CN102780134B - 一种限功率电源插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种限功率电源插座，包括防雷击保护电路及整流滤波电路模块，LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路及三端稳压电路模块，电流负感器检测电路模块，MCU控制、指示与驱动电路模块，继电器驱动输出电路模块，共五个电路模块，本发明由于采用了上述结构保证用电安全和器件的是使用寿命，结构简单，安全可靠，成本低，有效防止普通居民用户通过电源插座乱搭与乱接用电负荷，导致插座上电流过超额定电流而引起的意外事故。

Description

一种限功率电源插座

技术领域

本发明涉及一种电源插座，具体涉及一种限功率电源插座。

背景技术

现在人们的日常生活中电源插座的使用非常普遍，由于新的电器不断增加，功率盲目的加大使普通插座无法承载，造成线路负荷加大，而且有时候会使用很多的电源插座接在一起，有可能会接上很多的负载。有的电源插座的额定电流一般不是很大，负载过多就会导致插座接入线部分电流过大，导致插座的电源线发热，将电源线烘干，严重情况下可能会引出火灾，带来的电气安全隐患。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种限功率插座。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：一种限功率电源插座，包括防雷击保护电路及整流滤波电路模块，LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路及三端稳压电路模块，电流互感器检测电路模块，MCU控制、指示与驱动电路模块，继电器驱动输出电路模块，共五个电路模块，市政电源经防雷击保护电路及整流滤波电路转化成高压直流电源，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V为继电器驱动输出电路和三端稳压电路提供工作电源，+12V经过三端稳压电路转化为+5V，为MCU控制、指示与驱动电路提供工作电源；市政电源火线经过电流互感器检测电路和继电器驱动输出电路连到负载电器，电流互感器检测电路把负载的功率大小转化为电压值送到MCU控制指示与驱动电路，MCU控制、指示与驱动电路做出判断负载是否超过额定功率，从而控制继电器驱动输出电路的开关。

其中市政电源的火线串接防雷电路中的保险丝F1、热敏电阻RH1再与压敏电阻RV1的一端相连，零线与压敏电阻RV1的另一端相连，再与整流滤波电路D1、D2、L1、C1、C2相连；高压直流电源的正端与芯片LNK304DN的第四脚相连，负端与LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路中的D3的正端相连为电源地，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V电源，与继电器J1线圈的一端和三端稳压器78L05的第1脚相连，78L05的第3脚与芯片STM8S103F2P6的第9脚相连，78L05的第2脚与芯片STM8S103F2P6的第7脚相连接地。市政电源火线与互感器HT1的初级的一端相连，互感器HT1的初级的另一端与继电器驱动输出电路中的继电器J1的的第3脚相连，继电器J1的第4脚经电容C17和继电器J1的第5脚连到负载电器。电流互感器检测电路中的D8的负端与芯片STM8S103F2P6的第19脚相连，HT1的次级的一端接地。芯片STM8S103F2P6的第13脚与继电器驱动输出电路中的电阻R1的一端相连。

其中所述的防雷击保护电路及整流滤波电路由保险管F1、热敏电阻RH1、二极管D1、D2、电容C1、C2、电感L1器件组成，在火线AC-L上依次串有热敏电阻RH1，二极管D1，电感L1，在零线AC-N串有二极管D2，在火线AC-L和零线AC-N之间加设有电容C1、C2、压敏电阻RV1，其中压敏电阻RV1在把不稳定的交流输入转成稳定的直流输入的同时，插座内的压敏电阻可以抑制雷击引起的过电压，保护插座和插座相连的电器；

所述的LNK304DN高效率频率调制降压式开关转换电路及三端稳压电路包括集成电路IC1、二极管D3、三端集成稳压器IC2主要器件，其中集成电路IC1采用型号LNK304DN电子元件，三端集成稳压器IC2优选型号78L05电子元件；LNK304DN的外围器件电容C3、C4、C5、电阻R1、R2、二极管D4构成反馈电路，根据输出电压高低自动调节LNK304DN内部振荡脉冲宽度与频率，保证输出电压稳定在+12V，经稳压器IC2稳压，电容C12、C13滤波得到5V的输出电压作为IC3提供所需要的工作电压。

