CN101820161A

CN101820161A - 一种功率检测控制电路

Info

Publication number: CN101820161A
Application number: CN200910046847A
Authority: CN
Inventors: 岳国兰; 李成力
Original assignee: Shanghai ELE Manufacturing Corp
Current assignee: Suzhou ELE Electrical Appliance Manufacturing Co., Ltd.
Priority date: 2009-02-26
Filing date: 2009-02-26
Publication date: 2010-09-01

Abstract

本发明提供了一种用电器的功率检测控制电路。该功率检测控制电路包括电信号检测部分、电信号处理部分和控制部分。其中电信号采样部分与用电器所在回路的电源一端串联，另一端与电信号处理部分的输入端连接，以对火线上的电信号进行采样，并将采样信号输入电信号处理部分；电信号处理部分对采样信号进行处理得到待比较信号，并将待比较信号和第一基准信号进行比较，当待比较信号大于所述第一基准信号时产生控制电信号；控制部分，用于根据所述控制电信号中断所述用电器所在支路的电连接。根据本发明的功率检测控制电路可以在用电器功率超过正常值时快速切断用电设备供电并保持断电状态。

Description

一种功率检测控制电路

技术领域

本发明涉及一种用电器的功率检测控制电路，尤其涉及一种用于家用电器的功率检测的节能控制电路。

背景技术

在能源问题逐渐凸现的的今天，节能降耗技术已经成为各个科研机构研究的首要任务。同样，在我国，如何节约能源也是一个研究中的重要课题。如何对用电器，尤其是家用电器，进行节能改造使其更加经济实用，越来越受到广泛重视。

传统的用电器电路一般在供电电路的输入端和工作端之间设置控制电路，而该控制电路一般包括由人工手动控制操作的开关。在对开关进行操作后，可以使输入端和工作端导通，为用电器供电。供电电路将持续导通，直至人为切断供电电路为止。可以理解，这种传统的节能电路不能根据不同的耗电量进行灵活调节，在用电器出现故障或异常耗电的时候，不能自动切断电路。因而，在一些不必要使用大功率能源的场合，在用电器的使用功率超出设定值时，这种传统电路无法有效合理的使用能源，限制电能的超额使用。

一种有效的解决方案是，在电源的输出侧增加功率检测控制电路，以有效地防止能源的浪费，满足现今社会节能减排的需求。例如，可以在照明电路增加功率限制节能控制器，并对功率阈值进行设定。假设，该功率阈值设定为180W，当照明电路实耗功率小于180W时，照明电路能够正常亮起。如果在使用一定时间后照明电路损坏，其所需功耗增加，或者使用者误接了实际功率大于180W的照明电路时，功率检测控制电路会自动切断电源。换而言之，只有照明电路的实际功耗小于预设功率阈值时，电路才能正常工作。

因此，如何设计出一种简单实用的功率检测控制电路是节能电路中需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种简单可靠的功率检测控制电路，其可以安装在家用电器的输入电源侧，用于检测用电设备的使用状态，当负载超出用电设备的使用极限时，切断用电设备的供电，并保持断电状态，直至功率检测控制电路重新上电。如果不撤除多余的负载，继续超负荷使用，则每次上电功率检测控制电路一检测到超负荷状态，快速切断用电设备供电并保持断电状态，只有在负载正常的情况下上电，功率检测控制电路才控制电路输出供电。这样既能使能源的合理利用，又有效的防止用电设备超负荷使用而危及人身安全和财产损失。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案，提供一种用电器的功率检测控制电路，其中，包括电信号检测部分、电信号处理部分和控制部分：所述电信号采样部分与所述用电器所在回路的电源一端串联，另一端与所述电信号处理部分的输入端连接，以对所述电源线上的电信号进行采样，并将采样信号输入电信号处理部分；所述电信号处理部分对所述采样信号进行处理得到待比较信号，并将所述待比较信号和第一基准信号进行比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生控制电信号；所述控制部分，用于根据所述控制电信号中断所述用电器所在支路的电连接。

