CN104425997A - 一种智能静态零功耗安全节能多功能插座 - Google Patents

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Abstract

一种智能静态零功耗安全节能多功能插座,交流输出三孔插座是由多个三孔插座组合而成,每一个三孔插座对应于一个负载磁保持继电器控制,具有防雷过压保护、漏电保护、可编程开关定时和遥控及用电设备负载超过设定值后可自动断电功能,能够直观地观察连接在插座上的用电设备正在运行或待机时的电气参数在用电设备关机后插座会自动断电,使得用电设备待机耗能为零,采用了磁保持继电器、高效锂电池及低功耗器件,在自身待机工作中用锂电池即可维持其工作真正做到节能实现了静态零功耗功能;通过按键可以单独设置每一个输出插座的定时时间的长短,定时功能可以设置为定时开、定时关、循环开/关几种状态,以方便不同的需求,通过按键和遥控可以任意开启或关闭每一个输出插座。

Description

一种智能静态零功耗安全节能多功能插座
技术领域
[0001] 本发明属于节电保护控制领域,尤其涉及一种具有智能节电保护控制功能的静态零功耗安全节能插座。
背景技术
[0002] 随着家用电器、视听产品的普及,办公自动化的广泛应用和网络化的不断发展,越来越多的产品具有了待机功能,具有待机能耗的电器设备主要有空调、电脑与通讯系统、家庭视频与音频系统等等。为了避免频繁插拔电器设备插头的麻烦,或是为了保存对电器使用状态的设置,许多用户很习惯地采用不断开电源而仅用遥控器方便的闭合电器,使电器长期处于待机状态,待机功能在为人们提供便利的同时,也造成了大量的能源浪费。
[0003] 举例而言,数字电视的待机能耗在I〜5W左右,机顶盒待机能耗20〜40W左右,个人计算机和显示器待机能耗5〜1W左右,手机充电器待机能耗0.5〜IW左右。根据国际经济合作组织的一项调查称,各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的3%〜13%,目前我国城市家庭的平均待机能耗已经占到了家庭总能耗10%左右,相当于每个家庭使用着一盏15〜30W的“长明灯”,而在办公场所使用的计算机、复印机、传真机、打印机、路由器等等设备,人们为了方便并没有在离开时断开电源,成万上亿数量的设备构成了我们社会巨大的待机功耗,消耗了我们大量的能源和金钱,待机能耗像一只隐形的吸血虫,在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力。
[0004] 针对解决待机功耗出现了节能插座,这些插座在节能和安全上具有了一定的功能,但还是具有以下一些不足:
一、待机时插座一样存在待机能耗。
[0005] 二、防雷电路简单,在雷雨天气用电设备可能出现被雷击的现象,从而损坏设备和造成人身伤害。
[0006] 三、当插座上用电设备负载过重,电流过大时,不能切断交流电源而存在安全隐串
■/Q1、O
[0007] 四、抗浪涌电流能力差,当浪涌电流冲击用电设备时,可对用电设备造成损伤。
[0008] 五、不能实时显示用电设备的运行参数。
[0009] 六、大多数插座不具备漏电保护功能,对于漏电而引起的电气火灾、电气设备损坏事故和人身电击伤亡事故无能为力。
[0010] 七、通用性差。
发明内容
[0011] 本发明的目的在于克服现有智能节能电源插座存在的上述问题而提供一种智能静态零功耗安全节能多功能插座,为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于,交流电源首先输入到防雷过压保护单元1,防雷过压保护单元I的输出与充电控制继电器3、交流采样单元11和主磁保持继电器10相连接;充电控制继电器3有工作电源输入并接受来自单片机2的控制信号进行触点转换动作,经过充电控制继电器3的交流信号送入AC/DC转换单元4,AC/DC转换单元4将交流电压变换为直流电压输出给充电单元5对锂电池8进行充电;锂电池8输出到电源变换单元9将直流电压变换为+12V给各相关电路单元提供工作电压和输出+5V直流电压到USB插座17,为手机及数码产品提供充电电源;交流采样单元11对交流电压、电流进行采样后输出送入电量计量单元12 ;主磁保持继电器10有工作电源输入并接受来自单片机2和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作,其输出的交流信号送入漏电保护单元13 ;漏电保护单元13有工作电源输入并输出控制信号给单片机2 ;其输出的220V交流电压相线接入负载控制磁保持继电器组14,零线接入负载插座的一端;负载控制磁保持继电器组14有工作电源输入并接受来自单片机2和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作;单片机作为智能静态零功耗安全节能多功能插座的核心控制单元,它与按键输入6进行人机通信,与显示单元7通信实时显示电量参数,它检测锂电池8的参数发出指令给充电控制继电器3,开启或关闭充电通道,它与电量计量单元12通信,显示电量参数、控制主磁保持继电器10的开启和关断,它接收按键输入6和无线遥控驱动单元16的信号,用以开启关闭负载控制磁保持继电器组14,它接收漏电保护单元13的漏电检测输出信号,控制主磁保持继电器10的关断。
[0012] 本发明的有益效果:
1、本智能静态零功耗安全节能多功能插座通过新型防雷电路抑制雷电和电网中的瞬变、浪涌等,保护了用电设备不受其干扰、损坏,提高了用电质量,保证了用电设备的稳定运行,延长了用电设备的使用寿命,降低了用电设备的故障率及维修费用,达到了对用电设备节电和保护的双重功效。
[0013] 2、本智能静态零功耗安全节能多功能插座通过显示屏能够直观地观察连接在插座上的用电设备正在运行或待机时的电气参数,使用户对于用电设备节电情况一目了然,更具有实用性及方便性。
[0014] 3、本智能静态零功耗安全节能多功能插座在用电设备关机后插座会自动断电, 使得用电设备待机耗能为零,实现了静态零功耗功能。
[0015] 4、本智能静态零功耗安全节能多功能插座由于采用了磁保持继电器、高效锂电池及低功耗器件,在自身待机工作中用锂电池即可维持其工作真正做到节能。
[0016] 5、本智能静态零功耗安全节能多功能插座具有漏电保护功能,可以有效保护使用用电设备人员的安全。
[0017] 6、本智能静态零功耗安全节能多功能插座当插座上用电设备负载超过设定值后可自动断电,以确保设备安全。
[0018] 7、本智能静态零功耗安全节能多功能插座具有可编程开关定时和遥控功能,方便用户。
[0019] 8、本智能静态零功耗安全节能多功能插座方便操作,工作可靠,适用性强,功能完善,无污染绿色环保。
[0020] 本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
附图说明
[0021] 图1:系统总框图;
图2:防雷过压保护单元电路图图3:AC/DC电路图图4:充电单元电路图图5:漏电保护单元电路图图6:主磁保持继电器驱动电路图图7:交流采样及电量计量电路图图8:5VUSB输出电路
图9:智能静态零功耗安全节能多功能插座示意图图10:负载磁保持继电器控制框图图11:计量及漏电流软件流程图
一种智能静态零功耗安全节能多功能插座,如图1所示,交流电源首先输入到防雷过压保护单元1,防雷过压保护单元I的输出与充电控制继电器3、交流采样单元11和主磁保持继电器10相连接;充电控制继电器3有工作电源输入并接受来自单片机2的控制信号进行触点转换动作,交流输入电源其输出交流信号分别送入AC/DC转换单元4将交流电压变换为直流电压输出给充电单元5对锂电池8进行充电;锂电池8输出到电源变换单元9将直流电压变换为+12V和+5V电压给各相关电路单元提供工作电压和输出+5V直流电压到USB插座17,为手机及数码产品提供充电电源;当单片机控制单元2检测到锂电池电压充满后,发出指令使得充电控制继电器3触点断开,AC/DC转换单元4和充电单元5处于休眠状态无电流输出给锂电池8充电;当单片机控制单元2检测到锂电池电压下降到设定值后,发出指令使得充电控制继电器3触点接通,AC/DC转换单元4和充电单元5处于工作状态输出电流输出给锂电池8进行充电;交流采样单元11对交流电压、电流进行采样后输出送入电量计量单元12 ;主磁保持继电器10有工作电源输入并接受来自单片机2和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作,其输出的交流信号送入漏电保护单元13 ;漏电保护单元13有工作电源输入并输出控制信号给单片机2 ;其输出的220V交流电压相线接入负载控制磁保持继电器组14,零线接入负载插座的一端;负载控制磁保持继电器组14有工作电源输入并接受来自单片机2和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作;单片机作为智能静态零功耗安全节能多功能插座的核心控制单元,它与按键输入6进行人机通信,用户可以通过键盘设置每一个输出插座的定时时间、可以任意开启关闭每一个输出插座,单片机与显示单元7通信实时显示电量参数,单片机检测锂电池8的参数发出指令给充电控制继电器3,开启或关闭充电通道,单片机与电量计量单元12通信,根据采样电路输人的电压电流算出电能,然后把电压、电流及功率由三线双向串行接口传送给单片机,单片机根据键盘输入的指令控制主磁保持继电器10的开启和关断及通过显示单元显示电量参数,单片机接收无线遥控驱动单元16的信号,用以开启关闭负载控制磁保持继电器组14,单片机接收漏电保护单元13的漏电检测输出信号,控制主磁保持继电器10的关断。
[0022] 图2是防雷过压保护单元电路图,交流输入电源电路中的火线和零线之间由RT1、RY1、RT2、Da、LED、Ra组成的第一级差模防雷保护及发光二极管指示电路、在火线和地线之间由RT3、RY2、FD1组成的第二级共模防雷保护电路、在零线和地线之间由RT5、RY4、FDl组成的第三级共模防雷保护电路,在火线和零线之间由RT4、RY3组成的第四级差模防雷保护及失效遥信告警电路,利用带干接点的温度保险丝,在压敏失效时产生一个常闭转常开的信号,向远程发出告警或指令。在受到遭遇雷击后不会受到破坏并能够自动恢复,所设计的浪涌吸收模块可实现ns级的动作速率、15-30KA瞬态μ s级浪涌电源的保护能力,具有结构简单、价格低,使用安全可靠、可现场更换、维护方便等优点。传统保险丝作为过流保护,仅能保护一次,烧断了就需更换。而作为新型PPTC器件(RTl)能在电流浪涌过大、温度过高时对电路起保护作用。在正常情况下,其阻值很小,损耗也很小,不影响电路正常工作;但若有过流(如短路)发生,其温度升高,它的阻值随之急剧升高,达到限制电流的作用,避免损坏电路中的元器件。当故障排除后,PPTC器件的温度自动下降,又恢复到低阻状态,因此选择PPTC器件是为了发挥它过流保护、自动复原双重功能。
[0023] 金属氧化物压敏电阻器(MOV),简称为压敏电阻器,它以其优越的非线性伏安特性,广泛用作线路、设备及元器件的过电压保护和浪涌吸收元件。MOV虽有卓越的功能和作用,但是它在各种应力的作用下,总是会失效的,而它的失效模式,多为短路失效模式。失效最终都会使MOV发生短路。如果没有有效的迅速的保护措施,将失效了的MOV及时的从线路中脱离,会造成整个供电线路的短路事故,并引起着火或爆炸。带合金型温度保险丝的压敏电阻与合金型温度保险丝和氧化锌压敏电阻它们组合在一起能避免因MOV劣化、失效产生过热而产生的火灾隐患。保护原理是这样的:温度保险丝(RY1、RY2、RY3、RY4)与氧化锌压敏电阻(RT2、RT3、RT4、RT5)串联在一起的,温度保险丝需要承受的脉冲电流应与氧化锌压敏电阻的最大承受电流值相当,当氧化锌压敏电阻达到某一温度时,温度保险丝就迅速熔断,这样就切断了氧化锌压敏电阻的电流通路,避免了氧化锌压敏电阻的继续发热,这就能对氧化锌压敏电阻的着火起到了防护作用。当氧化锌压敏电阻(MOV)的温度下降到某一数值后温度保险丝复位。
[0024] 图3是AC/DC电路图,在此电路中采用了一款高集成度、高性能的电流模式PWM控制器芯片ICl 0B2269,0B2269可以线性地降低芯片的开关频率,减少开关的损耗;它具有极低的启动电流和工作电流(2.3mA ),以降低功耗,提高功率转换效率;它在电流采样输入引脚端内置了前沿消隐功能,能有效去除电流反馈信号中的毛刺,有助于减少外部元器件数量,从而提高开关电源系统的整体性能,并有效地降低系统的整体成本。0B2269提供了多种全面的可恢复保护模式,包括对外部MOSFET功率管的保护。
