型號為M0C3053。[〇〇37]雙向晶閘管V51的兩個陽極端分別連接至單火線輸出端AC1和單火線穩壓器U01的交流電壓端AC;電阻R51并聯在雙向晶閘管V51的兩個陽極端;可控硅輸出光耦U51的輸出可控硅與電阻R52串聯，其串聯支路連接至雙向晶閘管V51的第一陽極和控制極;可控硅輸出光耦U51的輸入發光二極管與電阻R53串聯，其串聯支路一端連接至直流工作電源+VCC，另外一端為單火線通斷控制信號輸入端G1。單火線通斷控制信號G1為低電平時，雙向晶閘管 V51導通，第1路開關為開態;單火線通斷控制信號G1為高電平時，雙向晶閘管V51截止，第1 路開關為關態。[〇〇38]圖2中，當雙向晶閘管V51截止時，經二極管D51半波整流和電感L01、電容C02濾波后，得到300V以上的直流電壓送至單火線穩壓器U01的直流高壓輸入端HDC，單火線穩壓器 U01經DC/DC后輸出直流電壓+VCC1，實現關態取電。當雙向晶閘管V51導通時，負載電流經由單火線穩壓器U01的交流電壓端AC和交流電壓公共端COM導通，單火線穩壓器U01通過負載電流進行取電，實現開態取電，電容C01為開態取電濾波電容。單火線穩壓器U01開態取電輸出的直流電壓+VCCl與負載功率有關，即功率越大輸出直流電壓+VCCl相應增大。
[0039]如圖3所示為單火線單元實施例2的電路。單火線單元實施例2的單火線取電模塊結構與工作原理與單火線單元實施例1完全一樣，包括單火線穩壓器UOl及其外圍元件二極管D51、二極管D61、二極管D71、電容CO 1、電容C02、電感LO1、電感L02，以及低壓差穩壓器U02及其外圍元件電容C03、電容C04。
[0040]單火線單元實施例2的單火線通斷控制模塊為繼電器開關電路，由單火線通斷控制信號Gl控制通斷，包括繼電器開關J54、繼電器線圈J50、三極管V50、二極管D50、電阻R50、電阻R54。
[0041]繼電器開關J54的兩端分別連接至單火線輸出端ACl和單火線穩壓器UOl的交流電壓端AC;電阻R54并聯在繼電器開關J54的兩端;繼電器線圈J50為三極管V50的集電極負載，繼電器線圈J50的供電電源為UOl輸出端輸出的直流電壓+VCCl;二極管D50為繼電器線圈J50的續流二極管；電阻R50為三極管V50基極的限流電阻，連接單火線通斷控制信號輸入端Gl與三極管V50基極。單火線通斷控制信號Gl為高電平時，三極管V50導通，繼電器線圈J50得電，繼電器開關J54閉合，第I路開關為開態;單火線通斷控制信號Gl為低電平時，三極管V50截止，繼電器線圈J50失電，繼電器開關J54斷開，第I路開關為關態。
[0042]圖3中，當繼電器開關J54斷開時，經二極管D51半波整流和電感LOl、電容C02濾波后，得到300V以上的直流電壓送至單火線穩壓器UOl的直流高壓輸入端HDC，單火線穩壓器UOl經DC/DC后輸出直流電壓+VCCl，實現關態取電。當繼電器開關J54閉合導通時，負載電流經由單火線穩壓器UOl的交流電壓端AC和交流電壓公共端COM導通，單火線穩壓器UOl通過負載電流進行取電，實現開態取電，電容COl為開態取電濾波電容。單火線穩壓器UOl開態取電輸出的直流電壓+VCCl與負載功率有關，即功率越大輸出直流電壓+VCCl相應增大。
[0043]如圖4所示為單火線單元實施例3的電路。單火線取電模塊包括單火線穩壓器U05及其外圍元件電容C05、電容C06、電感L05、二極管D55、整流橋U56，以及低壓差穩壓器U06及其外圍元件電容C07、電容C08。單火線單元實施例2中，單火線穩壓器U05的型號為BSW-6V-03S，低壓差穩壓器U06的型號為HT7350。
[0044]單火線穩壓器U05設置有直流高壓輸入端HDC、直流輸出電壓地端GND、直流電壓輸出端VCC、開態輸入直流電壓端ACC，其直流輸出電壓地GND為單火線單元的公共地。
[0045]二極管D55、電感L05和電容C05組成半波整流濾波電路，半波整流濾波電路的輸入由二極管D55連接至單火線輸出端ACl，輸出連接至單火線穩壓器U05的直流高壓輸入端HDC0
[0046]低壓差穩壓器U06的輸入端VIN連接至單火線穩壓器U05的直流電壓輸出端VCC，U05的直流電壓輸出端輸出直流電壓+VCC2;低壓差穩壓器U06輸出端VOUT輸出+5V的直流工作電源+VCC;電容C07、電容C08分別為低壓差穩壓器U06的輸入電壓、輸出電壓濾波電容。