所述的电流互感器检测电路由电流互感器HT1、二极管D8、电容C15、电容C16、电阻R9、R8、ESD保护二极管ZD1器件组成，其中ESD保护二极管ZD1优选PESD5VOL2BT，电流互感器HT1优选TA21CE11；当外接负载CN2变化时，在电流互感器HT1上有相应的电流变化，经二极管D8整流、电容C16、C15滤波得到一个随外接负载CN2变化的直流电压，将其送到单片机IC3的PD3上进行检测控制，从而决定继电器J1是断开或闭合；电阻R9、R8为回路负载，当送到单片机IC3的PD3上检测到负载重时，单片机IC3的PC5脚上为低电平相当于在电阻R9上并联一个电阻，加重回路上的负载，以确保得到准确的电压；当回路上负载轻时，单片机IC3的PC5脚上为高阻态相当于并联在电阻R9上的负载R8被去掉，从而减轻回路负载，使得在外接负载CN2上负载轻时能判断到当前是否有负载连接；直到拔掉该外接负载，通过单片机IC3的PD3脚上检测到没有负载连接时，单片机IC3的PC3脚输出为低电平，控制继电器J1断开，从而断开本插座的外接负载，起到限制功率的作用。

所述的MCU控制、LED指示与驱动电路包括二极管D5、单片机IC3、电阻R3、R4、R13、R14主要部件，单片机IC3使用型号STM8S103F2P6单片机，可以预先设定限定功率，二极管D5、电阻R5、电容C6构成RESET电路，在电路中出现异常时自动复位，在设置负载时，先在外接负载CN2上外接要限制额定功率的负载，然后按下按钮并通电启动，LED闪烁10秒后，便将该额定功率记入到本插座中，以后如果接上的负载功率大于上述已记入到本插座的额定功率时，该插座便能自动断开该外接负载，起到限制功率的作用。

所述的继电器驱动输出电路由嵌位二极管D9、三极管Q1、电阻R6、电容C17组成，二极管D9并联在继电器J1线圈两端，三极管Q1起开关作用、当IC3的PC3脚为高电平时，三极管Q1导通继电器吸合，当IC3的PC3脚为低电平时，三极管Q1截止继电器断开，当插座进入保护时，外接负载CN2仍然可以通过与C17串联提供小电流，为电流互感器HT1回路上提供小电流，用于判定插座上是否还插有已被保护的负载。

本发明一种限功率电源插座，采用降压-升压型拓扑结构恒流电源和CPU智能识别为一体化控制方式，可更灵活根据电路线径大小或实际需要而预设好功率，无需改变电路元件，当外接负载CN2变化时，通过互感器检测电流的变化量转化为电压并送给MCU进行采样分析与内部预设的基准值进行比较，当负载超过该基准预设功率值时，继电器输出电路被切换到C17串联电容一端，使外接负载CN2与该电容进行串联供电，仅维持极小电流通过负载，保证部分小功率设备使用，当外接电器插头从该插座上拔掉后即断开外接负载CN2，这时电流传感器电路以及MCU检测到外接负载断开，将继电器重新切换到常闭状态，重新恢复正常工作起到限制外接电器功率的作用。

本发明装置保证用电安全和器件的使用寿命，结构简单，安全可靠，成本低，有效防止普通居民用户通过电源插座乱搭与乱接用电负荷，导致插座上电流过超额定电流而引起的意外事故。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明:

图1为本发明装置工作流程图；

图2为本发明装置整体电路连接图；

图3为本发明装置防雷击保护电路及整流滤波电路图；

图4为本发明装置LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路及三端稳压电路图；

图5为本发明装置电流负感器检测电路图；

图6为本发明装置MCU控制与指示、驱动电路图；

图7为本发明装置继电器驱动输出电路图。

具体实施方式

如图1～图7所示，一种限功率电源插座，包括防雷击保护电路及整流滤波电路模块，LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路及三端稳压电路模块，电流互感器检测电路模块，MCU控制、指示与驱动电路模块，继电器驱动输出电路模块，共五个电路模块，市政电源经防雷击保护电路及整流滤波电路转化成高压直流电源，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V为继电器驱动输出电路和三端稳压电路提供工作电源，+12V经过三端稳压电路转化为+5V，为MCU控制、指示与驱动电路提供工作电源；市政电源火线经过电流互感器检测电路和继电器驱动输出电路连到负载电器，电流互感器检测电路把负载的功率大小转化为电压值送到MCU控制指示与驱动电路，MCU控制、指示与驱动电路做出判断负载是否超过额定功率，从而控制继电器驱动输出电路的开关。