[0025] 0B2269的管脚功能如下:
IP:接地GND
2P:反馈输入FB 3P:启动输入VIN
4P:RI参考设置内部振荡频率设定引脚,RI和GND之间所接的电阻决定芯片的工作频率。
[0026] 5P:RT温度监测输入引脚,通过一个NTC电阻连接到地。
[0027] 6P: SENSE电流监测输入引脚,连接到MOSFET电流监测电阻端。
[0028] 7P:VDD 电源
8P:GATE端用于驱动外接的MOSFET开关管。
[0029] 图中交流输入经D1-D4组成的全波桥式整流,电容Cl滤波,R1/R2与ICl的3脚启动输入VIN端连接,作为芯片快速启动。
[0030] 图中4脚RI端外接有电阻R4,R4阻值决定了芯片工作频率。
[0031]工作频率 f(KHz)=6500/R4(kQ)
工作频率范围可为45K-100KHZ,但是芯片系统性能优化主要是被设计在50KHz-65KHz的应用范围。
[0032] 图中5脚RT端外接有R3和NTC两个电阻,R3是微调电阻,NTC是具有副温度系数的温度电阻,当因某种因素导致系统内部温度逐渐上升时,NTC温度补偿电阻受温度升高的影响,其阻植逐渐降低,从而使RT端的电压逐渐下降,直到RT端的电压降到1.065V(典型植)以下并持续10uS后,芯片停止驱动进而关断M0SFET,电源输出关闭,保护整个系统;当系统内部温度逐渐降低时,温度补偿电阻受温度下降的影响,其阻值逐渐升高,从而使RT端的电压逐渐上升,直到RT端的电压上升到1.165V典型植)并持续10uS后,芯片自动恢复输出,系统恢复正常工作。
[0033] 交流输入经D1-D4组成的全波桥式整流,电容Cl滤波后加到变压器LI原边,L2变压器副边输出经电容C4/C5滤波后输出稳定直流电压;直流电压被送往充电单元,作为锂电池的充电电压;变压器L3经D4、R5和电容C2滤波作为芯片工作电源加到芯片ICl的7脚电源端VDD ;输出电压经反馈电路将输出电压变化量加到芯片2脚反馈输入端FB,当输出发生过功率或短路时,FB端的电压植下降到IV以下时,GATE端无驱动信号输出,芯片输出被关闭保护了整个系统。
[0034] 图4是充电单元电路图,锂离子电池是一种充电电池,它主要依靠锂离子在正极和负极之间移动来工作,是现代高性能电池的代表。锂电池主要优点:能量比较高是铅酸电池的约6-7倍;使用寿命长,使用寿命可达到6年以上;额定电压高(单体工作电压为3.7V或3.2V),约等于3只镍镉或镍氢充电电池的串联电压,便于组成电池电源组;具备高功率承受力;自放电率很低,这是该电池最突出的优越性之一,一般可做到1%/月以下,不到镍氢电池的1/20 ;重量轻,相同体积下重量约为铅酸产品的1/6-1/5 ;7.高低温适应性强,可以在_20°C —60°C的环境下使用;本发明采用4节方型3.7v锂电池(型号523450),用于待机和市电断电状态下为控制和执行电路提供电源,采用恒流/恒压充电的充电器电路芯片CN3703对锂离子电池进行充电管理。该芯片是PWM降压模式锂离子充电管理集成电路,可独立对锂离子电池充电进行全面自动管理,具有封装外形小,外围元器件少和使用简单等优点。电路中从AC/DC单元电路输出的直流电压经电容CCl后加到IC2芯片15脚,IC2芯片I脚内部电压调制器输出,为内部驱动电路提供电源,在I管脚和15管脚之间接一个10nF的电容CC2 ;IC2芯片4脚外接电阻RC2和发光二极管LEDB,充电时发光二极管LEDB亮,IC2芯片5脚外接电阻RCl和发光二极管LEDA,充电结束时发光二极管LEDA亮;IC2芯片6脚电池温度监测输入端,在此管脚到地之间连接一个负温度系数的热敏电阻RC3,如果电池温度超出正常范围,充电过程将被暂停,直到电池温度回复到正常温度范围内;IC2芯片13脚充电电流检测正输入端,此管脚和14管脚测量充电电流检测电阻RC6两端的电压,并将此电压信号反馈给芯片进行电流调制;IC2芯片16脚驱动片外P沟道MOS场效应晶体管的栅极,当控制信号为高电平时,Q2导通,16脚为低电平禁止充电;当控制信号为低电平时,Q2关断,16脚的电压由负温度系数的热敏电阻RC3电阻值决定,进行正常的电池温度监测。