[0047]單火線單元實施例3的單火線通斷控制模塊為雙向晶閘管開關電路，由單火線通斷控制信號Gl控制通斷，包括雙向晶閘管V55、可控硅輸出光耦U55、電阻R55、電阻R56、電阻R57、穩壓管D56、穩壓管D57。可控硅輸出光耦U55為移相型，單火線單元實施例2中，U55的型號為 M0C3023。
[0048]雙向晶閘管V55的第一陽極連接至單火線輸出端AC1、第二陽極連接至單火線輸入端AC;電阻R55并聯在雙向晶閘管V55的兩個陽極端;穩壓管D56與穩壓管D57反向串聯后，一端連接至可控娃輸出光親U55的輸出可控娃的一端和整流橋U56的一個交流輸入端，另外一端連接至雙向晶閘管V55的控制極;可控硅輸出光耦U55的輸出可控硅的另外一端連接至雙向晶閘管V55的第一陽極;整流橋U56的另外一個交流輸入端連接至單火線輸入端AC;電阻R56并聯在雙向晶閘管V55的控制極和第二陽極;可控硅輸出光耦U55的輸入發光二極管與電阻R57串聯，其串聯支路一端連接至直流工作電源+VCC，另外一端為單火線通斷控制信號輸入端G1。單火線通斷控制信號Gl為低電平時，雙向晶閘管V55導通，第I路開關為開態;單火線通斷控制信號Gl為高電平時，雙向晶閘管V55截止，第I路開關為關態。
[0049]圖4中，當雙向晶閘管V55截止時，經二極管D55半波整流和電感L05、電容C05濾波后，得到300V以上的直流電壓送至單火線穩壓器U05的直流高壓輸入端HDC，單火線穩壓器U05經DC/DC后輸出直流電壓+VCC2，實現關態取電。
[0050]圖4中，當開關為開態時，可控硅輸出光耦U55的輸出可控硅導通，由于其觸發通道有2個反向串聯的穩壓管D56、穩壓管D57，在交流電壓過零但小于穩壓管D56、穩壓管D57的導通閾值電壓時，穩壓管D56、穩壓管D57截止，雙向晶閘管V55截止;整流橋U56的2個交流輸入端經由U55的輸出可控硅連接至單火線輸出端ACl和單火線輸入端AC;整流橋U56的整流輸出負端連接至公共地，正端連接至單火線穩壓器U05的開態輸入直流電壓端ACC，實現開態取電；電容C06為整流橋U56的整流輸出濾波電容。當交流電壓過零后電壓達到穩壓管D56、穩壓管D57的導通閾值電壓時，穩壓管D56、穩壓管D57導通，控制雙向晶閘管V55導通向負載供電。因此，圖4所示的單火線單元實施例3在開態向負載供電時，負載是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才導通的交流電壓。
[0051 ]如圖5所示為單火線單元實施例4的電路。單火線通斷控制模塊為單向晶閘管交流開關電路，由二極管D85、二極管D86、二極管D87、二極管D88、單向晶閘管V85組成。二極管D85、二極管D86、二極管D87、二極管D88組成單相橋式整流電路，其2個交流輸入端分別為單火線輸入端AC、單火線輸出端ACl。單相橋式整流電路的整流輸出正端為全波整流端ADI，整流輸出負端為公共地GND。單向晶閘管V85的陽極、陰極分別連接至全波整流端AD1、公共地。
[0052]單火線取電模塊為DC/DC穩壓電路。圖5實施例中，單火線取電模由DC/DC穩壓器U85、三端穩壓器U86、電阻R85、二極管D89、電容C85、電容C86、電容C87、電容C88組成，DC/DC穩壓器U85的型號是DY10、三端穩壓器U86的型號是HT7250。電容C85、電阻R85、電容C86組成濾波電路;濾波電路的輸入連接至二極管D89陰極、輸出連接至DC/DC穩壓器U85輸入端；二極管D89陽極連接至全波整流端ADl;三端穩壓器U86輸入端連接至DC/DC穩壓器U85輸出端，DC/DC穩壓器U85輸出端輸出的是直流電壓+VCC3;三端穩壓器U86輸出端為直流工作電源+VCC;電容C87為DC/DC穩壓器U85的輸出濾波電容，電容C88為三端穩壓器U86的輸出濾波電容。
[0053]HT7250輸出+5V電壓。如果DC/DC穩壓器U85的輸出電壓滿足的直流工作電源的供電要求，三端穩壓器U86可以省略。DC/DC穩壓器U85還可以選擇其他具有寬范圍的電壓輸入特性的DC/DC穩壓器。