可选的，所述电信号处理部分包括第一比较部分和第二比较部分：所述第二比较部分将所述采样信号和第二基准信号进行比较，当所述采样信号大于所述第二基准信号时输出所述待比较信号；所述第一比较部分将所述待比较信号和所述第一基准信号进行再次比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生所述控制电信号。优选的，所述电信号处理部分还包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一基准信号的输入端相连，所述稳压管的阳极与地线相连，以使所述第一基准信号为所述稳压管的击穿电压。进一步优选的，所述电信号处理部分还包括第一分压电阻和第二分压电阻，所述第一分压电阻的一端与所述稳压管的阴极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接，所述第二分压电阻的一端与所述稳压管的阴极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接，以通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻对所述稳压管的击穿电压进行分压而产生第二基准电压。

可选的，所述第二比较部分包括比较器和滤波部分：所述比较器将所述采样信号和所述第二基准信号进行比较，当所述采样信号的大于所述第二基准信号时输出高电平信号；所述滤波部分，用于对所述高电平信号进行滤波，生成待比较信号，并将所述待比较信号输入所述第一比较部分。优选的，所述滤波部分为二极管，所述二极管的阳极与所述比较器的输出端连接，所述二极管的阴极与所述第二比较部分的所述第二待比较信号的输入端连接。

可选的，所述电信号处理部分包括放大部分和第一比较部分：所述放大部分对所述采样信号进行放大，得到所述待比较信号；所述第一比较部分将所述待比较信号和第一基准信号进行比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生所述控制电信号。优选的，所述放大部分包括运算放大器。优选的，所述电信号处理部分还包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一基准信号的输入端相连，所述稳压管的阳极与地线相连，以使所述第一基准信号为所述稳压管的击穿电压。

可选的，所述电信号采样部分包括电阻。

可选的，所述的功率检测控制电路还包括分流电路，所述分流电路与所述电信号采样部分所在支路并联，用于分流所述电信号采样部分所在支路的电流。

可选的，所述控制部分包括第一三极管和继电器，所述电信号处理部分输出的所述控制电信号输入所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极和所述继电器连接，所述第一三极管的发射极和地线连接，当所述控制电信号为高电平时，所述第一三极管导通，并中断所述用电器所在支路的电连接。

可选的，所述的功率检测控制电路还包括电压转换电路，所述电压转换电路包括稳压管、限流电阻和第二三极管，用于使所述三极管发射极和地线之间的电压等于所述电信号处理部分所需的逻辑电压，所述第二三极管的基极与所述稳压管的阴极相连接，所述第二三极管的集电极与所述电源输入端相连接，所述第二三极管的发射极与所述电信号处理部分的逻辑电源输入端相连接，所述稳压管的阳极与地线相连接，所述限流电阻的一端与所述第二三极管的基极相连接，另一端与所述第二三极管的集电极相连接。

本发明的优点在于电路结构简单，成本低廉，在不影响原用电设备正常工作的情况下，增加了功率检测控制电路。当用电设备超负荷使用时，可以自动切断用电设备供电，以达到节能的目的，促进能源的合理利用；也能保护用电设备的安全，避免潜在的火灾隐患和人身安全威胁。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1所示为根据本发明的一个具体实施例的功率检测控制电路的电路示意图；

图2所示为现有用电器的模拟示意图；

图3所示为根据本发明的一个具体实施例的功率检测控制电路与用电器相连的的电路示意图；

具体实施方式

为了更好地理解本发明，下面结合本发明的具体实施例作进一步说明，但其不限制本发明。

图1所示为根据本发明的一个具体实施例的功率检测控制电路的电路示意图。图2所示为现有用电器的模拟示意图。以下将参照图1并结合图2对本发明的功率检测控制电路进行具体说明。

如图2所示，本发明的功率检测控制电路包括电信号检测部分、电信号处理部分和控制部分。

其中，电信号采样部分与用电器所在回路的电源一端串联，另一端与电信号处理部分的输入端连接，以对火线上的电信号进行采样后，并将采样信号输入电信号处理部分。

具体的，图2中所示的电路，以电阻R1作为电信号采样部分，通过其进行电流取样，得到取样信号。图中所示的电阻R11和电容C5用于对R1检测得到的取样信号进行整形，将整形后的信号作为采样信号输入下一级电信号处理部分。本领域技术人员可以理解，电阻R11和电容C5的作用在于对取样信号进行优化后再作为采样信号输入电路的下一级。因此，电阻R11和电容C5并非电信号采样部分的必要元件，R1检测得到的电信号可以直接作为采样信号输入下一级电信号处理部分。