[0035] 图5是漏电保护单元电路图,在低压配电系统中安装漏电保护器是避免人身电击伤亡事故和漏电而引起的电气火灾、电气设备损坏事故的有效措施。当人体接触的电压值超过了安全值,或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时,漏电保护器能够自动切断电源,从而保障人身和设备的安全.它构成了一道安全的屏障,保证了人们用电的安全性。本发明的漏电处理方法采用单片机实时采样漏电信号,并通过单片机选择漏电规格及延时时间。整个漏电处理模块只需单片机I个ADC的硬件资源及一段漏电采样处理程序,即可将漏电处理集中到漏电断路器的主控器上,实现对系统漏电状态的检测。
[0036] 检测元件为漏电电流传感器,它由封闭的环形铁心和一次、二次绕组构成,当被保护电路无触电、漏电故障时,通过漏电电流传感器5T1的一次侧电流的向量和等于零,这样各相工作电流在此电流传感器中所产生的磁通向量和也为零,因此电流传感器的二次侧线圈5T2没有感应电动势产生,漏电保护器不动作,系统正常供电。当被保护电路中有人触电或出现漏电故障时,由于漏电电流的存在,使得通过漏电电流传感器一次侧的各相负载电流(包括中性线电流)向量和不再为零,这一向量和就是漏电电流,在磁通向量和的作用下,此时在电流传感器的环形铁心上将有励磁磁势存在,电流传感器的二次侧线圈有感应电动势产生,此信号经滤波、放大、电压提升等送入运算放大器Al经过处理和比较,变换为A/D模块可以采集的单极性电压信号0-5 V最后送入单片机。在检测电流的大小时,根据试验电流的周期(工频)按照每个周期40个点进行采样,采样一个周期后,根据电流传感器的衰减倍数以及提升电压的数值,通过软件算法计算出实际的电流有效值,送出信号到单片机驱动主动开关动作,迅速切断被保护电路的供电电源,从而达到防止触电事故发生的目的,当处于实验运行时,可外接十5V电压通过按扭开关AN接到电阻5R1,以便检验脱扣器是否正常工作。
[0037] 本设计在软件上兼顾了采样的实时性和单片机的计算能力,适合采用定时中断采样的采样方式及计算能力较弱的单片机系统中,程序采用C语言编写,只需要改变部分宏定义即可移植到不同的单片机系统中,在定时中断采样程序中系统对漏电信号进行采样、计算及处理。
[0038] 图6是主磁保持继电器驱动电路图,磁保持继电器作为继电器的一种,也是一种自动开关,对电路起自动接通和切断作用,所不同的是,磁保持继电器的常闭常开作用完全是依赖永久磁钢的作用,其开关状态的转换是靠一定量的脉冲电信号的触发而完成的,因此,具有省电节能、性能稳定、体积小、承载能力大的特点,比一般电磁继电器性能优越。
[0039] 本发明采用BL8023双向继电器驱动集成电路,用于控制磁保持继电器的工作,它具有输出电流大,静态功耗小的特点。工作电压在5-16V静态功耗电流<10nA,输入高低转换电平在2V左右,与各种单片机兼容,工作温度适用范围:_40°C — 80V。
[0040] 输入A.B用电平触发应在输入加入电阻6R1、6R2到地,保持低电平。这样需要继电器工作就可以在A端加高电平,反之在B端加高电平,按功能表状态工作。BL8023双向继电器驱动集成电路管脚功能如下:
(O输入A.接触发脉冲,也可接电平触发。(2)输入B.接触发脉冲,也可接电平触发。(3) 2脚、6脚是空脚。(4)输出QA接继电器的线包一端。(5)输入QB接继电器的线包另一端。(6) Vdd加继电器工作电压正端。(7) V ss加继电器工作电压负端。在图中可以看到单片机接收来自漏电保护单元输出、手动按键输入、电量计量单元输出信号,单片机输出经驱动电路和二极管6D3、6D4送入IC3双向继电器驱动集成电路BL8023的3脚输入A和7脚输入B,控制主磁保持继电器J2的动作开启或关闭,无线遥控发射器发出遥控信号经遥控接收器接收后经驱动电路和二极管6D1、6D2送入IC3双向继电器驱动集成电路BL8023的3脚输入A和7脚输入B,控制主磁保持继电器J2的动作开启或关闭。
