CN105047388A - 感应式插座、插头及取电控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种感应式插座、插头及取电控制方法，可有效解决负载插头接入插座时的打火现象以及插座防水、防尘效果不好的问题，技术方案是，采用电磁感应原理，实现插座与插头之间的能量传输，取电控制方法为利用光电对管与射频识别技术检测插座上有无合法负载，使插座保持工作状态或待机状态，所述主电路包括插座端主电路和插头端主电路，所述插座端主电路包括顺序连接的插座端整流桥、插座端逆变电路、一次线圈，所述插头端主电路包括顺序连接的二次线圈、插头端整流桥、插头端逆变电路，所述控制电路包括插座端控制电路与插头端控制电路，本发明结构新颖，防水防尘，方法合理，安全可靠，可用于室外以及存在可燃性粉尘或气体的环境中。

Description

感应式插座、插头及取电控制方法

技术领域

本发明涉及插座、插头，特别是一种感应式插座、插头及取电控制方法。

背景技术

插座是生活中的常用物件，在插进一些电器设备的插头时，插头与插座内金属插套处于接触与非接触之间的过程中，强电场作用会诱发气体放电，产生打火现象，这种情况可能引发火灾、触电事故，在可燃性粉尘或气体的环境下，还会导致火灾及爆炸等严重后果；此外，现有插座若人体经插孔意外接触火线时，同样能造成触电事故；现有插座由于插孔的存在，不能有效的防水、防尘，特别是室外使用时，更需要全面考虑，做好防水与防尘。

目前常见的插座为了避免打火，意外触电现象，以及防水、防尘，已做了不少改进。例如在内部金属插套上附加阻燃材料、采用银合金触点、在外壳插孔处或面板上设置活动盖子等，但并未完全解决该问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的就是提供一种感应式插座、插头及取电控制方法，插头与插座之间通过电磁感应传输能量，无触点，无插孔，可有效解决电器设备取电时的打火现象，防止火灾、触电等安全事故，同时具有良好的防水、防尘效果。

本发明解决的技术方案是，包括插座与插头、主电路以及相应的控制电路，插座包括插座壳体，安装于插座壳体内的原边磁芯，嵌装于插座壳体上表面的光电对管，固定安装于插座壳体表面的定位卡；插头包括插头壳体，安装于插头壳体内的副边磁芯，沿插头壳体中部一周设置的定位凹槽。

所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接整流桥D1的a1端子和b1端子，整流桥D1的正极输出端、负极输出端分别接电容C1的正极与负极，功率开关管S1的漏极接电容C1的正极，功率开关管S1的源极接功率开关管S3的漏极，功率开关管S3的源极接电容C1的负极，功率开关管S2的漏极接电容C1的正极，功率开关管S2的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C1的负极，一次线圈L1的a2端子接功率开关管S1的源极，一次线圈L1的b2端子接功率开关管S2的源极，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4的栅极均连接并受控于插座端PWM驱动电路。二次线圈L2的a3端子与b3端子分别接整流桥D2的a4端子与b4端子，整流桥D2的正极输出端、负极输出端分别接电容C2的正极与负极，功率开关管S5的漏极接电容C2的正极，功率开关管S5的源极接功率开关管S7的漏极，功率开关管S7的源极接电容C2的负极，功率开关管S6的漏极接电容C2的正极，功率开关管S6的源极接功率开关管S8的漏极，功率开关管S8的源极接电容C2的负极，交流电源输出的火线经电感L3接功率开关管S5的源极，交流电源输出的零线接功率开关管S6的源极，功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8的栅极均连接并受控于插头端PWM驱动电路。

所述的控制电路包括插座端控制电路和插头端控制电路，插座端控制电路包括光电对管，插座端控制器，ID卡读卡器，ID卡，以及插座端PWM驱动电路，光电对管与插座端控制器相连，提供开关信号，ID卡读卡器与插座端控制器相连，提供ID卡感应信号，ID卡与ID卡读卡器之间无线连接，其中ID卡读卡器安装于插座壳体内，ID卡安装于插头壳体内，插座端PWM驱动电路与插座端控制器相连，接受插座端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成的逆变电路；插头端控制电路包括插头端控制器，插头端PWM驱动电路，插头端PWM驱动电路与插头端控制器相连，接受插头端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8构成的逆变电路。

本发明结构新颖、电路合理、功能完善、安全可靠，插座上无插孔，插座与插头之间无触点，防水防尘，电器设备取电时不打火，使用方便、效果好，具有良好的社会和经济效益，是插座、插头上的创新。