其中市政电源的火线串接防雷电路中的保险丝F1、热敏电阻RH1再与压敏电阻RV1的一端相连，零线与压敏电阻RV1的另一端相连，再与整流滤波电路D1、D2、L1、C1、C2相连；高压直流电源的正端与芯片LNK304DN的第四脚相连，负端与LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路中的D3的正端相连为电源地，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V电源，与继电器J1线圈的一端和三端稳压器78L05的第1脚相连，78L05的第3脚与芯片STM8S103F2P6的第9脚相连，78L05的第2脚与芯片STM8S103F2P6的第7脚相连接地。市政电源火线与互感器HT1的初级的一端相连，互感器HT1的初级的另一端与继电器驱动输出电路中的继电器J1的的第3脚相连，继电器J1的第4脚经电容C17和继电器J1的第5脚连到负载电器。电流互感器检测电路中的D8的负端与芯片STM8S103F2P6的第19脚相连，HT1的次级的一端接地。芯片STM8S103F2P6的第13脚与继电器驱动输出电路中的电阻R1的一端相连。

防雷击保护电路及整流滤波电路由保险管F1、热敏电阻RH1、二极管D1、D2、电容C1、C2、电感L1器件组成，在火线AC-L上依次串有热敏电阻RH1，二极管D1，电感L1，在零线AC-N串有二极管D2，在火线AC-L和零线AC-N之间加设有电容C1、C2、压敏电阻RV1，其中压敏电阻RV1在把不稳定的交流输入转成稳定的直流输入的同时，插座内的压敏电阻可以抑制雷击引起的过电压，保护插座和插座相连的电器。

LNK304DN高效率频率调制降压式开关转换电路及三端稳压电路包括集成电路IC1、二极管D3、三端集成稳压器IC2主要器件，其中集成电路IC1采用型号LNK304DN电子元件，三端集成稳压器IC2采用型号78L05电子元件；LNK304DN的外围器件电容C3、C4、C5、电阻R1、R2、二极管D4构成反馈电路，根据输出电压高低自动调节LNK304DN内部振荡脉冲宽度与频率，保证输出电压稳定在+12V，经稳压器IC2稳压，电容C12、C13滤波得到5V的输出电压作为IC3提供所需要的工作电压。

电流互感器检测电路由电流互感器HT1、二极管D8、电容C15、电容C16、电阻R9、R8、ESD保护二极管ZD1器件组成，其中ESD保护二极管ZD1采用PESD5VOL2BT，电流互感器HT1使用TA21CE11；当CN2上负载变化时，在电流互感器HT1上有相应的电流变化，经二极管D8整流、电容C16、C15滤波得到一个随外接负债CN2变化的直流电压，将其送到单片机IC3的PD3上进行检测控制，从而决定继电器J1是断开或闭合；电阻R9、R8为回路负载，当送到单片机IC3的PD3上检测到负载重时，单片机IC3的PC5脚上为低电平相当于在电阻R9上并联一个电阻，加重回路上的负载，以确保得到准确的电压；当回路上负载轻时，单片机IC3的PC5脚上为高阻态相当于并联在电阻R9上的负载R8被去掉，从而减轻回路负载，使得在CN2上负载轻时能判断到当前是否有负载连接；直到拔掉该外接负载，通过单片机IC3的PD3脚上检测到没有负载连接时，单片机IC3的PC3脚输出为低电平，控制继电器J1断开，从而断开本插座的外接负载，起到限制功率的作用。

MCU控制与指示、驱动电路包括二极管D5、单片机IC3、电阻R3、R4、R13、R14主要部件，单片机IC3使用型号STM8S103F2P6单片机，可以预先设定限定功率，二极管D5、电阻R5、电容C6构成RESET电路，在电路中出现异常时自动复位，在设置负载时，先在CN2上外接要限制额定功率的负载，然后按下按钮并通电启动，LED闪烁10秒后，便将该额定功率记入到本插座中，以后如果接上的负载功率大于上述已记入到本插座的额定功率时，该插座便能自动断开该外接负载，起到限制功率的作用。

继电器驱动输出电路由嵌位二极管D9、三极管Q1、电阻R6、电容C17组成，二极管D9并联在继电器J1线圈两端，三极管Q1起开关作用、当IC3的PC3脚为高电平时，三极管Q1导通继电器吸合，当IC3的PC3脚为低电平时，三极管Q1截止继电器断开，当插座进入保护时，外接负载仍然可以通过与C17串联提供小电流，为电流互感器HT1回路上提供小电流，用于判定插座上是否还插有已被保护的负载。

