專利名稱：微控節(jié)電保護裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于用電保護設備技術領域，具體地說，是涉及一種用電設備 的微控節(jié)電保護裝置。
背景技術：
隨著社會的發(fā)展，人們生活水平的不斷提高，用于日常生活中的電器設備 與日俱增。目前，市場上出現(xiàn)的用電保護產(chǎn)品(如漏電開關、斷路保護器、節(jié) 電器等)的功能都比較單一，只能解決家用電器設備的某一類問題。由于地區(qū) 環(huán)境的差異，各地電網(wǎng)供電差異很大，家電設備本身的保護功能又非常有限， 因此，對出現(xiàn)的故障不能完全實現(xiàn)保護。實用新型內容本實用新型針對現(xiàn)有用電保護產(chǎn)品功能單一、不能對家電設備實現(xiàn)全面保 護的問題，提供了一種新型的微控節(jié)電保護裝置，不僅對家電設備實現(xiàn)了過壓 保護、漏電保護和過功率保護功能，而且在家電設備長時間處于待機狀態(tài)時還 可以實現(xiàn)節(jié)電控制，從而很好地解決了家電設備的安全用電問題。為解決上述技術問題，本實用新型釆用以下技術方案予以實現(xiàn)一種微控節(jié)電保護裝置，包括電源輸入端、直流供電電路、控制電路、過 壓檢測電路、漏電檢測電路、負載功率檢測電路和可控開關電路；其中，所述可控開關電路連接在供電回路中，接收所述控制電路輸出的開關控制 信號，進而控制所述供電回路通斷；所述控制電路的輸入端接收過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路輸出的檢測信號，進而確定其輸出端輸出的開關控制信號的狀態(tài)；所述直流供電電路的輸入端連接所述電源輸入端，將輸入電壓轉換為低壓 直流電為所述控制電路、過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路提 供工作電源。進一步的，在所述可控開關電路中包含有兩路開關子電路，即第一開關子電路和第二開關子電路；所述電源輸入端為交流電源輸入端，在與其連接的交 流火線上連接有第二開關子電路，零線上連接有第一開關子電路。所述開關子電路可以釆用多種結構形式實現(xiàn)，在本實用新型中，所述第一、第二開關子電路均采用一繼電器和一NPN型三才及管組成，所述繼電器的常開觸點串聯(lián)在所述的交流火線或者零線中，繼電器線圈的一端連接直流供電電3各的直流電壓輸出端，另一端連接所述NPN型三極管的集電極，所述NPN型三極管 的發(fā)射極接地，基極分別與所述控制電路的兩個開關控制信號輸出端——對應 連接。其中，在所述第一開關子電路的開關通^^兩端并聯(lián)有一手動啟動開關。所 述直流供電電路的輸入端一端通過所述手動啟動開關與第一開關子電路的開關 通路組成的并聯(lián)支路連接所述電源輸入端的零線端，另 一端連接所述電源輸入 端的火線端，在用戶觸發(fā)所述手動啟動開關后上電工作，為所述控制電路、過 壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路提供工作電源。再進一步的，在本實用新型的微控節(jié)電保護裝置中，過壓4企測電路、漏電 檢測電路和負載功率檢測電路可以采用以下結構形式實現(xiàn)在所述漏電檢測電路中包含有一漏電流檢測線圈，對所述供電回路中的電 流進行檢測，進而生成漏電信號輸出至一放大電路中；所述放大電路對漏電信 號進行放大處理后輸出至一比較電路的輸入端，進而與一基準電壓信號進行比 較后，輸出方波信號至所述控制電路的其中 一路輸入端。在所述過壓沖全測電路中包含有一整流電路和分壓網(wǎng)絡，所述整流電3各的輸 入端連接在交流火線上，輸出端通過所述分壓網(wǎng)絡連接到零線上，所述分壓網(wǎng)絡的中間節(jié)點連接所述控制電路的模數(shù)轉換輸入端。其中，所述分壓網(wǎng)絡可以 由相互連接的電位器和分壓電阻組成，通過改變電位器的阻值可以方便地調節(jié) 所述過壓檢測電路輸出電壓信號的大小。