电信号处理部分对采样信号进行处理得到待比较信号，并将所述待比较信号和第一基准信号进行比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生控制电信号。

具体的，图2中所示的电路的电信号处理部分包括双比较器IC1，以及多个电阻电容。下文中将对图中所示的电元件及其连接进行详细描述。

图中所示的双比较器IC1可以采用Motorola公司的LM393。图中所示管脚8为LM393的Vcc，即提供器件工作电压的电压端相连；管脚4与地线相连。管脚1、2、3构成第一对比较器，其中管脚2和3为第一对比较器的输入端，管脚1为该对比较器的输出端，当管脚3的输入电压大于管脚2的输入电压时，管脚1输出高电平。管脚5、6、7构成第二对比较器，其中管脚5和6为第二对比较器的输入端，管脚7为该对比较器的输出端，当管脚5的输入电压大于管脚6的输入电压时，管脚7输出高电平。

图2所示的具体实施例使用LM393的管脚5、6、7作为第一比较部分，使用管脚1、2、3作为第二比较部分。如图所示，电阻R₄一端和火线相连接，另一端与稳压管Z₂的阴极相连接。稳压管Z₂阳极与地线相连。芯片LM393的管脚6与稳压管Z₂的阴极相连接，用于为第一比较部分提供第一基准电压。本领域技术人员可以理解，第一基准电压等于稳压管Z₂的击穿电压，即U_ref1＝U_z2。其中，U_ref2为第一基准电压的值，U_z2为稳压管Z₂的击穿电压值。

所述电信号处理部分可以包括第一分压电阻R₅和第二分压电阻R₆，第一分压电阻R₅的一端与稳压管Z₂的阴极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接；第二分压电阻R₆的一端与稳压管Z₂的阳极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接，以通过第一分压电阻R₅和第二分压电阻R₆对稳压管的击穿电压进行分压而产生第二基准电压。芯片LM393的管脚2，即第二比较器的反相端，与电阻R₅和电阻R₆之间的触点相连接。本领域技术人员可以理解，电阻R₅和电阻R₆构成了分压电路，第二基准电压的值等于电阻R₆两端的电压值，即其中，U_ref2为第二基准电压的值，r₅为电阻R₅的电阻值，r₆为电阻R₆的电阻值，U_z2为稳压管Z₂的击穿电压值。

第二比较部分将采样信号和第二基准信号进行比较，当采样信号大于第二基准信号时输出待比较信号。电信号采样部分输出的采样信号输入管脚3(即第二比较部分的同相输入端)，并与输入管脚2(即第二比较部分的反相端)的第二基准信号进行比较。如图所示，电阻R₁₁一端与电阻R₁相连接，另一端与芯片LM393的管脚3相连接，将采样信号输入第二比较部分。电阻R₁₀的一端与芯片LM393的管脚3相连接，另一端与地线相连接；电容C₅的一端与芯片LM393的管脚3相连接，另一端也与地线相连接。本领域技术人员可以理解，电阻R₁₀和电容C₅对输入管脚3的采样信号进行整形优化，但其并非本发明功率检测控制电路的必要元件。第二基准电位的值根据电路要求限制的功率来设定，具体的，可以通过选择具有适当击穿电压的稳压管设定。当电路在大于额定负载情况下工作时，第一比较部分的同相端的电位大于反相端的第二基准电位，则芯片LM393的管脚1输出高电平信号。即，第二比较部分输出端输信号为高电平信号，该高电平信号可以通过处理作为待比较信号输入第一比较部分的同相端，即芯片LM393的管脚5。

具体的，高电平信号可以通过滤波部分滤波生成待比较信号，并被输入第一比较部分。如图所示，芯片LM393的管脚1与二极管D₃的阳极相连，该二极管D₃的阴极与芯片LM393的管脚5相连。电阻R₇的一端与火线相连，另一端与芯片LM393的管脚1相连。本领域技术人员可以理解，二极管D₃在电路中起到滤波作用，使得电路工作更加稳定，但其并非本发明功率检测控制电路的必要元件。且滤波部分也可以由其他本领域技术人员所熟知的电路组成，此处不再赘述。