接通电源后，市政电源经防雷保护电路热敏电阻RH1、压敏电阻RV1及整流滤波电路二极管D1、二极管D2、电容C1、电容C2、电感L1把不稳定的交流输入转成稳定的直流高压送至后端，为LNK304DN高效率频率调制降压式开关转换电路提供工作电源；由LNK304DN电路输出电压分别为继电器、三端稳压提供所需要的电压，三端稳压输出为MCU提供稳定的工作电源；MCU具有功率智能识别功能，对插座上使用的负载功率进行采样识别；当外接负载变化时，通过互感器检测电流的变化量转化为电压并送给MCU进行采样分析与内部预设的基准值进行比较，当负载超过该基准预设功率值时，继电器输出电路被切换到C17串联电容一端，使外接负载与该电容进行串联供电，仅维持极小电流通过负载，当外接电器插头从该插座上拔掉后即断开外接负载，这时电流传感器电路以及MCU检测到外接负载断开，将继电器重新切换到常闭状态，重新恢复正常工作起到限制外接电器功率的作用。

本发明装置保证用电安全和器件的是使用寿命，结构简单，安全可靠，成本低，有效防止普通居民用户通过电源插座乱搭与乱接用电负荷，导致插座上电流过超额定电流而引起的意外事故。

Claims (6)

1.一种限功率电源插座，其特征在于，它包括防雷击保护电路及整流滤波电路模块，LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路及三端稳压电路模块，电流互感器检测电路模块，MCU控制、指示与驱动电路模块，继电器驱动输出电路模块，共五个电路模块，市政电源经防雷击保护电路及整流滤波电路转化成高压直流电源，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V为继电器驱动输出电路和三端稳压电路提供工作电源，+12V经过三端稳压电路转化为+5V，为MCU控制、指示与驱动电路提供工作电源；市政电源火线经过电流互感器检测电路和继电器驱动输出电路连到负载电器，电流互感器检测电路把负载的功率大小转化为电压值送到MCU控制指示与驱动电路，MCU控制、指示与驱动电路做出判断负载，控制继电器驱动输出电路的开关，市政电源的火线串接防雷电路中的保险丝F1、热敏电阻RH1再与压敏电阻RV1的一端相连，零线与压敏电阻RV1的另一端相连，再与整流滤波电路D1、D2、L1、C1、C2相连；高压直流电源的正端与芯片LNK304DN的第四脚相连，负端与LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路中的D3的正端相连为电源地，该高压直流电源经LNK304DN高效率输出降压式变频调制开关转换电路转化成+12V电源，与继电器J1线圈的一端和三端稳压器78L05的第1脚相连，78L05的第3脚与芯片STM8S103F2P6的第9脚相连，78L05的第2脚与芯片STM8S103F2P6的第7脚相连接地，市政电源火线与互感器HT1的初级的一端相连，互感器HT1的初级的另一端与继电器驱动输出电路中的继电器J1的的第3脚相连，继电器J1的第4脚经电容C17和继电器J1的第5脚连到负载电器，电流互感器检测电路中的D8的负端与芯片STM8S103F2P6的第19脚相连，HT1的次级的一端接地，芯片STM8S103F2P6的第13脚与继电器驱动输出电路中的电阻R1的一端相连。

2.根据权利要求1所述的一种限功率电源插座，其特征在于，所述防雷击保护电路及整流滤波电路由保险管F1、热敏电阻RH1、二极管D1、D2、电容C1、C2、电感L1器件组成，在火线AC-L上依次串有热敏电阻RH1，二极管D1，电感L1，在零线AC-N串有二极管D2，在火线AC-L和零线AC-N之间加设有电容C1、C2、压敏电阻RV1。

3.根据权利要求1所述的一种限功率电源插座，其特征在于，所述LNK304DN高效率频率调制降压式开关转换电路及三端稳压电路包括集成电路IC1、二极管D3、三端集成稳压器IC2主要器件，其中集成电路IC1采用型号LNK304DN电子元件，三端集成稳压器IC2采用型号78L05电子元件，LNK304DN的外围器件电容C3、C4、C5、电阻R1、R2、二极管D4构成反馈电路。

4.根据权利要求1所述的一种限功率电源插座，其特征在于，所述电流互感器检测电路由电流互感器HT1、二极管D8、电容C15、电容C16、电阻R9、R8、ESD保护二极管ZD1器件组成，其中ESD保护二极管ZD1采用PESD5VOL2BT，电流互感器HT1使用TA21CE11。

5.根据权利要求1所述的一种限功率电源插座，其特征在于，所述MCU控制、LED指示与驱动电路包括二极管D5、单片机IC3、电阻R3、R4、R13、R14主要部件，单片机IC3使用型号STM8S103F2P6单片机，二极管D5、电阻R5、电容C6构成RESET电路。

6.根据权利要求1所述的一种限功率电源插座，其特征在于，所述继电器驱动输出电路由嵌位二极管D9、三极管Q1、电阻R6、电容C17组成，二极管D9并联在继电器J1线圈两端。