CN201345759Y - 一种开关装置及路灯 - Google Patents
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Abstract
本实用新型适用于电子电路领域，提供了一种开关装置及路灯，所述开关装置包括：用于感应光照强弱的光敏元件；控制电路，与光敏元件连接，用于控制光敏元件两端的电压；比较电路，其第一输入端连接至所述控制电路与所述光敏元件连接的连接端，其第二输入端连接一基准电路，将第一输入端的电压与所述基准电路产生的基准电压进行比较，并根据比较结果输出一控制信号；以及继电器电路，连接至比较电路的输出端，根据所述控制信号控制路灯的开启和关闭。本实用新型提供的开关装置采用光敏元件根据外部光照的亮度来控制路灯的开启，实现了路灯的自动控制；节省了人力成本，方便人们的生活；且电路简单、成本低、可靠性高。
Description
技术领域
本实用新型属于电子电路领域，尤其涉及一种开关装置及路灯。
背景技术
进入二十一世纪，能源消耗日益成为整个人类社会关注的焦点；如何更有效地利用各种能源产生更多的照明，成为探索新照明技术的巨大动力。在这种能源控索中，太阳能LED照明技术应运而生，成为新能源发展中的生力军。太阳能LED照明与白炽灯照明相比，具有效能高、节能环保、响应时间等优点。
然而，现有技术中一般采用可调式开关来控制太阳能LED灯，而现有的可调式开关均是机械式的，机械式的可调开关容易老化、寿命短、且需要专人值守；这给使用带来了不方便，成本高。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种能够自动控制路灯的开关装置。
本实用新型是这样实现的，一种开关装置，包括：
用于感应光照强弱的光敏元件；
控制电路，与所述光敏元件连接，用于控制所述光敏元件两端的电压；
比较电路，其第一输入端连接至所述控制电路与所述光敏元件连接的连接端，其第二输入端连接一基准电路，将所述第一输入端的电压与所述基准电路产生的基准电压进行比较，并根据比较结果输出一控制信号；以及
继电器电路，连接至所述比较电路的输出端，根据所述控制信号控制路灯的开启和关闭。
本实用新型的另一目的在于提供一种采用上述开关装置的路灯。
本实用新型提供的开关装置采用光敏元件根据外部光照的亮度来控制路灯的开启，实现了路灯的自动控制；节省了人力成本，方便人们的生活；且电路简单、成本低、可靠性高。
附图说明
图1是本实用新型第一实施例提供的开关装置的模块结构图；
图2是本实用新型第一实施例提供的开关装置的电路图；
图3是本实用新型第二实施例提供的开关装置的模块结构图；
图4是本实用新型第二实施例提供的开关装置的电路图；
图5是本实用新型第二实施例提供的开关装置的工作流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
本实用新型实施例提供的开关装置采用光敏元件来实现路灯的自动控制。
本实用新型实施例提供的开关装置主要应用于路灯控制领域，根据外部光照强弱自动控制路灯的开启和关闭。图1示出了本实用新型第一实施例提供的开关装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
开关装置包括：光敏元件1、控制电路2、比较电路3、基准电路4以及继电器电路5，其中，光敏元件1具有感光特性，用于感应外部光照的强弱，控制电路2与光敏元件1连接，用于控制光敏元件1两端的电压；比较电路3的第一输入端连接至上述控制电路2与光敏元件1连接的连接端，比较电路3的第二输入端与基准电路4连接，比较电路3将第一输入端的电压与基准电路产生的基准电压进行比较，并根据比较结果输出控制信号；继电器电路5连接至比较电路3的输出端，根据控制信号控制路灯6的开启和关闭。
图2示出了本实用新型第一实施例提供的开关装置的电路图，作为本实用新型的一个实施例，光敏元件1可以为光敏三极管Q6；光敏三极管Q6的作用是感光，根据外部光的有无、强弱来决定光敏三极管Q6的导通与关闭及导通程度。
控制电路2进一步包括：依次连接至第二电源VCC2与地之间的可调电阻R5、第一电阻R14以及第一电容C10；第一电阻R14与第一电容C10的连接端S1与光敏元件1连接，连接端S1还与比较电路3的第一输入端连接。