[0054]圖5實施例中，單向晶閘管V85的觸發控制電路由三極管V86、穩壓管V87、電阻R86、電阻R87、電阻R88、電阻R89組成;三極管V86集電極串聯電阻R86后連接至穩壓管V87陽極，穩壓管V87陰極連接至全波整流端ADl;三極管V86發射極經電阻R87連接至公共地;三極管V86基極分別連接至電阻R88、電阻R89的一端；電阻R88的另外一端連接至公共地;三極管V86發射極為觸發信號輸出端，連接至單向晶閘管V85控制極；電阻R89的另外一端為單火線通斷控制信號G1輸入端。[〇〇55]當單火線通斷控制信號G1為低電平時，三極管V86截止，單向晶閘管V85截止，全波整流端AD 1得到的是2 20V交流整流后的全波電壓，經電容C85、電阻R85、電容C86后，DC/DC穩壓器U85輸入端得到超過300V的直流電壓，單火線取電模塊實現了關態取電。[〇〇56]交流電源過零時，單向晶閘管V85關斷。當單火線通斷控制信號G1為高電平時，因三極管V85集電極經由穩壓管V87連接至全波整流端AD1，只有當全波整流端AD1的電壓大于穩壓管V87的穩壓值，三極管V85才導通，單向晶閘管V85才能被觸發導通。全波整流端AD1的電壓波形為窄電壓脈沖，其脈沖幅度由穩壓管V87的穩壓值決定，其作用是為單火線取電模塊提供開態供電電壓。單火線單元實施例4在開態向負載供電時，負載是得到的不是完整的正弦波，而是有一定移相角才導通的交流電壓。
[0057]單火線單元實施例1的單火線通斷控制模塊為雙向晶閘管開關電路;單火線單元實施例2的單火線通斷控制模塊為繼電器開關電路;單火線單元實施例3的單火線通斷控制模塊為雙向晶閘管開關電路;單火線單元實施例4的單火線通斷控制模塊為單向晶閘管交流開關電路。所述雙向晶閘管開關電路、繼電器開關電路、單向晶閘管交流開關電路均為單火線通斷控制模塊中的可控交流開關電路。[〇〇58]如果負載為非電感性負載，前面所述的可控硅輸出光耦還可以選擇過零觸發型器件。[〇〇59]如圖6所示為有3個自復位開關的多地開關單元實施例電路，包括自復位開關S91、 自復位開關S92、自復位開關S93、電阻R91、驅動器F91。3個自復位開關S91、自復位開關S92、 自復位開關S93為并聯關系，電阻R91為上拉電阻，自復位開關S91、自復位開關S92、自復位開關S93、電阻R91組成線與邏輯。由于自復位開關按下時輸出低電平，或者是操作一次輸出負開關脈沖，所以，3個自復位開關的操作與輸出負開關脈沖之間為或邏輯關系。驅動器F91 用于提高開關脈沖P1的驅動能力。圖6中的自復位開關S91、電阻R91、驅動器F91與單火線單元、保持單元、抗擾單元的電路安裝在一起，作為本地控制開關對負載進行控制。自復位開關S92、自復位開關S93分別安裝在另外兩個地方，作為多地控制中的他地控制開關;他地控制開關中的自復位開關都通過連接線并聯在本地控制開關的自復位開關上。當有n個自復位開關時，其中的1個作為本地控制開關，與上拉電阻(電阻R91 )、驅動器(驅動器F91 )、單火線單元、保持單元、抗擾單元的電路安裝在一起，作為本地控制開關對負載進行控制；其他 n— 1個自復位開關作為他地控制開關，全部都通過連接線并聯在本地控制開關中的自復位開關上。自復位開關包括自復位按鈕開關、自復位翹板開關等。
[0060]保持單元為T'觸發器，f觸發器可以使用D觸發器、JK觸發器構成，或者是用二進制計數器等來實現。f觸發器的輸入輸出為控制脈沖Ml和單火線通斷控制信號G1。
[0061]抗擾單元包括正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器。
[0062]如圖7所示為抗擾單元實施例。實施例中，快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路分別為二極管D11、電阻R11、電容Cl 1、施密特電路FI 1，組成了正向抗干擾電路;快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路分別為二極管D21、電阻R21、電容C21、施密特電路F21，組成了反向抗干擾電路。電容Cl 1的一端接施密特電路F11的輸入端，另外一端連接至公共地;電容C21的一端接施密特電路F21的輸入端，另外一端連接至公共地。Pl為開關脈沖端，Ml為控制脈沖端。