在所述負載功率檢測電路中包含有一釆樣電阻和兩路放大電路，所述采樣 電阻串聯(lián)在零線中，其采樣信號通過第一放大電路進行放大處理后一方面輸出 至所述控制電路的其中 一路輸入端，以實現(xiàn)控制電路對負載是否出現(xiàn)過功率故障進行檢測；另一方面連接第二放大電路的輸入端，所述第二放大電路的輸出端連接控制電路的另 一路輸入端，以實現(xiàn)控制電路對負載是否進入待機狀態(tài)進 行檢測。其中，在所述第一放大電路中包含有一運算放大器，其同相輸入端和反相 輸入端并聯(lián)在所述采樣電阻的兩端，輸出端一方面通過一 電阻連接其反相輸入端，另一方面連接所述控制電路的其中一路輸入端；其同相輸入端經(jīng)另一電阻 接地。與現(xiàn)有技術相比，本實用新型的優(yōu)點和積極效果是本實用新型的樣么控節(jié) 電保護裝置通過將過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路集于一身， 從而對家電設備起到了過壓保護、漏電保護和負載過功率保護等作用，有效確 保了家電設備的用電安全。與此同時，通過對負載功率進行實時檢測，在檢測 到負載功率低于某一設定值時，則認為負載此時進入待機狀態(tài)，進而自動切斷 供電電源，以實現(xiàn)負栽的零功耗待機，防范由于供電電壓不穩(wěn)導致的家用電器 損壞問題。


圖1為本實用新型所提出的微控節(jié)電保護裝置的原理框圖；圖2為供電回路的電i 各原理圖；圖3為漏電檢測電路的電路原理圖；圖4是過壓檢測電路的電路原理圖；圖5是負載功率檢測電路的電路原理圖。
具體實施方式

以下結合附圖對本實用新型的具體實施方式
作進一步詳細的說明。 本實用新型為了對家電設備實現(xiàn)全面保護，設計了一款集過壓保護、漏電 保護、負載過功率保護于一身的微控節(jié)電保護裝置，其電路原理框圖參見圖1所示。左側電源輸入端可以連接220V交流市電輸入，右側連接用電設備。系統(tǒng) 上電后，直流供電電路將交流電壓轉換成l氐壓直流電后，llT出直流電壓Vccl 和Vcc2給控制電路及過壓檢測電路、漏電檢測電路、負載功率檢測電路提供工 作電源?？刂齐娐飞想姾?，控制連接在供電回路中的可控開關電路導通，進而 實現(xiàn)向用電設備的交流供電。用電設備啟動后，過壓檢測電路開始檢測輸入的 交流電壓是否超過額定電壓設定值；漏電檢測電路檢測用電設備是否漏電超標、 接地線是否帶電；負載功率檢測電路對用電設備的功率進行檢測。當檢測到有 上述任一故障出現(xiàn)時，控制電贈4空制所述可控開關電路斷開，以切斷向用電設 備的交流供電，實現(xiàn)對用電設備的安全保護。所述微控節(jié)電保護裝置可以設計成獨立于用電設備之外的獨立設備，在使 用時，通過其電源輸入端連接外部交流市電，其電源輸出端插接需要進行保護 的用電設備的電源插頭，以實現(xiàn)對用電設備的過壓、漏電、過功率保護。當然， 所述的微控節(jié)電保護裝置也可以集成于用電設備中，具體可連接在用電設備的 交流供電輸入端與內部電源處理電蹤之間，本實用新型對此不進行具體限制。實施例一，圖2 圖5列舉了一種為實現(xiàn)所述微控節(jié)電保護裝置所采用的具 體電路結構，其中，圖2為供電回路的具體電路原理圖。圖2中，采用繼電器 和NPN型三極管構成兩路開關子電路，分別連接在供電回路的交流火線L上或 交流零線N上。具體來講，通過繼電器K1、 二纟及管Dl和NPN型三極管Nl構成 第一開關子電路，連接在交流零線N上。其中，繼電器K1的常開觸點串聯(lián)在交 流零線N中，其兩端與手動啟動開關Sl相并l關；繼電器K1線圏的一端連4妄直流供電電路的直流電壓輸出端Vccl，另一端連接NPN型三極管Nl的集電極， 所述NPN型三極管Nl的發(fā)射極接地，基極連接控制電路的其中一路開關控制信 號i^餘出端，即P1端口；所述二才及管D1并耳關在繼電器K1線圏的兩端。