CN104466553B - 一种防触电的电源插座安全防护装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种防触电的电源插座安全防护装置，该装置包括，接触感应金属板、感应信号检测电路、安全保护控制电路、交流继电器、电源电路，所述接触感应金属板固定在电源插座面板内侧，接触感应金属板与感应信号检测电路的输入端连接，感应信号检测电路的输出端与安全保护控制电路相连，安全保护控制电路控制交流继电器常闭触电的断开、吸合，电源电路为感应信号检测电路、安全保护控制电路提供电源。本发明防触电的电源插座安全防护装置既能对使用电源插座起到安全保护作用，同时工作可靠性高、结构简单。

Description

一种防触电的电源插座安全防护装置

技术领域

本发明属于电源插座安全防护领域，尤其涉及一种防触电的电源插座安全防护装置。

背景技术

电源插座是家庭必备的市电供电端口。由于电源插座通常始终带电，不规范的取电方式都可能会让使用者触电，形成安全隐患。比如，幼儿、儿童因为好奇，通常会尝试插拔电源插座上的电器插头；在厨房、卫生间等用水便利的场合，用户通常也会在洗过手但并没有干燥的情况下去插拔连接在电源插座上的厨卫电器插头。就可能直接或间接（通过水等液体）误触带电的插头金属片。市面有一些幼儿、儿童的电源插座防触电保护产品，如有一种保护原理是在插座插口上设有单层或双层保护门，有的甚至只有在双孔同时受力的情况下插头才能插入。可以阻挡幼童随意接触插座而触碰到带电的金属插孔，或者阻止其用手指或单根导体等异物插入插孔。但这类防护措施防止不了幼儿、儿童因好奇拔插电源插头触碰到带电的金属片的情况。专利申请书CN2012202523096公开了一种安全插座，只有当电器插头插入并且负载取电工作时插座才对外供电，提高了安全性。但仍然消除不了插拔插头过程中的触电隐患，对于插座表面因为潮湿或意外溅水导致漏电可能伤害到人体等隐患也无法提供安全防护。该方案中，使用了推杆、弹簧、按键等机械结构件来检测插头插入信号，结构较为复杂；而且负载工作与否，是根据工作电流判断，需要外部负载与插座孔电连接形成回路，对实际只需要很小工作电流的负载这类情况，也很容易误判成负载已停止工作，使得负载断电没有获得正常供电。

发明内容

本发明针对现有技术电源插座安全防护装置结构复杂、安全性低的问题，提供一种防触电的电源插座安全防护装置，既能对使用电源插座起到安全保护作用，同时工作可靠性高、结构简单。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：提供一种防触电的电源插座安全防护装置，该装置包括，接触感应金属板、感应信号检测电路、安全保护控制电路、交流继电器、电源电路，所述接触感应金属板固定在电源插座面板内侧，接触感应金属板与感应信号检测电路的输入端连接，感应信号检测电路的输出端与安全保护控制电路相连，安全保护控制电路控制交流继电器常闭触电的断开、吸合，电源电路为感应信号检测电路、安全保护控制电路提供电源。

按上述技术方案，所述感应信号检测电路，具体包括具有斯密特触发功能的2输入与非门U10、U11、U12、U13，电容C10的一端与电阻R10的一端连接，R10的一端与U10的2个输入端连接，R10的另一端与U10的输出端连接，R10的另一端与电容C11的一端连接，C11的另一端与U12的一个输入端连接，C11的一端U11的2个输入端连接，U11的输出端与电容C12的一端连接，C12的一端与电容C13的一端连接，C13的另一端与U12的另一个输入端连接，U12的输出端与U13的2个输入端连接，U13的输出端与安全保护控制电路连接。

按上述技术方案，所述安全保护控制电路，具体包括二极管D20，D20的正极与感应信号检测电路连接，D20的负极与电阻R20的一端连接，R20的一端与电容C20的一端连接，R20的另一端与C20的另一端连接，R20的另一端与C10的另一端连接，R20的一端与电阻R21的一端连接，R21的另一端与MOS管T20的栅极连接，T20的漏极与电阻R22的一端连接，T20的源极与C20的另一端连接，R22的一端与断续声蜂鸣器BZ的一端连接，BZ的另一端与发光二极管LD20的正极连接，LD20的负极与可控硅光耦U20的输入二极管的正极连接，R22的另一端与可控硅光耦U20的输入侧二极管的负极连接，光耦U20输出可控硅的一端与电阻R23的一端连接，R23的另一端与双向可控硅T21的T2极连接，T2极与交流继电器的线圈的一端连接，T21的T1极连接到市电零线上，电阻R24的一端连接到T21的T1极，R24的另一端与T21的G极连接，T21的G极连接到光耦U20输出可控硅的另一端。