当光敏三极管Q6感受到光照时，光敏三极管Q6的发射结处于正向偏置，集电结处于反向偏置，符合光敏三极管Q6的导通条件，光敏三极管Q6导通；通过调节可调电阻R5的滑片位置以改变接入电路R5的电阻值，从而改变光敏三极管Q6的集电极与发射极之间的电压，进而达到改变光敏三极管Q6的集电极的电压(即比较电路的第一输入端的电压)。而第一电容C10并联在光敏三极管Q6集电极与发射极之间，用于滤除干扰信号。
基准电路4进一步包括：依次连接至第二电源VCC2与地之间的第二电阻R7以及基准源U5，第二电阻R7与基准源U5的连接端S2与比较电路3的第二输入端连接。第二电阻R7起限流保护的作用，限制流过基准源U5的电流以达到保护基准源U5的目的；该基准电路4提供的基准电压连接至比较电路的第二输入端。
比较电路3进一步包括：比较器U9A以及第三电阻R12、第四电阻R13、第五电阻R11；比较器U9A的同相输入端+通过第三电阻R12与连接端S1连接；比较器U9A的反相输入端-通过第四电阻R13与连接端S2连接；第五电阻R11连接至第二电源VCC2与比较器3的输出端之间。其中，第三电阻R12与第四电阻R13起保护比较器U9A的作用，而第五电阻R11是使比较器U9A输出稳定的高(低)电平信号；比较器U9A通过比较光敏三极管Q6集电极电压与基准电压的大小，根据比较的结果输出稳定的高低电平信号以控制继电器电路5。
继电器电路5包括：继电器Relay2、二极管D4以及三极管Q3；其中，继电器Relay2进一步包括线圈，常闭端2，常开端3以及公共端4；当继电器线圈未通电时，常闭端2与公共端4连接，常开端3断开；一旦继电器线圈通电(即线圈中有电流回路)，常开端3会立即与公共端4连接，同时常闭端2断开。三极管Q3的基极连接至比较电路3的输出端，发射极接地，集电极通过继电器Relay2中的线圈的一端5连接，线圈的另一端1与第二电源VCC2连接，继电器Relay2的常开端3连接第一电源VCC1，继电器Relay2的公共端4连接路灯；二极管D4的阴极接第二电源VCC2，二极管D4的阳极连接至三极管Q3的集电极；二极管D4用于保护三极管Q3。作为本实用新型的一个实施例，三极管Q3为PNP型三极管。
当比较电路3输出高电平信号时，三极管Q3导通，继电器线圈通电，继电器常闭端2断开而常开端3吸合，开启路灯灯头，实现照明的目的；当比较电路3的输出端由高电平向低电平跳变时，三极管Q3由导通变为关闭，此时继电器的线圈两端产生反向感应电动势，但电流流向不变，二极管D4为其提供电流的吸收回路，用于保护三极管Q3。
作为本实用新型的一个实施例，继电器电路5通过输出接口电路与路灯灯头连接。
现结合图2详述开关装置的工作原理：当有太阳光照时，光敏三极管Q6导通，光敏三极管Q6的集电极被拉低，此时比较器U9A的反相输入端基准电压高，比较器U9A输出低电平信号，三极管Q3的基极为低电平，三极管Q3截止；相反地，当没有太阳光照时，光敏三极管Q6的集电结反向偏置，发射结反向偏置，光敏三极管Q6截止，这时控制电路2通过电阻R14、可调电阻R5将光敏三极管Q6上拉至电源VCC2，呈现高电压；比较器U9A输出高电平信号使三极管Q3导通，继电器Relay2的线圈通电，继电器常开端3与公共端4连接，开启路灯，实现自动控制路灯照明。
在本实用新型实施例中，第二电源VCC2以及第一电源VCC1可以为开关装置自带的电池，也可以为路灯中的电池；当路灯为太阳能LED路灯时，第二电源VCC2以及第一电源VCC1为二次电池，该二次电池可以由多节可二次充电的电池串联组成。下述内容均以太阳能LED路灯为例进行说明。图3示出了本实用新型第二实施例提供的开关装置的模块结构，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
开关装置包括：光敏元件1、控制电路2、比较电路3、基准电路4、继电器电路5，其中，光敏元件1具有感光特性，用于感应外部太阳光的强弱，控制电路2与光敏元件1连接，用于控制光敏元件1两端的电压；比较电路3的第一输入端连接至上述控制电路2与光敏元件1连接的连接端，比较电路3的第二输入端与基准电路4连接，比较电路3将第一输入端的电压与基准电路产生的基准电压进行比较，并根据比较结果输出一控制信号；继电器电路5连接至比较电路3的输出端，根据控制信号控制太阳能LED路灯61的开启和关闭。
在本实用新型实施例中，开关装置还包括：驱动电路7以及电源转换电路8，驱动电路7的输入端连接至路灯中的二次电池，驱动电路7的输出端与电源转换电路8的输入端连接，驱动电路7的输出端还与继电器电路5连接；电源转换电路8的输出端分别与控制电路2、基准电路4、比较电路3以及继电器电路5连接。
