多地聯合控制的單火線開關的制作方法
【專利摘要】一種多地聯合控制的單火線開關，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】
多地聯合控制的單火線開關
技術領域
[0001]本發明涉及一種電器設備的控制開關，尤其是一種多地聯合控制的單火線開關。 【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]為了解決現有多地聯合控制的單火線開關存在的問題，本發明提供了一種多地聯合控制的單火線開關，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]所述抗擾單元包括可控放電電路、可控充電電路、電容、施密特電路。
[0012]所述可控放電電路輸入為開關脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端;所述可控充電電路輸入為開關脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端;所述電容的一端連接至施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電源;所述施密特電路的輸出端為控制脈沖端。
[0013]所述可控放電電路包括快速放電二極管、充電電阻、快速放電三態門；所述快速放電二極管陰極連接至快速放電三態門輸出端，陽極為可控放電電路輸出端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述可控充電電路包括快速充電二極管、放電電阻、快速充電三態門；所述快速充電二極管陽極連接至快速充電三態門輸出端，陰極為可控充電電路輸出端； 所述放電電阻與快速充電二極管并聯。[0〇14]所述快速放電三態門輸入端為可控放電電路輸入端;所述快速充電三態門輸入端為可控充電電路輸入端;所述快速放電三態門由控制脈沖控制;所述快速充電三態門由控制脈沖控制。[〇〇15]所述快速放電三態門由控制脈沖控制以及快速充電三態門由控制脈沖控制的具體方法是，當施密特電路為同相施密特電路時，控制脈沖的低電平控制快速放電三態門為工作狀態、快速充電三態門為禁止狀態，控制脈沖的高電平控制快速放電三態門為禁止狀態、快速充電三態門為工作狀態；當施密特電路為反相施密特電路時，控制脈沖的高電平控制快速放電三態門為工作狀態、快速充電三態門為禁止狀態，控制脈沖的低電平控制快速放電三態門為禁止狀態、快速充電三態門為工作狀態。
[0016]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或者施密特電路的上限門檻電壓來進行控制，能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放電時間常數或者施密特電路的下限門檻電壓來進行控制。
[0017]所述充電時間常數為充電電阻與電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與電容的乘積。
[0018]所述快速放電三態門與快速充電三態門同為同相三態門，或者是，所述快速放電三態門與快速充電三態門同為反相三態門。
[0019]本發明的有益效果是:所述多地聯合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】
[0020]圖1是多地聯合控制的單火線開關實施例結構圖；
[0021]圖2是單火線單元實施例1電路；[〇〇22]圖3是單火線單元實施例2電路；[〇〇23]圖4是單火線單元實施例3電路；
[0024]圖5是單火線單元實施例4電路；[〇〇25]圖6是多地開關單元實施例電路；[〇〇26]圖7為抗擾單元實施例；
[0027]圖8為抗擾單元實施例的開關脈沖和控制脈沖波形。【具體實施方式】
[0028]以下結合附圖對本發明作進一步說明。
[0029]如圖1所示為多地聯合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。
[0030]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。
[0031]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。[〇〇32]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。[0〇33]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。[〇〇34] 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。
[0035]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。[〇〇36]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。[〇〇37]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+VCC1與負載功率有關，即功率越大輸出直流電壓+VCC1相應增大。
[0038]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U01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。
[0039]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G1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。
[0040]繼電器開關J54的兩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U01輸出端輸出的直流電壓+VCC1;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 G1與三極管V50基極。單火線通斷控制信號G1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1路開關為開態;單火線通斷控制信號G1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1路開關為關態。[〇〇411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。當繼電器開關J54閉合導通時，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+VCC1與負載功率有關，即功率越大輸出直流電壓+VCC1相應增大。[〇〇42]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。[〇〇43]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。
[0044]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AC1，輸出連接至單火線穩壓器U05的直流高壓輸入端 HDC〇[〇〇45]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V0UT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。