第一比较部分将第二比较部分输出的待比较信号和第一基准信号进行再次比较，当待比较信号大于第一基准信号时产生控制电信号。具体的，第二比较部分的同相端，即芯片LM393的管脚5与二极管D₃的阴极相连，输入待比较信号；第二比较部分的反相端，即管脚6与稳压管Z₂的阴极相连，以在管脚6得到等于稳压管Z₂击穿电压的第一基准电压。当管脚5的电压值大于管脚6的电压时，第一比较部分的输出端，即芯片LM393的管脚7输出的控制电信号为高电平。反之，当电路在额定负载情况下工作时，待比较信号不为高电平，则控制电信号不会输出高电平。第一比较部分输出的控制电信号将被输入控制部分。

最后，控制部分根据控制电信号中断用电器所在支路的电连接。控制部分包括第一三极管Q₂和继电器。具体的，上拉电阻R₉的一端与火线相连接，另一端与芯片LM393的管脚7相连。第一三极管Q₂的基极与芯片LM393的管脚7相连，以使电信号处理部分输出的控制电信号输入；第一三极管Q₂的集电极和继电器连接，第一三极管的发射极Q₂和地线连接，当所述控制电信号为高电平时，驱动第一三极管导通，继电器接点动作使得常闭静触点断开，切断火线供电，从而断开用电器的超负荷使用电路。

进一步的，功率检测控制电路还可以包括用于提供电信号处理部分所需逻辑电压Vcc的电压转换电路。电压转换电路可以包括稳压管、限流电阻和三极管，用于使该三极管发射极和地线之间的电压等于所述电信号处理部分所需的逻辑电压。

具体的，如图所示，电压转换电路包括二极管D₁和D₂，电阻R₂和R₃，电容C₁，第二稳压管Z₁和第二三极管Q₁。其中，第二三极管Q₁的基极与第二稳压管Z₁的阴极相连接。第二稳压管Z₁的阳极与相连接。电容C₁的一端与第二三极管Q₁的集电极相连，另一端与限流电阻R₃的一端相连，限流电阻R₃的另一端相连与第二三极管Q₁的基极相连。电容C₂的一端与第二三极管Q₁的发射极相连，另一端与地线相连接。第二三极管Q₁的集电极通过二极管D₁与电源输入端相连接，其中，二极管D₁的阳极与电源输入端相连接，阴极与第二三极管Q₁的集电极相连。第二三极管Q_I的发射极与电信号处理部分的逻辑电源输入端，即芯片LM393的管脚8相连，用于输出芯片工作需要的逻辑电压Vcc。

图3所示为根据本发明的一个具体实施例的功率检测控制电路与用电器相连的的电路示意图。如图3所示，用电器可以一端与采样电阻R₁以及电阻R₁₁之间的触点相连接，另一端与第二三极管Q₁的集电极相连接。

以上对本发明的一个优选实施方式进行了描述，本领域技术人员理解，本发明还可以通过其它具体实施方式实现。

例如，信号处理部分可以包括放大部分和第一比较部分。具体的，放大部分可以通过运算放大器实现。将电信号检测部分输出的采样信号输入运算放大器的同相端，并将运算放大器的反相端与零电平相连接，即可在运算放大器的输出端得到放大后的采样信号作为待比较信号。再将该带比较信号输入第一比较部分的同相端，而将第一比较部分的反相端与第一基准信号相连接。该第一基准信号的大小通过电路要求限制的功率以及上以及放大部分的放大倍数设定。在具体实现上，可以直接利用稳压管的击穿电压，也可以通过对稳压管的击穿电压进行分压实现，或是使用其它本领域公知的技术手段。当电路在大于额定功率的情况下工作时，第一比较部分输出高电平的控制信号，用于断开主电路的火线供电。对于该变化例，功率检测控制电路的其他部分可以相对上文的实施例保持不变，此处不再赘述。

上文中的电压比较器芯片LM393也可以使用其他类型的比较器，或者两个运算放大器实现。事实上，LM393作为专业电压比较器相当于放大倍数接近于无穷大的运算放大器，具有切换速度快，延时时间短的优点，但实质上也是运算放大器的一种。