[0063]圖7實施例中，數據選擇器Tll為二選一數據選擇器，二個數據輸入信號與輸出信號之間都是同相關系，施密特電路F11、施密特電路F21均為同相施密特電路，因此，數據選擇器Tll輸出與正向抗干擾電路輸入之間為同相關系，數據選擇器Tll輸出與反向抗干擾電路輸入之間也為同相關系。數據選擇器Tll的功能為:當選擇控制端A = O時，輸出Y = Dl;當選擇控制端A= I時，輸出Y = D2。數據選擇器Tl I的輸出端Y(即脈沖輸出端Ml)直接連接至數據選擇器Tll的選擇控制端Α，控制脈沖Ml為低電平時，控制數據選擇器Tll選擇施密特電路Fll的輸出信號A3送到數據選擇器的輸出端Y;控制脈沖Ml為高電平時，控制數據選擇器Tll選擇施密特電路F21的輸出信號Α4送到數據選擇器的輸出端Y。
[0064]圖8為抗擾單元實施例的波形，包括開關脈沖Pl和施密特電路FlI輸出A3、施密特電路F21輸出Α4、控制脈沖Ml的波形。圖7中，二極管Dl 1、電阻Rl 1、電容Cl I構成不對稱充放電電路，施密特電路Fl I為同相施密特電路，當開關脈沖Pl長時間維持為低電平時，施密特電路Fll的輸出A3為低電平；當開關脈沖Pl長時間維持為高電平時，A3為高電平。Pl信號對電容Cl I放電快，當開關脈沖Pl從高電平變成低電平時，Al電位立即變成低電平電位，A3立即從高電平變成低電平。Pl信號對電容Cll充電慢，當開關脈沖Pl從低電平變成高電平時，Al電位由Pl高電平信號通過電阻Rll向電容Cll充電而上升，當充電時間達到Tl，A1電位上升達到并超過施密特電路Fll的上限門檻電壓時，A3從低電平變成高電平；當Pl的正脈沖寬度小于TI，充電時間小于TI，AI電位未達到施密特電路F11的上限門檻電壓時PI即變成低電平，Al電位立即變成低電平電位，A3維持低電平狀態。圖8中，Pl和A3的初始狀態為低電平。正窄脈沖11、正窄脈沖12、正窄脈沖13的寬度均小于Tl，A1電位無法經充電達到或超過施密特電路F11的上限門檻電壓，對A3狀態沒有影響;PI的正脈沖14的寬度大于TI，因此，在PI的正脈沖14的上升沿過時間TI后，A3從低電平變為高電平。PI的正脈沖14的下降沿使A3從高電平變為低電平，Pl的正脈沖15的寬度大于Tl，在正脈沖15上升沿過時間Tl后，A3從低電平變為高電平。Pl的正脈沖15的下降沿使A3從高電平變為低電平，Pl的正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18的寬度均小于Tl，因此，正脈沖16、正脈沖17、正脈沖18對A3沒有影響，A3維持低電平狀態。Pl的正脈沖19的寬度大于Tl，在正脈沖19上升沿過時間Tl后，A3從低電平變為高電平。
[0065]圖7中，二極管D21、電阻R21、電容C21同樣構成不對稱充放電電路，施密特電路F21為同相施密特電路，當開關脈沖PI長時間維持為低電平時，施密特電路F21的輸出A4為低電平；當開關脈沖Pl長時間維持為高電平時，A4為高電平。Pl信號對電容C21充電快，當開關脈沖Pl從低電平變成高電平時，A2電位立即變成高電平電位，A4立即從低電平變成高電平。Pl信號對電容C21放電慢，當開關脈沖Pl從高電平變成低電平時，A2電位由Pl低電平信號通過電阻R21向電容C21放電，當放電時間達到T2，A2電位下降到低于施密特電路F21的下限門檻電壓時，A4從高電平變成低電平；當Pl的負脈沖寬度小于T2，放電時間小于T2，A2電位未下降達到施密特電路F21的下限門檻電壓時，Pl即變成高電平，A2電位立即變成高電平電位，A4維持高電平狀態。圖8中，Pl和A4的初始狀態為低電平。Pl的正脈沖11的上升沿使A4從低電平變為高電平，Pl的負脈沖20的寬度大于T2，在負脈沖20下降沿過時間T2后，A4從高電平變為低電平。Pl的正脈沖12的上升沿使A4從低電平變為高電平，Pl的負脈沖20、負脈沖21的寬度均小于T2，因此，負脈沖20、負脈沖21對A4沒有影響，A4維持低電平狀態。負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26的寬度均小于T2，A2電位無法經放電達到或低于施密特電路 F21的下限門檻電壓，對A4狀態沒有影響;P1的負脈沖27的寬度大于T2，因此，在P1的負脈沖 27的下降沿過時間T2后，A4從高電平變為低電平。在P1的負脈沖27的上升沿，A4從低電平變為高電平。