在本实用新型实施例中，驱动电路7包括：MOS管以及驱动控制单元；MOS管的漏极连接二次电池，MOS管的栅极连接至驱动控制单元的控制端，MOS管的源极与电源转换电路8的输入端连接，MOS管的源极还与继电器电路5连接；驱动控制单元的电源端连接至二次电池，接地端接地，输出端连接至MOS管的源极。作为本实用新型的一个实施例，MOS管为P-MOS管。
图4示出了本实用新型第二实施例提供的开关装置的电路图，为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，详述如下。
驱动电路7包括：P-MOS管Q4以及驱动控制单元U7；其中P-MOS管Q4的漏极连接二次电池，栅极连接至驱动控制单元U7的控制端3，源极作为驱动电路7的输出端与电源转换电路8的输入端连接，还与继电器电路5连接；所述驱动控制单元U7的电源端1与二次电池连接，接地端2接地，输出端4连接至P-MOS管Q4的源极。
在本实用新型实施例中，为了驱动马路两旁的太阳能LED路灯，开关装置包括两个并联连接的驱动电路；其中，两个相同的P-MOS管Q4、Q5的漏极分别由相同二次电池单独供电；两个相同的P-MOS管的栅极分别由相同的驱动控制单元U7、U8单独驱动，两个相同P-MOS管的源极并联输出至电源转换电路的输入端。作为本实用新型的一个实施例，P-MOS管Q4、Q5分别通过接口J4、J5与二次电池连接；当驱动电路7通过接口J4、J5接入一预先设定规格的二次电池后，P-MOS管的驱动控制单元U7、U8开始工作，同时P-MOS管Q4、Q5的漏极电压等于接入的二次电池的电压，P-MOS管Q4、Q5导通；因P-MOS管Q4、Q5工作在开关模式，同时P-MOSQ4、Q5导通时内阻很小，所以P-MOS管Q4、Q5上的压降小，消耗功率小，散热性能好。
电源转换电路8包括稳压器U2以及第一滤波电容C3、第二滤波电容C6；稳压器U2的输入端1连接至驱动电路7的输出端，稳压器U2的输出端2与控制电路2、基准电路4、比较电路3以及继电器电路5连接，给其供电；稳压器U2的接地端3接地；第一滤波电容C3连接至稳压器U2的输入端1与地之间；第二滤波电容C6连接至稳压器U2的输出端2与地之间。作为本实用新型的一个实施例，稳压器U2为低压差线性稳压器(Low Dropout Regulator，LDO)。
在本实用新型实施例中，电源转换电路8由P-MOS管的源极供电，采用两个相同的P-MOS管源极并联供电，这是电路设计中的冗余设计，为了确保LDO的输入电源稳定可靠；电源转换电路的输出电源为后级的控制电路2、基准电路4、比较电路3以及继电器电路5提供电源。
当光敏三极管Q6未感应到光照时，光敏三极管Q6呈关闭状态，光敏三极管Q6的集电极通过第一电阻R14、可调电阻R5上拉至高电平；此时，比较器U9A同相输入端电压大于反相输入端设定的基准电压，比较器U9A输出高电平，三极管Q3导通，继电器Relay2的线圈通电，继电器Relay2的常开端3与公共端4连接，路灯的灯头回路接通，路灯点亮实现照明的目的。同时，可通过调节可调电阻R5的电阻值来调节U9A同相输入端的电压，实现控制太阳能LED路灯在不同的亮暗环境下开启的目的。
当光敏三极管Q6感应到光照时，光敏三极管Q6呈导通状态，光敏三极管Q6集电极的电压被拉至地，此时比较器U9A同相输入端电压低于反相输入端设定的基准电压，比较器U9A输出低电平信号，三极管Q3不导通，继电器Relay2的线圈无电流回路，Relay2的常开端3与公共端4断开，太阳能LED路灯未接通。
为了更进一步的说明本实用新型，现结合图5所示的工作流程以及图4的电路详述本实用新型第二实施例提供的开关装置的工作原理。
在步骤S501中，判断接口J4、J5中是否有电池接入；若否，则整个系统停止运行；若是，则进入步骤S502；
在步骤S502中，P-MOS管Q4、Q5导通；
在步骤S503中，电源转换电路8输出设定的电压值；
在步骤S504中，判断光敏三极管Q6是否感应到光照；若是，则进入步骤S506；若否，则进入步骤S505；
在步骤S505中，当光敏三极管Q6没有感应到光照时，比较器U9A输出高电平；三极管Q3导通，继电器Relay2的线圈通电，继电器Relay2的常开端3与公共端4吸合；接通太阳能LED路灯，实现照明；
在步骤S506中，当光敏三极管Q6感应到光照时，比较器U9A输出低电平；三极管Q3截止，继电器Relay2的线圈不通电，继电器Relay2的常开端3与公共端4断开；系统停止运行。