[0041] 当单片机周期扫描漏电保护单元,当检测到有漏电信号后经运算处理后即输出给驱动电路输出触发脉冲导BL8023是双向继电器驱动集成电路的输入A端口,BL8023的输出QA端口输出控制信号使得主磁保持继电器动作其触点开启断开了交流输入通道;当检测到漏电信号消除后,单片机发出指令给驱动电路输出触发脉冲导BL8023是双向继电器驱动集成电路的输入B端口,BL8023的输出QB端口输出控制信号使得主磁保持继电器动作其触点复归接通交流输入通道。
[0042] 手动按键输入单元送出手动按键信号给单片机,用于手动控制主磁保持继电器的动作,接入或断开交流电源通道。
[0043] 在以下两种状态下电量计量单元检测输出给单片机控制主磁保持继电器的动作,接入或断开交流电源通道。第一种情况:当电量计量单元检测到负载功率小于设定值(可以自由设定)时将输出给单片机控制主磁保持继电器的动作,断开交流电源输入通道,使得负载彻底断电为零功耗。第二种情况:当电量计量单元检测到负载功率大于设定值(可以自由设定)时将输出给单片机控制控制主磁保持继电器的动作,断开交流输入电源通道。
[0044] 遥控接收器接收无线遥控发射器发出遥控信号,其目的之一也是控制主磁保持继电器的动作,接入或断开交流电源通道。
[0045] 图7是交流采样及电量计量电路图,电路中IC5芯片CS5460是CRYSTAL公司的电能计量芯片,是一种带有串行接口的单相双向功率电能集成电路芯片,极易与微处理器连接,该芯片采用CMOS制造工艺,功耗低,集成度高,组成电能表所需的外围器件少,在300:1的动态范围内测量电能数据的线性度为0.1%以内;同时,片内集成有电能、电压真有效值、电流真有效值的计算和电能脉冲转换功能及接口电路组成。该电路的工作原理是:采样电路把所输入的电压电流信号转变成CS5460可接受的小电压信号,CS5460根据米样电路输人的电压电流算出电能,然后把电压、电流及功率由三线双向串行接口传送给单片机,单片机根据送入的指令显示测量结果,同时具有测量累计用电电量、插座负载的瞬时功率、累计用电时间的功能,停电时,数据会自动保存。
[0046] 图7电路中电压采样电路由电压传感器CT2及精密电阻网络及去抖电容组成,采集的电压分量送入CS5460的差分电压正输入端VIN+和差分电压负输入端VIN-;电流采样电路电流互感器CT1、精密电阻网络及去抖电容组成,采集的电流分量送入CS5460的差分电流正输入端IIN+和差分电流负输入端IIN-,CS5460与单片机通讯的管脚功能如下
5p SCLK:串行时钟输入 6p SD0:串行时钟输出 7p CS:片选 20p /INT:中断输出 23p SD1:串行数据输入
CS5469 的引脚RESET/CS/SDI/SD0/SCLK/EDIR接单片机P1.0-P1.5 口接收来自单片机的信号,INT与单片机的RST脚连接接收来自CS5460的中断信号。17脚PFMON接7R10和7R11再与地接,监视模拟电源输入是否低于阀值。
[0047]为了实现电能表的功能,软件可划分为:功能操作模块及系统参数自校正模块,系统功能操作模块的主要功能为:为系统与操作人员之间提供友好的交互界面,对系统进行有效的管理,因此该功能模块为该电能表的核心部分。
[0048] 本发明采用的电量计量电路所检测的电量数据不能与国家电表检测的数据相等同,只是为了提供给用户方便大概了解负载功率及耗电概况。
[0049] 图8是5VUSB输出电路,电路采用了一款单芯片的同步降压稳压器CX8505,在输入电压范围内可提供持续的3A负载电流,采用的电流控制模式有快的瞬态响应和不间断的过流检测,具有软启动、低压保护、过温保护、过流保护等功能,在待机模式下电流仅为0.3u A。锂电池输出的直流电压经电容8C1、8C2滤波加到IC6芯片的2脚,2脚电源输入端,输入电压范围在4.75V-30V之间,在输入和地之间接上合适大小的旁路电容,可减少输入到芯片的噪声;I脚为芯片内部驱动栅极输入端,在I和3之间连接一个0.01 u F或更大的升压电容8C4,充电升压后为芯片内部N沟道MOSFET提供驱动;3脚为功率开关管输出端,为输出提供能量,LC滤波器8L1连接在3和输出端;7脚为使能输入端,8R1为上拉电阻用于自动启动;8脚软启动控制输入端,8脚到地之间的电容8C3大小决定了软启动的时间,5脚反馈输入端,输出电压经过电阻8R4、8R3分压后提供给5脚的输入,通过这个采样反馈来调节输出电压;6脚补偿端,在6脚和地之间的由8C5、8R2组成串联的RC网络用来补偿系统的闭环控制,4脚为地;3脚输出电压经8L1和8C7滤波后输出5V电压给USB输出插座,为数码产品提供充电。