按上述技术方案，所述电源电路，具体包括电容C30的一端与电阻R30的一端连接，C30的另一端与R30的另一端连接，C30的一端与市电的火线连接，C30的另一端与二极管D30的负极连接，D30的正极与市电的零线连接，C30的另一端与二极管D31的正极连接，D31的负极与安全保护控制电路中的BZ的另一端连接，电容C31的一端与D31的负极连接，C31的另一端与D30的正极连接，C31的另一端与R20的另一端连接。

按上述技术方案，交流继电器的线圈的另一端与市电的火线连接。

按上述技术方案，所述接触感应金属板为粘贴在电源插座面板里层的金属箔片，该接触感应金属板与电源插座的插座芯对应的位置处镂空，接触感应金属板通过焊点、导线，与感应信号检测电路中的U12的一个输入端相连。

按上述技术方案，所述金属箔片为铜箔。

本发明工作原理为：在安全保护控制电路没发出保护信号的情况下，交流继电器的常闭触点处于闭合状态，电源插座带电，能正常给电器提供电源。当有人体接触或极近距离（设置为小于5mm）接近插座面板时，感应信号检测电路通过安放在插座面板里层的金属感应板检测出接近信号P_S，P_S信号给到安全保护控制电路，由安全保护控制电路通过内部开关电路驱动交流继电器的线圈得电，使继电器的常闭触点断开，插座断电，起到安全保护作用。同时蜂鸣器BZ发声提醒及LED发光管LD20点亮警示。当人体离开金属感应板后，安全保护控制电路内部延时电路短暂延时，然后使交流继电器的线圈失电，插座得电，为外接的电器恢复供电。同时蜂鸣器BZ及LED发光管LD20声光警示停止。

本发明产生的有益效果是：本发明能在人体接触到带电的连接到电源插座上的插头金属片之前，或者在接触到插头金属片时，切断市电，而且人体离开插座后才恢复插座的正常供电，确保了用电安全性和工作可靠性。同时本发明装置由电子元器件构成，不含机械结构件，结构简单，生产制作较为容易。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例防触电的电源插座安全防护装置的示意图；

图2是接触感应金属板在电源插座面板里层的的安装布局示意图；

图3是感应信号检测电路的示意图；

图4是安全保护控制电路的示意图；

图5是电源电路的示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明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用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例中，提供一种防触电的电源插座安全防护装置，如图1所示，该装置包括，接触感应金属板、感应信号检测电路、安全保护控制电路、交流继电器、电源电路，所述接触感应金属板固定在电源插座面板内侧，接触感应金属板与感应信号检测电路的输入端连接，感应信号检测电路的输出端与安全保护控制电路相连，安全保护控制电路控制交流继电器常闭触电的断开、吸合，电源电路为感应信号检测电路、安全保护控制电路提供电源。

进一步地，如图3所示，感应信号检测电路具体包括具有斯密特触发功能的2输入与非门U10、U11、U12、U13，电容C10的一端与电阻R10的一端连接，R10的一端与U10的2个输入端连接，R10的另一端与U10的输出端连接，R10的另一端与电容C11的一端连接，C11的另一端与U12的一个输入端连接，C11的一端U11的2个输入端连接，U11的输出端与电容C12的一端连接，C12的一端与电容C13的一端连接，C13的另一端与U12的另一个输入端连接，U12的输出端与U13的2个输入端连接，U13的输出端与安全保护控制电路连接。其中，感应信号检测电路为一电容式接近开关。U10、U11、U12、U13均采用5V电压供电。U10与R10、C10构成一方波振荡器，该振荡器输出的方波信号分为两路。一路直接送入由U11构成的非门电路，另一路经电容C11送入一个与非门U12的一个输入端。U11为非门，其的输出信号与输入信号的电平相反，相位差180°。U11的输出经并联的电容C12、C13耦合到与非门U12的另一个输入端。如果C11的电容值与C12、C13的并联值相等，则与非门U12的两个输入端的电平信号相位就正好相反，因此只要U10构成的振荡器持续振荡，U12的两个输入端至少有一个为低电平，故U12输出端为稳定的高电平，U12的输出连接到U13构成的非门的输入端，因此U13输出信号P_S为稳定的低电平。接触接近感应金属板1通过导线10连接到C11与U12输入端之间的信号线上，等效于在该信号线上与地之间连接了一只电容器C14。接触感应金属板相当于一只电容的电极板， 当有人体接近接触感应金属板时，其电容值会随着人体的靠近而增大。人体靠近接触感应金属板，C14的电容值会增加，振荡器U10通过C11耦合到U12输入端的方波信号相移随之增加。U12两个输入端电平信号的相位不再正好相反，U12的输出端会出现矩形波脉冲，U13也会输出与U12相反的矩形波脉冲信号P_S，且P_S矩形波脉冲信号的占空比会随着人体的靠近而增加。