在本实用新型实施例中，开关装置利用光敏三极管的感光特性，通过调节可调电阻R5的电阻值来调节光敏三极管Q6的集电极电压，从而控制比较器U9A的输出，进而达到控制继电器的目的；同时，利用二次电池供电，通过导通的P-MOS管以及继电器常开端3的吸合将二次电池电量输出，用于驱动太阳能LED路灯实现照明的功能。
本实用新型实施例提供的开关装置采用光敏元件根据外部光照的亮度来控制路灯的开启，实现了路灯的自动控制；节省了人力成本，方便人们的生活；且电路简单、成本低、可靠性高。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1、一种开关装置，其特征在于，所述开关装置包括：
用于感应光照强弱的光敏元件；
控制电路，与所述光敏元件连接，用于控制所述光敏元件两端的电压；
比较电路，其第一输入端连接至所述控制电路与所述光敏元件连接的连接端，其第二输入端连接一基准电路，将所述第一输入端的电压与所述基准电路产生的基准电压进行比较，并根据比较结果输出一控制信号；以及
继电器电路，连接至所述比较电路的输出端，根据所述控制信号控制路灯的开启和关闭。
2、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述光敏元件为光敏三极管。
3、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述控制电路进一步包括：
依次连接至第二电源与地之间的可调电阻、第一电阻以及第一电容；
所述第一电阻与所述第一电容的连接端与所述光敏元件连接，所述第一电阻与所述第一电容的连接端还与所述比较电路的第一输入端连接。
4、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述基准电路进一步包括：
依次连接至第二电源与地之间的第二电阻以及基准源，所述第二电阻与所述基准源连接的连接端与所述比较电路的第二输入端连接。
5、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述比较电路进一步包括：
比较器以及第三电阻、第四电阻、第五电阻；
所述比较器的同相输入端通过所述第三电阻连接至所述控制电路与所述光敏元件连接的连接端；所述比较器的反相输入端通过所述第四电阻与所述基准电路连接；所述第五电阻连接至所述第二电源与所述比较器的输出端之间。
6、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述继电器电路进一步包括：
继电器、二极管以及三极管；
所述三极管的基极连接至所述比较电路的输出端，所述三极管的发射极接地，所述三极管的集电极通过所述继电器的线圈与第二电源连接；
所述继电器的常开端连接第一电源，所述继电器的公共端连接路灯；
所述二极管的阴极接第二电源，所述二极管的阳极连接至所述三极管的集电极。
7、如权利要求1所述的开关装置，其特征在于，所述开关装置进一步包括：
驱动电路以及电源转换电路；
所述驱动电路的输入端连接二次电池，所述驱动电路的输出端与所述电源转换电路的输入端连接，所述驱动电路的输出端还与所述继电器电路连接；所述电源转换电路的输出端分别与所述控制电路、所述基准电路、所述比较电路以及所述继电器电路连接。
8、如权利要求7所述的开关装置，其特征在于，所述驱动电路进一步包括：
MOS管以及驱动控制单元；
所述MOS管的漏极连接二次电池，所述MOS管的栅极连接至所述驱动控制单元的控制端，所述MOS管的源极与所述电源转换电路的输入端连接，所述MOS管的源极还与所述继电器电路连接；
所述驱动控制单元的电源端连接至二次电池，接地端接地，输出端连接至所述MOS管的源极。
9、如权利要求7所述的开关装置，其特征在于，所述电源转换电路进一步包括：
稳压器，所述稳压器的输入端连接至所述驱动电路的输出端，所述稳压器的输出端分别与所述控制电路、所述基准电路、所述比较电路以及所述继电器电路连接，所述稳压器的接地端接地；
第一滤波电容，连接至所述稳压器的输入端与地之间；以及
第二滤波电容，连接至所述稳压器的输出端与地之间。
10、一种路灯，其特征在于，所述路灯包括权利要求1-9任一项所述的开关装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CX01 | Expiry of patent term |
Granted publication date: 20091111 |
|
| CX01 | Expiry of patent term |