[0066]施密特電路F11的輸出A3在開關脈沖P1為低電平時保持低電平，在開關脈沖P1由低電平變為高電平后過時間T1才變為高電平。施密特電路F21的輸出A4在開關脈沖P1為高電平時保持高電平，在開關脈沖P1由高電平變為低電平后過時間T2才變為低電平。或者說， 在A3為高電平時，A4必定為高電平;在A4為低電平時，A3必定為低電平。
[0067]圖8中，A3、A4的初始狀態均為低電平，數據選擇器T11的輸出Y為低電平，數據選擇器T11選擇A3作為輸出Y且在A3為低電平的期間維持。當A3在邊沿30從低電平變為高電平時，輸出Y變為高電平，數據選擇器T11選擇A4作為輸出Y，此時A4必定為高電平，維持輸出Y 的高電平狀態。當A4在邊沿31從高電平變為低電平時，輸出Y變為低電平，數據選擇器T11選擇A3作為輸出Y，此時A3必定為低電平，維持輸出Y的低電平狀態。當A3在邊沿32從低電平變為高電平時，輸出Y變為高電平，數據選擇器T11選擇A4作為輸出Y，此時A4必定為高電平，維持輸出Y的高電平狀態。[〇〇68] 抗擾單元將P1信號中的窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13、窄脈沖2 3、窄脈沖24、窄脈沖25、窄脈沖26都過濾掉，而正寬脈沖14(包括正脈沖14、正脈沖15、正脈沖16、正脈沖17和正脈沖18，負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為干擾脈沖)、負寬脈沖27能夠通過，使 Ml信號中出現相應的正寬脈沖28和負寬脈沖29。控制脈沖Ml與開關脈沖P1同相，而輸出的寬脈沖28上升沿比輸入的正寬脈沖14上升沿滯后時間T1，下降沿滯后時間T2。[〇〇69] 正脈沖11、正脈沖12、正脈沖13為正窄脈沖，其中正脈沖11為干擾脈沖，正脈沖12、 正脈沖13為連續的抖動脈沖。時間T1為抗擾單元能夠過濾的最大正窄脈沖寬度。T1受到充電時間常數、開關脈沖P1的高電平電位、低電平電位和施密特電路F11的上限門檻電壓共同影響。通常情況下，開關脈沖P1的高電平電位、低電平電位為定值，因此，調整T1的值可以通過改變充電時間常數或者施密特電路F11的上限門檻電壓來進行。圖7中，充電時間常數為充電電阻R11與電容C11的乘積。所述抗擾單元允許寬度大于T1的正脈沖信號通過。
[0070]負脈沖23、負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為負窄脈沖，其中負脈沖23為干擾脈沖， 負脈沖24、負脈沖25、負脈沖26為連續的抖動脈沖。時間T2為抗擾單元能夠過濾的最大負窄脈沖寬度。T2受到放電時間常數、開關脈沖P1的高電平電位、低電平電位和施密特電路F21 的下限門檻電壓共同影響。通常情況下，開關脈沖P1的高電平電位、低電平電位為定值，因此，調整T2的值可以通過改變放電時間常數或者施密特電路F21的下限門檻電壓來進行。圖 7中，放電時間常數為放電電阻R21與電容C21的乘積。所述抗擾單元允許寬度大于T2的負脈沖信號通過。
[0071]圖7中，電容C11接公共地的一端還可以改接在抗擾單元的供電電源端，即改接在直流工作電源+VCC;同樣地，電容C21接公共地的一端也可以單獨或者與電容C11 一起改接在直流工作電源+VCC。
[0072]圖7中，施密特電路F11、施密特電路F21還可以同時或者單獨選擇反相施密特電路，數據選擇器T11的輸入D1、D2與輸出Y之間還可以同時或者單獨為反相關系。當施密特電路F11、施密特電路F21同時或者單獨選擇反相施密特電路，數據選擇器T11的輸入D1、D2與輸出Y之間同時或者單獨為反相關系時，需要滿足下面的條件，即:當數據選擇器Tll輸出信號Y與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器T11輸出信號Y與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系;Y的低電平控制選擇施密特電路Fll的輸出送到數據選擇器T11的輸出端，Y的高電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數據選擇器T11的輸出端。