更简化的，电信号处理部分可以只采用一级比较器，其一端与基准电压连接，另一端与采样信号连接，其输出端输出的控制信号直接与三极管Q₂的基极相连，用于控制火线供电。当然，这种电路的稳定性相较上文中的第一实施例较差，但同样可以实现本发明的技术目的。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形或修改。

Claims

1.一种用电器的功率检测控制电路，其中，包括电信号检测部分、电信号处理部分和控制部分：

所述电信号采样部分与所述用电器所在回路的电源一端串联，另一端与所述电信号处理部分的输入端连接，以对所述电源线上的电信号进行采样，并将采样信号输入电信号处理部分；

所述电信号处理部分对所述采样信号进行处理得到待比较信号，并将所述待比较信号和第一基准信号进行比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生控制电信号；

所述控制部分，用于根据所述控制电信号中断所述用电器所在支路的电连接。

2.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号处理部分包括第一比较部分和第二比较部分：

所述第二比较部分将所述采样信号和第二基准信号进行比较，当所述采样信号大于所述第二基准信号时输出所述待比较信号；

所述第一比较部分将所述待比较信号和所述第一基准信号进行再次比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生所述控制电信号。

3.根据权利要求2所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号处理部分还包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一基准信号的输入端相连，所述稳压管的阳极与地线相连，以使所述第一基准信号为所述稳压管的击穿电压。

4.根据权利要求3所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号处理部分还包括第一分压电阻和第二分压电阻，

所述第一分压电阻的一端与所述稳压管的阴极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接，

所述第二分压电阻的一端与所述稳压管的阳极相连，另一端与第二基准信号的输入端相连接，

以通过所述第一分压电阻和所述第二分压电阻对所述稳压管的击穿电压进行分压而产生第二基准电压。

5.根据权利要求2所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述第二比较部分包括比较器和滤波部分：

所述比较器将所述采样信号和所述第二基准信号进行比较，当所述采样信号的大于所述第二基准信号时输出高电平信号；

所述滤波部分，用于对所述高电平信号进行滤波，生成待比较信号，并将所述待比较信号输入所述第一比较部分。

6.根据权利要求5所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述滤波部分为二极管，所述二极管的阳极与所述比较器的输出端连接，所述二极管的阴极与所述第二比较部分的所述第二待比较信号的输入端连接。

7.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号处理部分包括放大部分和第一比较部分：

所述放大部分对所述采样信号进行放大，得到所述待比较信号；

所述第一比较部分将所述待比较信号和第一基准信号进行比较，当所述待比较信号大于所述第一基准信号时产生所述控制电信号。

8.根据权利要求7所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述放大部分包括运算放大器。

9.根据权利要求7或8所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号处理部分还包括稳压管，所述稳压管的阴极与所述第一基准信号的输入端相连，所述稳压管的阳极与地线相连，以使所述第一基准信号为所述稳压管的击穿电压。

10.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述电信号采样部分包括电阻。

11.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，还包括分流电路，所述分流电路与所述电信号采样部分所在支路并联，用于分流所述电信号采样部分所在支路的电流。

12.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，所述控制部分包括第一三极管和继电器，所述电信号处理部分输出的所述控制电信号输入所述第一三极管的基极，所述第一三极管的集电极和所述继电器连接，所述第一三极管的发射极和地线连接，当所述控制电信号为高电平时，所述第一三极管导通，并中断所述用电器所在支路的电连接。

13.根据权利要求1所述的功率检测控制电路，其特征在于，还包括电压转换电路，所述电压转换电路包括第二稳压管、限流电阻和第二三极管，用于使所述三极管发射极和地线之间的电压等于所述电信号处理部分所需的逻辑电压，

所述第二三极管的基极与所述第二稳压管的阴极相连接，所述第二三极管的集电极与所述电源输入端相连接，所述第二三极管的发射极与所述电信号处理部分的逻辑电源输入端相连接，

所述第二稳压管的阳极与地线相连接，所述限流电阻的一端与所述第二三极管的基极相连接，另一端与所述第二三极管的集电极相连接。