同理，繼 電器K2、 二極管D2和NPN型三極管N2構成第二開關子電路，連接在交流火線 L上。其中，NPN型三極管N2的基極連接控制電路的另外一路開關控制信號輸 出端，即P2端口，以實現(xiàn)對兩路開關子電路通斷時序的控制。為了實現(xiàn)在用戶按壓手動啟動開關Sl后，直流供電電路能夠及時上電工 作，以給控制電路提供直流工作電源，使其控制繼電器K1、 K2吸合，進而連通 交流供電回路，以實現(xiàn)用電設備的正常運行，在本實施例中，所述直流供電電 路的輸入端采用如圖2所示的連接結構。具體來講，所述直流供電電路的輸入 端一端連接保護裝置的電源輸入端的火線端L，另一端通過手動啟動開關Sl與 繼電器K1的常開觸點組成的并聯(lián)支路連接電源輸入端的零線端N,在用戶觸發(fā) 所述手動啟動開關S1后，直流供電電路得電工作，將交流電壓轉換為低壓直流 電后為所述控制電路、過壓檢測電路、漏電4企測電路和負載功率4全測電贈、提供 直流工作電源。所述直流供電電^各可以采用開關電源或者阻容減壓方式實現(xiàn)， 輸出直流電壓Vcc2為控制電路供電。控制電路上電工作后，控制繼電器K1、 K2同時吸合，給用電設備供電。在用電設備上電工作的同時，保護裝置開始檢 測，當檢測到輸入交流電壓超過設定值(290VAC)、用電設備漏電超標或者功率 超過額定值(1000W/2000W/3000W)時，控制電鴻、檢制繼電器K2立刻斷開(交 流電斷開)，切斷用電設備的供電，報警提示用戶，IO分鐘后斷開繼電器KI。 如果不存在以上三種情況，但是，用電設備的功率小于設定值(5W/10W/20W), 則控制電路認為此時用電設備處于待機狀態(tài)，進而在延遲1分鐘后斷開繼電器 K2,同時報警提示用戶，IO分鐘后斷開繼電器KI。此時，直流供電電路停止工 作，切斷控制電路的工作電源。當用電設備的功率在設定最小值(5W/10W/20W )和設定最大值 (1000W/2000W3000W)之間時，控制電3各控制繼電器Kl、 K2繼續(xù)吸合，癥合用電設備供電。用電設備正常工作后，系統(tǒng)仍在不斷檢測輸入電壓、用電設備是否 漏電超標和用電設備的功率，當用電設備出現(xiàn)漏電超標、過功率或者輸入電壓超過設定值(290VAC)時，控制電路控制繼電器K2立刻斷開，切斷用電設備的 交流供電，并報警提示用戶，IO分鐘后斷開繼電器KI;當檢測到家用電器的功 率小于設定值(5W/10W/20W)時，控制電路控制繼電器Kl 、 K2延遲一定時間(具 體時間依不同用電設備而定)后斷開用電設備的供電，使用電設備進入零待機 功耗狀態(tài)，以節(jié)約電能，達到節(jié)能環(huán)保的目的。圖3為漏電檢測電路原理圖，采用漏電流;險測線圈Ll對供電回路中的漏電 情況進行;險測，其生成的漏電信號經(jīng)由運算;^文大器ICA和電阻R303、 R304組成 的放大電路進行放大處理后輸出至比較器ICB的同相輸入端，所述比較器ICB 的反相輸入端連接基準電壓信號Vref，將放大后的漏電信號與基準電壓信號 Vref進行比較后，輸出一個方波信號到控制電路的其中一路輸入端，即P3端 口。當漏電流大于標準值15mA時，經(jīng)放大后的漏電信號的電壓值大于基準電壓 信號Vref的幅值，從而通過比較器ICB輸出為一個寬脈沖的方波?？刂齐娐吩?其P3端口檢測到此寬脈沖的方波信號后，即認為用電設備的漏電超過安全值， 從而控制所述繼電器K1、 K2斷開，進而立刻斷開用電設備的供電，并報警提示 用戶"用電設備漏電超過標準，可能對人體造成傷害，請及時維修"。只有漏電超標情況解除后，此用電設備才能通過本保護裝置正常使用。 圖4為過電壓檢測和電器插頭接觸不良判定電路的原理圖，具體在交流火 線L和零線N線之間跨接整流電路和分壓網(wǎng)絡。其中，整流電路可以采用二極 管D3形成筒單的半波整流電路；分壓網(wǎng)絡可以采用電位器R3和分壓電阻Rl、 R2連接而成，參見圖4所示。在交流輸入電壓大于設定值(290VAC)時，分壓 電阻R2上的分壓為V1，經(jīng)由電容C1、 El進行濾波處理后，輸出至控制電路的 其中一路ADC輸入端，即P4端口。