进一步地，如图4所示，安全保护控制电路，具体包括二极管D20，D20的正极与感应信号检测电路连接，D20的负极与电阻R20的一端连接，R20的一端与电容C20的一端连接，R20的另一端与C20的另一端连接，R20的另一端与C10的另一端连接，R20的一端与电阻R21的一端连接，R21的另一端与MOS管T20的栅极连接，T20的漏极与电阻R22的一端连接，T20的源极与C20的另一端连接，R22的一端与断续声蜂鸣器BZ的一端连接，BZ的另一端与发光二极管LD20的正极连接，LD20的负极与可控硅光耦U20的输入二极管的正极连接，R22的另一端与可控硅光耦U20的输入侧二极管的负极连接，光耦U20输出可控硅的一端与电阻R23的一端连接，R23的另一端与双向可控硅T21的T2极连接，T2极与交流继电器的线圈的一端连接，T21的T1极连接到市电零线上，电阻R24的一端连接到T21的T1极，R24的另一端与T21的G极连接，T21的G极连接到光耦U20输出可控硅的另一端。安全保护控制电路的工作原理为，安全保护控制电路包括由二极管D20、滤波及延时电容C20、放电电阻R20及N沟道MOSFET管T20构成的开关及延时电路，由可控硅光耦U20及双向可控硅T21构成的保护断电控制电路，由断续声蜂鸣器BZ及发光二极管LD20构成的安全保护声光警示电路。当来自检测电路的信号P_S为低电平时，开关管T20处于截止状态。当人体接触或接近接触感应金属板时，P_S输出矩形波脉冲信号且脉冲信号的占空比会随着人体的靠近而增加。该脉冲信号通过二极管D20对电容C20迅速充电，C20上的电压迅速上升到N沟道MOSFET管T20的开启电压，T20导通，断续声蜂鸣器BZ、发光二极管LD20导通发出声光报警，可控硅光耦U20的输入侧有驱动电流，U20的输出侧光耦可控硅导通，双向可控硅T21会通过R23获得触发信号而导通。可控硅T21的T1极接到市电零线N上，T2极通过CTR_P节点连接到交流继电器J的线圈的一端，交流继电器J的线圈的另一端连接到市电的相（火）线L上。双向可控硅T21导通，市电220V电压加到交流继电器J的线圈上，继电器触点动作，常闭触点断开，五孔插座失电，保证了接触到插座表面的人体安全。当人体离开插座面板、即离开感应金属板时，P_S矩形波脉冲信号迅速恢复成低电平，C20通过R20放电。但由于这里R20的电阻值取得较大，放电时间常数大，放电要持续数十毫秒，开关管T20要延迟数十毫秒后关断。开关管T20关断，蜂鸣器BZ、发光二极管LD20工作回路断开停止声光警示，可控硅光耦U20的输入端失去驱动电流，U20的输出侧光耦可控硅截止，双向可控硅T21失去触发信号而断开，继电器线圈失电，继电器J的常闭触点闭合，电源插座恢复对外供电。延时恢复供电确保了人体能安全离开带电的电源插座。