附图说明

图1为本发明的结构示意图。

图2为本发明的主电路原理图。

图3为本发明的插座端控制电路连接框图。

图4为本发明的插头端控制电路连接框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明。

由图1、2、3、4给出，本发明包括插座1与插头2、主电路以及相应的控制电路，插座1包括插座壳体3，安装于插座壳体3内的原边磁芯4，嵌装于插座壳体3上表面的光电对管5，固定安装于插座壳体3表面的定位卡6；插头2包括插头壳体7，安装于插头壳体7内的副边磁芯8，沿插头壳体7中部一周设置的定位凹槽9。

所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接整流桥D1的a1端子和b1端子，整流桥D1的正极输出端、负极输出端分别接电容C1的正极与负极，功率开关管S1的漏极接电容C1的正极，功率开关管S1的源极接功率开关管S3的漏极，功率开关管S3的源极接电容C1的负极，功率开关管S2的漏极接电容C1的正极，功率开关管S2的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C1的负极，一次线圈L1的a2端子接功率开关管S1的源极，一次线圈L1的b2端子接功率开关管S2的源极，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4的栅极均连接并受控于插座端PWM驱动电路。二次线圈L2的a3端子与b3端子分别接整流桥D2的a4端子与b4端子，整流桥D2的正极输出端、负极输出端分别接电容C2的正极与负极，功率开关管S5的漏极接电容C2的正极，功率开关管S5的源极接功率开关管S7的漏极，功率开关管S7的源极接电容C2的负极，功率开关管S6的漏极接电容C2的正极，功率开关管S6的源极接功率开关管S8的漏极，功率开关管S8的源极接电容C2的负极，交流电源输出的火线经电感L3接功率开关管S5的源极，交流电源输出的零线接功率开关管S6的源极，功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8的栅极均连接并受控于插头端PWM驱动电路。

所述的控制电路包括插座端控制电路和插头端控制电路，插座端控制电路包括光电对管5，插座端控制器，ID卡读卡器，ID卡，以及插座端PWM驱动电路，光电对管5与插座端控制器相连，提供开关信号，ID卡读卡器与插座端控制器相连，提供ID卡感应信号，ID卡与ID卡读卡器之间无线连接，其中ID卡读卡器安装于插座壳体3内，ID卡安装于插头壳体7内，插座端PWM驱动电路与插座端控制器相连，接受插座端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成的逆变电路；插头端控制电路包括插头端控制器，插头端PWM驱动电路，插头端PWM驱动电路与插头端控制器相连，接受插头端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8构成的逆变电路。

所述的定位卡6为弹性结构，用于固定插头2，限定插头2的取电区域；原边磁芯4与副边磁芯8均选用铁氧体高频磁芯，用于提高一次线圈与二次线圈的耦合性能。

所述的功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3、功率开关管S4、功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8均选用MOS功率开关管。

所述的整流桥D1用于将交流电转变为直流电，电容C1用于滤波，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成逆变电路，一次线圈L1绕置于原边磁芯4上，二次线圈L2绕置于副边磁芯8上，整流桥D2用于将高频交流电转变为直流电，电容C2用于滤波，功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8构成逆变电路，电感L3用于滤波。

所述的光电对管5采用反射式对管，用于检测插座1上定位卡6内部区域有没有被覆盖；插座端控制器采用TMS320F28335数字信号处理器及其外围的定时、复位电路实现；ID卡读卡器选用工作频率为13.56MHz(THRC13)的射频读卡模块，相应的，选用工作频率频率为13.56MHz的ID卡；插座端PWM驱动电路利用MOS管驱动芯片IR2103构成。

所述的插头端控制器采用STC11F04单片机及其外围的定时、复位电路实现；插头端PWM驱动电路利用MOS管驱动芯片IR2103构成。

本发明的工作原理如下：

插座与插头之间采用电磁感应原理，通过磁场耦合传输电能，取电控制方法为光电对管检测及射频识别技术。

具体工作过程为：

交流电源输入经整流桥D1整流、电容C1滤波，转变为直流电加至功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成的逆变电路上。

在没有插头放入插座上定位卡内部区域时，插座上光电对管检测不到覆盖物，插座端控制器不发送PWM驱动信号，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4均不导通，一次线圈L1上没有电流，避免了变压器空载损耗，此时插座处于待机状态。