當控制電路4全測到P4端口的電壓大于VI 時，控制繼電器K2立刻斷開，同時報警提示用戶。如果用電設備的插頭出現(xiàn)接 觸不良情況，則控制電路通過其P4端口會檢測到變化幅值較大的電壓信號，此9時，判定為用電設備的插頭接觸不良而輸出報警，提示用戶。圖5為負載功率檢測電路原理圖，具體采用高精度采樣電阻RS和兩路放大 電路實現(xiàn)。將所述采樣電阻RS串聯(lián)在零線N中，檢測用電設備的功率，其兩端 分別連接運算放大器IC1A的同相輸入端和反相輸入端。所述運算放大器IC1A 的輸出端一方面通過電阻R6連接其反相輸入端，另一方面連接控制電路的其中 一路輸入端，即P5端口，其同相輸入端經(jīng)電阻R7 4妻地，以構成第一^L大電3各。 當采樣電阻RS檢測到過功率信號時，經(jīng)第一放大電路進行放大處理后，向控制 電路的P5端口輸出高電平信號，以通知控制電路用電設備出現(xiàn)過功率故障，需 要切斷用電設備的交流供電。而當采樣電阻RS檢測到低功率信號時，通過第一 放大電路和第二放大電路進行兩次放大處理后，輸出至控制電路的另外一路輸 入端，即P6端口，對用電設備是否處于待機狀態(tài)進行;險測。所述第二放大電路 可以采用運算放大器IC1B配合外圍電阻R4、 R5、電容E3連接而成?？刂齐?各 通過檢測P5、 P6端口的信號來判斷用電設備的功率是否超過額定值 (1000W/2000W/3000W)或者低于設定值(5W/10W/20W ),進一步來控制繼電器 Kl、 K2的吸合與斷開，實現(xiàn)負載過功率保護和低功率待機自動斷電功能。在本實施例中，所述控制電路可以采用單片機實現(xiàn)，所述的P1、 P2、 P3、 P5、 P6端口可采用單片機上的GPI0 口實現(xiàn)，所述P4端口則需要采用單片機上 的數(shù)模轉換輸入端ADC實現(xiàn)。當然，所述的控制電路也可以采用其他具有控制 作用的集成芯片或者分立器件搭建而成，本實用新型不限于此。本實用新型的微控節(jié)電保護裝置針對家電設備的各個方面進行了全范圍保 護，解決了系統(tǒng)用電的安全問題。待機時，通過切斷供電電源達到了待才;i4:功 耗的目的，并且可以有效防范由于供電電壓不穩(wěn)導致的家用電器損壞問題，提 高了產(chǎn)品的安全性、節(jié)能性，延長了用電設備的使用壽命，確保了人身安全。當然，上述說明并非是對本實用新型的限制，本實用新型也并不僅限于上 述舉例，本技術領域的普通技術人員在本實用新型的實質范圍內所做出的變化、 改型、添加或替換，也應屬于本實用新型的保護范圍。
權利要求1、一種微控節(jié)電保護裝置，包括電源輸入端、直流供電電路和控制電路，其特征在于在所述微控節(jié)電保護裝置中還包含有過壓檢測電路、漏電檢測電路、負載功率檢測電路和可控開關電路；其中，所述可控開關電路連接在供電回路中，接收所述控制電路輸出的開關控制信號，進而控制所述供電回路通斷；所述控制電路的輸入端接收所述過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路輸出的檢測信號，進而確定其輸出端輸出的開關控制信號的狀態(tài)；所述直流供電電路的輸入端連接所述電源輸入端，將輸入電壓轉換為低壓直流電為所述控制電路、過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路提供工作電源。
2、 根據(jù)權利要求1所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于在所述可控開 關電路中包含有兩路開關子電路，即第一開關子電路和第二開關子電路；所述 電源輸入端為交流電源輸入端，在與其連接的交流火線上連接有第二開關子電 路，零線上連接有第一開關子電路。