进一步地，如图5所示，电源电路，具体包括电容C30的一端与电阻R30的一端连接，C30的另一端与R30的另一端连接，C30的一端与市电的火线连接，C30的另一端与二极管D30的负极连接，D30的正极与市电的零线连接，C30的另一端与二极管D31的正极连接，D31的负极与安全保护控制电路中的BZ的另一端连接，电容C31的一端与D31的负极连接，C31的另一端与D30的正极连接，C31的另一端与R20的另一端连接。本发明装置所用电源电路采用由R30、C30构成的电容降压取电电路从220V市电取电，D30为5.6V/1W的稳压二极管，经D31、C31整流滤波后为装置系统提供+5V直流工作电源。

其中，交流继电器的线圈的另一端与市电的火线连接。所述接触感应金属板为粘贴在电源插座面板里层的金属箔片，如图2所示，该接触感应金属板与电源插座的插座芯对应的位置处镂空，接触感应金属板通过焊点、导线，与感应信号检测电路中的U12的一个输入端相连。以使用五孔电源插座为例，来自家用配电箱的220V交流市电的火线L（或与零线N一起）通过交流继电器的常闭触点连接到电源插座上。进一步地，所述金属箔片为铜箔，铜箔便于制备，使用方便。

本发明提供了一种当人体与电源插座面板距离0≤d＜5mm时，电源插座能自动断电、人体移开后经短暂延时后能恢复供电的防触电的电源插座安全保护装置，确保了误触电源插座带电金属片情况下的人身安全。装置由电子元器件构成，不含机械结构件，结构简单，生产制作较为容易。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，该装置包括，接触感应金属板、感应信号检测电路、安全保护控制电路、交流继电器、电源电路，所述接触感应金属板固定在电源插座面板内侧，接触感应金属板与感应信号检测电路的输入端连接，感应信号检测电路的输出端与安全保护控制电路相连，安全保护控制电路控制交流继电器常闭触电的断开、吸合，电源电路为感应信号检测电路、安全保护控制电路提供电源；所述感应信号检测电路，具体包括具有斯密特触发功能的2输入与非门U10、U11、U12、U13，电容C10的一端与电阻R10的一端连接，R10的一端与U10的2个输入端连接，R10的另一端与U10的输出端连接，R10的另一端与电容C11的一端连接，C11的另一端与U12的一个输入端连接，C11的一端U11的2个输入端连接，U11的输出端与电容C12的一端连接，C12的一端与电容C13的一端连接，C13的另一端与U12的另一个输入端连接，U12的输出端与U13的2个输入端连接，U13的输出端与安全保护控制电路连接。

2.根据权利要求1所述的防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，所述安全保护控制电路，具体包括二极管D20，D20的正极与感应信号检测电路连接，D20的负极与电阻R20的一端连接，R20的一端与电容C20的一端连接，R20的另一端与C20的另一端连接，R20的另一端与C10的另一端连接，R20的一端与电阻R21的一端连接，R21的另一端与MOS管T20的栅极连接，T20的漏极与电阻R22的一端连接，T20的源极与C20的另一端连接，R22的一端与断续声蜂鸣器BZ的一端连接，BZ的另一端与发光二极管LD20的正极连接，LD20的负极与可控硅光耦U20的输入二极管的正极连接，R22的另一端与可控硅光耦U20的输入侧二极管的负极连接，光耦U20输出可控硅的一端与电阻R23的一端连接，R23的另一端与双向可控硅T21的T2极连接，T2极与交流继电器的线圈的一端连接，T21的T1极连接到市电零线上，电阻R24的一端连接到T21的T1极，R24的另一端与T21的G极连接，T21的G极连接到光耦U20输出可控硅的另一端。

3.根据权利要求2所述的防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，所述电源电路，具体包括电容C30的一端与电阻R30的一端连接，C30的另一端与R30的另一端连接，C30的一端与市电的火线连接，C30的另一端与二极管D30的负极连接，D30的正极与市电的零线连接，C30的另一端与二极管D31的正极连接，D31的负极与安全保护控制电路中的BZ的另一端连接，电容C31的一端与D31的负极连接，C31的另一端与D30的正极连接，C31的另一端与R20的另一端连接。

4.根据权利要求2所述的防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，交流继电器的线圈的另一端与市电的火线连接。

5.根据权利要求1所述的防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，所述接触感应金属板为粘贴在电源插座面板里层的金属箔片，该接触感应金属板与电源插座的插座芯对应的位置处镂空，接触感应金属板通过焊点、导线，与感应信号检测电路中的U12的一个输入端相连。

6.根据权利要求5所述的防触电的电源插座安全防护装置，其特征在于，所述金属箔片为铜箔。