[0046]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G1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。[〇〇47]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G1為低電平時，雙向晶閘管V55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V55截止，第1路開關為關態。[〇〇48] 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。
[0049]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AC1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。
[0050]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AC1。單相橋式整流電路的整流輸出正端為全波整流端AD 1，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。 [〇〇511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AD1;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。[〇〇52]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。[〇〇53]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AD1;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。[〇〇54]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。
[0055]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。
[0056]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。[〇〇57]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。[〇〇58]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。
[0059]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。
[0060]抗擾單元的組成包括可控放電電路、可控充電電路、電容、施密特電路。[0061 ]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、快速放電三態門分別為二極管D11、電阻R11、三態門T11，組成了可控放電電路;快速充電二極管、放電電阻、快速充電三態門分別為二極管D12、電阻R12、三態門T12,組成了可控充電電路；電容為電容C11。施密特電路F11為同相施密特電路，因此，實施例中控制脈沖Ml與開關脈沖P1同相。電容Cl 1的一端接施密特電路的輸入端，S卩FI 1的輸入端A3，另外一端連接至公共地。 [〇〇62]圖7實施例中，施密特電路FI 1為同相施密特電路，控制脈沖Ml (圖7中A4點)直接連接至三態門T11、三態門T12的使能控制端，三態門T11、三態門T12分別為低電平、高電平使能有效。控制脈沖Ml的高、低電平分別控制三態門T12為工作狀態、為禁止狀態，控制脈沖Ml 的高、低電平分別控制三態門Tl 1為禁止狀態、為工作狀態。受到控制脈沖Ml的控制，三態門 T11與三態門T12中總是一個處于為工作狀態狀態，另外一個處于為禁止狀態狀態。當三態門Til、三態門T12同時采用低電平使能有效或者是高電平使能有效的器件時，其中一個的由控制脈沖Ml的反相信號控制。
[0063]圖8為抗擾單元實施例的開關脈沖和控制脈沖波形。圖8中，P1為開關脈沖，Ml為控制脈沖，當P1低電平為正常的負寬脈沖時，圖7中A3點電位與A1點低電平電位一致，Ml為低電平，三態門T11為工作狀態，其輸出的A1點電平與A0點一致;T12為禁止狀態，輸出為高阻態。正窄脈沖11的高電平通過充電電阻R11對電容C11充電，使A3點電位上升；由于窄脈沖11 的寬度小于時間T1，A3點電位在窄脈沖11結束時仍低于施密特電路F11的上限門檻電壓，因此，Ml維持為低電平，三態門T11維持為工作狀態;窄脈沖11結束時，A1點重新變為低電平且通過快速放電二極管D11使電容Cir決速放電，使A3點電位與A1點低電平電位一致，恢復至窄脈沖11來臨前的狀態，其抗干擾能力得到迅速恢復，當后面緊接有連續的正窄脈沖干擾信號時，同樣能夠過濾掉。正窄脈沖12、正窄脈沖13的寬度均小于時間T1，因此，當窄脈沖 12、窄脈沖13中的每一個結束時，Ml維持為低電平，A1點重新變為低電平且通過快速放電二極管D11使電容Cl 1快速放電，使A3點電位與A1點低電平電位一致。[〇〇64]脈沖14為正常的正寬脈沖，P1在上升沿20之后維持高電平時間達到T1時，A1點高電平的通過充電電阻R11對電容C11充電，使A3點電位上升達到施密特電路FI 1的上限門檻電壓，施密特電路F11輸出Ml在上升沿25處從低電平變為高電平，使三態門T11為禁止狀態、 T12為工作狀態，其輸出的A2點電平與A0點一致;A2點的高電平通過快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點電位與A2點高電平電位一致，Ml維持為高電平。[〇〇65]負窄脈沖15的低電平通過放電電阻R12對電容C11放電，使A3點電位下降；由于窄脈沖15的寬度小于時間T2，A3點電位在窄脈沖15結束時仍高于施密特電路F11的下限門檻電壓，因此，Ml維持為高電平，三態門T12維持為工作狀態;窄脈沖15結束時，A2點重新變為高電平且通過快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點電位與A2點高電平電位一致，恢復至窄脈沖15來臨前的狀態，其抗干擾能力得到迅速恢復，當后面緊接有連續的負窄脈沖干擾信號時，同樣能夠過濾掉。負窄脈沖16、負窄脈沖17、負窄脈沖18的寬度均小于時間T2,因此，當窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18中的每一個結束時，Ml維持為高電平，A2點重新變為高電平且通過快速充電二極管D12使電容C11快速充電，使A3點電位與A2點高電平電位一致。[〇〇66] P1在下降沿21之后維持低電平時間達到T2時，表示P1有一個正常的負寬脈沖，A2 點的低電平通過放電電阻R12對電容C11放電，使A3點電位下降達到施密特電路F11的下限門檻電壓，施密特電路F11的輸出Ml在下降沿26處從高電平變為低電平，使三態門T11為工作狀態、T12為禁止狀態;A1點的低電平通過快速放電二極管D11使電容C11快速放電，使A3 點電位與A1點低電平電位一致，Ml維持為低電平。P1的負寬脈沖19寬度大于T2,在負寬脈沖 19的上升沿22之后維持高電平時間達到T1時，Ml在上升沿27處從低電平變為高電平。