3、 根據(jù)權利要求2所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于在所述第一、 第二開關子電路中均包含有一繼電器和一NPN型三極管，所述繼電器的常開觸 點串聯(lián)在所述的交流火線或者零線中，繼電器線圏的一端連接直流供電電路的 直流電壓輸出端，另一端連4^所述NPN型三才及管的集電才及，所述NPN型三;f及管 的發(fā)射極接地，基極分別與所述控制電路的兩個開關控制信號輸出端——對應 連接。
4、 根據(jù)權利要求2所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于在所述第一開 關子電路的開關通路兩端并耳關有一手動啟動開關。
5、 根據(jù)權利要求4所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于所述直流供電 電路的輸入端一端連接所述電源輸入端的火線端，另一端通過所述手動啟動開
6、 根據(jù)權利要求l至5中任一項所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于 在所述漏電檢測電路中包含有一漏電流檢測線圏，對所述供電回路中的電流進 行檢測，進而生成漏電信號輸出至一放大電路中；所述放大電路對漏電信號進 行放大處理后輸出至一比較電路的輸入端，進而與 一基準電壓信號進行比較后， 輸出方波信號至所述控制電路的其中 一路輸入端。
7、 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于 在所述過壓檢測電路中包含有一整流電路和分壓網(wǎng)絡，所述整流電路的輸入端 連接在交流火線上，輸出端通過所述分壓網(wǎng)絡連接到零線上，所述分壓網(wǎng)絡的 中間節(jié)點連接所述控制電路的模數(shù)轉換輸入端。
8、 根據(jù)權利要求7所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于所述分壓網(wǎng)絡 由相互連接的電位器和分壓電阻組成。
9、 根據(jù)權利要求1至5中任一項所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于 在所述負載功率檢測電路中包含有一采樣電阻和兩路放大電路，所述采樣電阻 串聯(lián)在零線中，其采樣信號通過第一放大電路進行放大處理后一方面輸出至所 述控制電路的其中一路輸入端；另一方面連接第二放大電路的輸入端，所述第 二放大電路的輸出端連接控制電路的另 一路輸入端。
10、 根據(jù)權利要求9所述的微控節(jié)電保護裝置，其特征在于在所述第一 放大電路中包含有一運算放大器，其同相輸入端和反相輸入端并聯(lián)在所述采樣 電阻的兩端，輸出端一方面通過一電阻連接其反相輸入端，另一方面連4妄所述 控制電路的其中一路輸入端；其同相輸入端經(jīng)另一電阻接地。
專利摘要本實用新型公開了一種微控節(jié)電保護裝置，包括電源輸入端、直流供電電路、控制電路、過壓檢測電路、漏電檢測電路、負載功率檢測電路和可控開關電路；其中，所述可控開關電路連接在供電回路中，接收控制電路輸出的開關控制信號，進而控制供電回路通斷；所述控制電路的輸入端接收過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路輸出的檢測信號，進而確定其輸出端輸出的開關控制信號的狀態(tài)；所述直流供電電路的輸入端連接電源輸入端，將輸入電壓轉換為低壓直流電為控制電路、過壓檢測電路、漏電檢測電路和負載功率檢測電路提供工作電源。采用此保護裝置不僅可以提高設備的安全性，而且通過功率檢測可以在電器待機時切斷電源，以達到節(jié)能環(huán)保的目的。
文檔編號H02H3/08GK201122833SQ20072015722
公開日2008年9月24日 申請日期2007年11月19日 優(yōu)先權日2007年11月19日
發(fā)明者孫書波, 常亞斌, 杜佐兵, 王從偉 申請人:海爾集團公司;青島海爾科技有限公司