[0050] 图9是智能静态零功耗安全节能多功能插座示意图,在图的右侧是智能静态零功耗安全节能多功能插座,在插座上有工作状态指示灯、电量参数液晶显示屏、键盘按钮、负载插座及USB输出插座;在图的左侧是遥控发射器。
[0051] 图10是负载磁保持继电器控制框图,在本发明智能静态零功耗安全节能多功能插座中交流输出是通过三孔插座与负载进行连接的,在图中可以看到220V交流输入的相线(火线)与负载磁保持继电器的触点a相连接,负载磁保持继电器的触点b与三孔插座的一端连接,220V交流输入的零线与三孔插座的另一端连接,当负载磁保持继电器的触点a和b接通时,220V交流输入的相线(火线)经负载磁保持继电器的触点a和b到三孔插座的一端,220V交流输入的零线与三孔插座的另一端连接在插座上输出220V交流给负载,当负载磁保持继电器的触点a和b断开时,插座上无交流输出给负载,负载磁保持继电器的触点a和b的接通与断开受控于单片机发出的指令经磁保持驱动电路接通或断开负载磁保持继电器的触点a和b。
[0052] 在本发明智能静态零功耗安全节能多功能插座中交流输出三孔插座是由多个三孔插座组合而成,每一个三孔插座对应于一个负载磁保持继电器控制,采用这种控制的目的是:
1、通过按键可以单独设置每一个输出插座的定时时间的长短,当然也可设置为不需要定时,定时功能可以设置为定时开、定时关、循环开/关几种状态,以方便不同的需求;
2、通过按键和遥控可以任意开启或关闭每一个输出插座;
3、在图10中画出了四路负载磁保持继电器控制框图,实际应用之中可以根据具体情况予以增减,电路的工作原理都是一样的。
[0053] 本发明智能静态零功耗安全节能多功能插座软件采用C语言编写,软件功能模块较多,程序较大在此就不予以详细阐述,图11只是其中功能模块的一个。
[0054] 本说明书未作详细描述的内容属于本领域技术人员公知的现有技术,虽然本发明己通过有关的实施案例进行了图示和描述,但是,本专业技术人员应当了解,在权利要求书的范围内,可作形式和细节上的各种各样变化,因此本发明的保护范围当以权利要求书为准。

Claims (9)

1.一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:交流电源首先输入到防雷过压保护单元(1),防雷过压保护单元(1)的输出与充电控制继电器(3)、交流采样单元(11)和主磁保持继电器(10 )相连接;充电控制继电器(3 )有工作电源输入并接受来自单片机(2)的控制信号进行触点转换动作,经过充电控制继电器(3)的交流信号送入AC/DC转换单元(4),AC/DC转换单元(4)将交流电压变换为直流电压输出给充电单元(5)对锂电池(8)进行充电;锂电池(8)输出到电源变换单元(9)将直流电压变换为+12V给各相关电路单元提供工作电压和输出+5V直流电压到USB插座(17),为手机及数码产品提供充电电源;交流采样单元(11)对交流电压、电流进行采样后输出送入电量计量单元(12);主磁保持继电器(10)有工作电源输入并接受来自单片机(2)和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作,其输出的交流信号送入漏电保护单元(13);漏电保护单元(13)有工作电源输入并输出控制信号给单片机(2);其输出的220V交流电压相线接入负载控制磁保持继电器组(14),零线接入负载插座的一端;负载控制磁保持继电器组(14)有工作电源输入并接受来自单片机(2)和无线遥控驱动单元的控制信号进行触点转换动作;单片机(2)作为智能静态零功耗安全节能多功能插座的核心控制单元,它与按键输入(6)进行人机通信,与显示单元(7)通信实时显示电量参数,它检测锂电池(8)的参数发出指令给充电控制继电器(3),开启或关闭充电通道,它与电量计量单元(12)通信,显示电量参数、控制主磁保持继电器(10)的开启和关断,它接收按键输入(6)和无线遥控驱动单元(16)的信号,用以开启关闭负载控制磁保持继电器组(14),它接收漏电保护单元(13)的漏电检测输出信号,控制主磁保持继电器(10)的关断。