[0067] 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15、窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18都過濾掉，而正寬脈沖14、負寬脈沖19能夠通過，使Ml信號中出現相應的正寬脈沖23和負寬脈沖24。控制脈沖Ml與開關脈沖P1同相，而輸出的寬脈沖14上升沿比輸入的寬脈沖14上升沿滯后時間H，下降沿滯后時間T2。[〇〇68]窄脈沖11、窄脈沖12、窄脈沖13為正窄脈沖，其中窄脈沖11為干擾脈沖，窄脈沖12、 窄脈沖13為連續的開關觸點抖動脈沖。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、三態門T11輸出的高電平電位、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，三態門T11輸出的高電平電位和低電平電位為定值，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。
[0069]窄脈沖15、窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18為負窄脈沖，其中窄脈沖15為干擾脈沖， 窄脈沖16、窄脈沖17、窄脈沖18為連續的開關觸點抖動脈沖。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、三態門T12輸出的高電平電位、低電平電位和施密特電路F11的下限門檻電壓共同影響。通常情況下，三態門T12輸出的高電平電位和低電平電位為定值，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的下限門檻電壓來進行。圖7中，放電時間常數為放電電阻R12與電容C11的乘積。所述抗擾單元允許寬度大于大于T2的負脈沖信號通過。
[0070]圖7中，電容C11接公共地的一端也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。
[0071]圖7中，施密特電路F11也可以選擇反相施密特電路，此時控制脈沖Ml的高電平應該控制快速放電三態門為工作狀態、快速充電三態門為禁止狀態，控制脈沖的低電平控制快速放電三態門為禁止狀態、快速充電三態門為工作狀態。例如，當圖7中施密特電路F11選擇反相施密特電路，仍將控制脈沖Ml直接連接至三態門T11、三態門T12的使能控制端時，三態門T11應該相應地改為高電平使能有效，三態門T12相應地改為低電平使能有效。選擇反相施密特電路時電路的工作原理與圖7相同，只是此時控制脈沖與開關脈沖反相。[〇〇72]快速放電三態門與快速充電三態門還可以同時選擇具有反相功能的反相三態門。 當快速放電三態門與快速充電三態門同時選擇反相三態門時，相當于在開關脈沖端增加一個反相器，即先將開關脈沖反相后再進行抗窄脈沖干擾，工作原理與圖7相同。
[0073]所述施密特電路的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CD40106、 74HC14，或者是選擇具有高輸入阻抗特性的CMOS施密特與非門⑶4093、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，因此，調整能夠過濾的輸入的正窄脈沖寬度、負窄脈沖寬度需要通過改變充電時間常數、放電時間常數來進行。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。[〇〇75]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T1的正脈沖和寬度大于T2的負脈沖信號通過，因此，T1、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】
1.一種多地聯合控制的單火線開關，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所述的多地聯合控制的單火線開關，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所述的多地聯合控制的單火線開關，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所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于: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。5.根據權利要求1 一4中任一項所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于:所述 抗擾單元包括可控放電電路、可控充電電路、電容、施密特電路；所述可控放電電路輸入為開關脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端;所述可控充電電 路輸入為開關脈沖，輸出連接至施密特電路輸入端；所述電容的一端連接至施密特電路輸入端，另外一端連接至公共地或者是直流工作電 源；所述施密特電路的輸出端為控制脈沖端。6.根據權利要求5所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于:所述可控放電電路 包括快速放電二極管、充電電阻、快速放電三態門；所述快速放電二極管陰極連接至快速放 電三態門輸出端，陽極為可控放電電路輸出端;所述充電電阻與快速放電二極管并聯;所述 可控充電電路包括快速充電二極管、放電電阻、快速充電三態門；所述快速充電二極管陽極 連接至快速充電三態門輸出端，陰極為可控充電電路輸出端;所述放電電阻與快速充電二 極管并聯；所述快速放電三態門輸入端為可控放電電路輸入端;所述快速充電三態門輸入端為可 控充電電路輸入端;所述快速放電三態門由控制脈沖控制;所述快速充電三態門由控制脈 沖控制。7.根據權利要求6所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于:所述快速放電三態 門由控制脈沖控制以及快速充電三態門由控制脈沖控制的具體方法是，當施密特電路為同 相施密特電路時，控制脈沖的低電平控制快速放電三態門為工作狀態、快速充電三態門為 禁止狀態，控制脈沖的高電平控制快速放電三態門為禁止狀態、快速充電三態門為工作狀態；當施密特電路為反相施密特電路時，控制脈沖的高電平控制快速放電三態門為工作狀態、快速充電三態門為禁止狀態，控制脈沖的低電平控制快速放電三態門為禁止狀態、快速充電三態門為工作狀態。8.根據權利要求6所述的多地聯合控制的單火線開關，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或者施密特電路的上限門檻電壓來進行控制，能夠過濾的負窄脈沖寬度通過改變放電時間常數或者施密特電路的下限門檻電壓來進行控制。9.根據權利要求8所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于:所述充電時間常數為充電電阻與電容的乘積;所述放電時間常數為放電電阻與電容的乘積。10.根據權利要求7所述的多地聯合控制的單火線開關，其特征在于:所述快速放電三態門與快速充電三態門同為同相三態門，或者是，所述快速放電三態門與快速充電三態門同為反相三態門。
【文檔編號】H03K17/79GK106033958SQ201610421329
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2016年6月15日
【發明人】周維龍, 凌云, 曾紅兵
【申請人】湖南工業大學