當數據選擇器Tll輸出信號Y與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，數據選擇器Tll輸出信號Y與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系;Y的低電平控制選擇施密特電路F21的輸出送到數據選擇器Tll的輸出端，Y的高電平控制選擇施密特電路Fll的輸出送到數據選擇器Tl I的輸出端。
[0073]所述正向抗干擾施密特電路、反向抗干擾施密特電路均為施密特電路，輸入信號為電容上的電壓，因此，要求施密特電路具有高輸入阻抗特性。施密特電路可以選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特反相器⑶40106、74HC14，或者是選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特與非門CD4093、74HC24等器件。CMOS施密特反相器或者CMOS施密特與非門的上限門檻電壓、下限門檻電壓均為與器件相關的固定值。用施密特反相器或者施密特與非門構成同相施密特電路，需要在施密特反相器或者施密特與非門后面增加一級反相器。
[0074]施密特電路還可以選擇采用運算放大器來構成，采用運算放大器來構成施密特電路可以靈活地改變上限門檻電壓、下限門檻電壓。同樣地，采用運算放大器來構成施密特電路時，需要采用具有高輸入阻抗特性的結構與電路。
[0075]數據選擇器可以選擇74HC151、74HC152、74HC153、CD4512、CD4539等器件構成二選一數據選擇器，也可以用門電路構成二選一數據選擇器。
[0076]對自復位開關進行操作時，正常的觸點抖動時間低于20ms，而正常的開關脈沖寬度不小于100ms;兩次操作之間的間隔也不會小于100ms。他地控制開關中的自復位開關全部都通過長連接線連接至本地控制開關中，有可能產生高頻干擾脈沖。抗擾單元允許寬度大于Tl的正脈沖和寬度大于T2的負脈沖信號通過，因此，Tl、T2的取值范圍均為20ms至100ms，典型值均取50ms時，能夠有效地將開關觸點抖動干擾以及他地控制的線路高頻干擾脈沖濾除。
【主權項】
1.一種多地控制的單火線開關，其特征在于: 包括單火線單元、保持單元、抗擾單元和多地開關單元； 所述單火線單元包括單火線取電模塊和單火線通斷控制模塊，設置有單火線輸入端、單火線輸出端、單火線通斷控制信號輸入端和直流工作電源輸出端； 所述保持單元設置有單火線通斷控制信號輸出端和控制脈沖輸入端;所述單火線通斷控制信號輸出端連接至單火線通斷控制信號輸入端； 所述抗擾單元設置有控制脈沖輸出端和開關脈沖輸入端;所述控制脈沖輸出端連接至控制脈沖輸入端； 所述多地開關單元設置有開關脈沖輸出端，所述開關脈沖輸出端連接至開關脈沖輸入端。2.根據權利要求1所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述單火線通斷控制模塊由可控交流開關電路組成;所述可控交流開關電路由單火線通斷控制信號輸入端輸入的單火線通斷控制信號控制。3.根據權利要求1所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述單火線取電模塊具有單火線開態取電功能和關態取電功能，用于向單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元提供直流工作電源;所述直流工作電源的地端為單火線通斷控制模塊以及多地開關單元、保持單元、抗擾單元的公共地。4.根據權利要求1所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述多地開關單元包括I個及I個以上并聯的自復位開關，輸出開關脈沖。5.