2.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:通过新型防雷电路在交流输入电源电路中的火线和零线之间,火线和地线之间,零线和地线之间设立了四级差模和共模防雷保护电路,利用带干接点的温度保险丝,在压敏元件失效时产生一个常闭转常开的信号,向远程发出告警或指令;在受到遭遇雷击后不会受到破坏并能够自动恢复,电路采用带合金型温度保险丝的压敏电阻与合金型温度保险丝和氧化锌压敏电阻组合在一起能避免因压敏元件劣化、失效产生过热而产生的火灾隐患。
3.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:采用CRYSTAL公司的电能计量芯片CS5460对交流采样及计量,采样电路把所输入的电压电流信号转变成CS5460可接受的小电压信号,CS5460根据米样电路输人的电压电流算出电能,然后把电压、电流及功率由三线双向串行接口传送给单片机,单片机根据送入的指令在液晶显示屏显示测量结果,同时具有测量累计用电电量、插座负载的瞬时功率、累计用电时间的功能,停电时,数据会自动保存。
4.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:在以下两种状态下电量计量单元检测输出给单片机控制主磁保持继电器的动作,接入或断开交流电源通道;第一种情况:当电量计量单元检测到负载功率小于设定值(可以自由设定)时将输出给单片机控制主磁保持继电器的动作,断开交流电源输入通道,使得负载彻底断电为零功耗;第二种情况:当电量计量单元检测到负载功率大于设定值(可以自由设定)时将输出给单片机控制控制主磁保持继电器的动作,断开交流输入电源通道。
5.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:采用了双向继电器驱动集成电路BL8023,用于控制磁保持继电器的工作。
6.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:采用高效锂电池作为工作电源,在自身待机工作中用锂电池即可维持其系统的工作真正做到节能,同时采用恒流/恒压充电的充电器电路专用芯片CN3703对锂离子电池进行充电管理。
7.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:采用单片机实时采样漏电信号,并通过单片机选择漏电规格及延时时间,当发生漏电时可以迅速切断电源,有效保护使用用电设备人员的安全。
8.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:具有可编程开关定时和遥控功能,方便用户。
9.根据权利要求1所述一种智能静态零功耗安全节能多功能插座其特征在于:220V交流输入的相线(火线)与负载磁保持继电器的触点a相连接,负载磁保持继电器的触点b与三孔插座的一端连接,220V交流输入的零线与三孔插座的另一端连接,当负载磁保持继电器的触点a和b接通时,220V交流输入的相线(火线)经负载磁保持继电器的触点a和b到三孔插座的一端,220V交流输入的零线与三孔插座的另一端连接在插座上输出220V交流给负载,当负载磁保持继电器的触点a和b断开时,插座上无交流输出给负载,负载磁保持继电器的触点a和b的接通与断开受控于单片机发出的指令经负载磁保持驱动电路接通或断开负载磁保持继电器的触点a和b。
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