当光电对管检测到插座上定位卡内部区域被覆盖时，插座端控制器使能ID卡读卡器工作，ID卡读卡器将载波信号向外发送，若覆盖物为普通外物，则读卡器收不到回送信号，插座继续保持待机，这种方法可以避免导磁材料(如钢、铁等)误放置时涡流效应引起的耗能、发热以及安全事故；若定位卡内部区域覆盖物为插头，则插头内的ID卡接收读卡器发送的载波信号，进而被激活，ID卡将存储器中的数据经卡内天线回送给读卡器，ID卡读卡器将收到的回送信号解调、解码后送给插座端控制器，若判断为合法的ID卡，则插座进入工作状态，插座端控制器向插座端PWM驱动电路发送100KHz驱动信号，使功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成的逆变电路工作，一次线圈L1得到100KHz交流电，其产生的同频磁场经原边磁芯耦合至副边磁芯，二次线圈L2中即感应出100KHz高频交流电，经整流桥D2整流、电容C2滤波，得到直流电，同时插头端控制器得电运行，其向插头端PWM驱动电路发送一定频率(如50Hz)的驱动信号，使功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8构成的逆变电路工作，经电感L3滤波，最终得到期望频率的交流电。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、本发明中的插座、插头连接负载时，不产生电火花，在可燃性粉尘或气体环境中使用时安全可靠。

2、本发明中的插座、插头无插孔，无触点，能在一定程度上减少触电事故的发生。

3、本发明中的插座没有插孔，防水、防尘效果良好。

4、本发明中采用射频识别技术控制取电，能够根据插头的ID码限定用电负载，实现负载接入的可选择性。

5、本发明中插座端的交流电源输入可不限于220V/50Hz，同时插头端可根据实际需要，得到不同频率的交流电能，大大增强了不同国家与地区之间的通用性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员在本发明技术方案的基础上，不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改与变形仍在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种感应式插座、插头及取电控制方法，包括插座(1)与插头(2)、主电路以及相应的控制电路，插座(1)包括插座壳体(3)，安装于插座壳体(3)内的原边磁芯(4)，嵌装于插座壳体(3)上表面的光电对管(5)，固定安装于插座壳体(3)表面的定位卡(6)，插头(2)包括插头壳体(7)，安装于插头壳体(7)内的副边磁芯(8)，沿插头壳体(7)中部一周设置的定位凹槽(9)。

2.根据权利要求1所述的感应式插座、插头及取电控制方法，其特征在于，所述的主电路中，交流电源输入的火线、零线分别接整流桥D1的a1端子和b1端子，整流桥D1的正极输出端、负极输出端分别接电容C1的正极与负极，功率开关管S1的漏极接电容C1的正极，功率开关管S1的源极接功率开关管S3的漏极，功率开关管S3的源极接电容C1的负极，功率开关管S2的漏极接电容C1的正极，功率开关管S2的源极接功率开关管S4的漏极，功率开关管S4的源极接电容C1的负极，一次线圈L1的a2端子接功率开关管S1的源极，一次线圈L1的b2端子接功率开关管S2的源极，功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4的栅极均连接并受控于插座端PWM驱动电路，二次线圈L2的a3端子与b3端子分别接整流桥D2的a4端子与b4端子，整流桥D2的正极输出端、负极输出端分别接电容C2的正极与负极，功率开关管S5的漏极接电容C2的正极，功率开关管S5的源极接功率开关管S7的漏极，功率开关管S7的源极接电容C2的负极，功率开关管S6的漏极接电容C2的正极，功率开关管S6的源极接功率开关管S8的漏极，功率开关管S8的源极接电容C2的负极，交流电源输出的火线经电感L3接功率开关管S5的源极，交流电源输出的零线接功率开关管S6的源极，功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8的栅极均连接并受控于插头端PWM驱动电路。

3.根据权利要求1所述的感应式插座、插头及取电控制方法，其特征在于，所述的控制电路包括插座端控制电路和插头端控制电路，插座端控制电路包括光电对管(5)，插座端控制器，ID卡读卡器，ID卡，以及插座端PWM驱动电路，光电对管(5)与插座端控制器相连，提供开关信号，ID卡读卡器与插座端控制器相连，提供ID卡感应信号，ID卡与ID卡读卡器之间无线连接，其中ID卡读卡器安装于插座壳体(3)内，ID卡安装于插头壳体(7)内，插座端PWM驱动电路与插座端控制器相连，接受插座端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S1、功率开关管S2、功率开关管S3及功率开关管S4构成的逆变电路，插头端控制电路包括插头端控制器，插头端PWM驱动电路，插头端PWM驱动电路与插头端控制器相连，接受插头端控制器的PWM驱动信号，驱动功率开关管S5、功率开关管S6、功率开关管S7及功率开关管S8构成的逆变电路。

4.根据权利要求1所述的感应式插座、插头及取电控制方法，其特征在于，所述的插座(1)与插头(2)之间采用电磁感应原理，通过磁场耦合传输电能，取电控制方法为光电对管检测及射频识别技术。