根據權利要求1一4中任一項所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述抗擾單元包括正向抗干擾電路、反向抗干擾電路、數據選擇器； 所述正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸入信號為開關脈沖； 所述數據選擇器為二選一數據選擇器;所述數據選擇器的二個數據輸入端分別連接至正向抗干擾電路和反向抗干擾電路的輸出端； 所述數據選擇器的數據輸出端為控制脈沖端;所述數據選擇器由控制脈沖進行數據選擇控制。6.根據權利要求5所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述正向抗干擾電路包括快速放電二極管、充電電阻、正向抗干擾電容、正向抗干擾施密特電路;所述快速放電二極管陰極為正向抗干擾電路輸入端，陽極連接至正向抗干擾施密特電路輸入端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述正向抗干擾電容的一端連接至正向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電源； 所述反向抗干擾電路包括快速充電二極管、放電電阻、反向抗干擾電容、反向抗干擾施密特電路;所述快速充電二極管陽極為反向抗干擾電路輸入端，陰極連接至反向抗干擾施密特電路輸入端;所述放電電阻與快速充電二極管并聯;所述反向抗干擾電容的一端連接至反向抗干擾施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電源； 所述正向抗干擾施密特電路輸出端為正向抗干擾電路輸出端，反向抗干擾施密特電路輸出端為反向抗干擾電路輸出端。7.根據權利要求5所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為同相關系;所述數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為 反相關系時，數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間也為反相關系。8.根據權利要求5所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述數據選擇器由控制 脈沖進行數據選擇控制的具體方法是，當數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號 之間為同相關系、數據選擇器輸出信號與反向抗干擾電路輸入信號之間為同相關系時，控 制脈沖的低電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出 端，高電平控制數據選擇器選擇反向抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端；當 數據選擇器輸出信號與正向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系、數據選擇器輸出信號與 反向抗干擾電路輸入信號之間為反相關系時，控制脈沖的低電平控制數據選擇器選擇反向 抗干擾電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端，高電平控制數據選擇器選擇正向抗干擾 電路的輸出信號送到數據選擇器的輸出端。9.根據權利要求6所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述抗擾單元能夠過濾 的正窄脈沖寬度通過改變充電時間常數來進行控制，能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放 電時間常數來進行控制。10.根據權利要求9所述的多地控制的單火線開關，其特征在于:所述充電時間常數為 充電電阻與正向抗干擾電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與反向抗干擾電容的乘積。
【文檔編號】H03K17/16GK106033957SQ201610421224
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】王兵, 凌云, 陳剛, 郭艷杰
【申請人】湖南工業大學