CN108390212B - 一种高安全性能的霍尔感应插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高安全性能的霍尔感应插座，包括本体和若干插头，插头上设有永磁体，插座内的工作线路上设有霍尔元件和继电器，霍尔元件用于感应永磁体是否到达工作位置并根据感应结果发送不同感应信号，继电器则用于根据接收到的不同感应信号控制工作线路处于通路或者断路状态。本发明只有永磁体到位以及插座每一个插孔内同时都插上了插头的情况下工作线路才会处于连通状态，任何一个条件不满足的情况下插座内都是无电的；插头完全插入后的一瞬间工作线路才会供电，插头与插座铜片无带电摩擦，保证插座的使用寿命；当插座过载时，插座自动断电并蜂鸣报警，只需拔下插头即可解除警报，卸载后，重新插上即可以过载前的功率正常供电。

Description

一种高安全性能的霍尔感应插座

技术领域

本发明属于电力电子控制领域，具体涉及一种高安全性能的霍尔感应插座。

背景技术

插座，又称电源插座、开关插座，是指有一个或一个以上电路接线可插入的座，通过它可插入各种接线，便于与其他电路接通。它可以通过线路与铜件之间的连接与断开，来达到最终达到该部分电路的接通与断开。但是由于现在人的生活习惯，插座在使用过程中都非常容易造成安全隐患——例如婴幼儿等无自主行为意识的人有意或无意地将手指或者某些导体插入插座的插孔内，容易引发危险；还有很多家庭在安装插座时，觉得太高有碍美观，会装在较低的隐蔽位置，但这样容易在拖地时，让水溅到插座里，从而导致漏电事故。

中国专利CN102842824A公开了一种新型安全插座，通过把两根进线分别与两个干簧管的一端焊接在一起，再把两个干簧管的另外一端与插座内的两块铜片（一个火线，一个零线）焊接在一起，再把普通插头连个插片之间嵌入一小块磁铁，利用插头插入插座时，磁铁会使干簧管构成通路，即此时插座内有电；平时未插入插头时，干簧管内是断路，此时插座内不带电。但是在实际使用情况中，由于干簧管稍微受到一点磁性元件的干扰就会闭合，一方面是容易误操作；另一方面会使插头还未插入工作位置时插座就已经带电，插头与插座内的铜片带电摩擦，容易引起火花，会降低插座的使用寿命。

另中国专利CN106785746A公开了一种插座，在插座与插头接触的面上设置一个开关，只有当插头插入插座触发了开关之后，插座内才会通电，保证插座在未插入插头的时候是不通电的；而且为了防止开关被误操作，在每一个插孔内都设有用于限制开关的安全装置，只有在每一个插孔内都插入插头的情况下，开关才能够被操作。该插座可以有效地避免儿童将手指或导体伸入插孔内导致的触电事故，但是由于其是利用纯机械机构来实现插座电路的开合，使用寿命有限，非常容易产生故障，而且一旦开关发生故障，则插座就失去了安全防触电的作用。

此外，不论是在家用场合还是工业场合，如果功率分配不当，很容易导致插座超荷运行，轻则影响插座的使用寿命，严重的话容易造成火灾等险情的发生。

发明内容

为了解决上述现有技术中存在的缺点，本发明提供一种不会误操作、避免插头与插座产生火花、故障率低且避免超荷运行的高安全性能霍尔感应插座，具体方案如下：

一种高安全性能的霍尔感应插座，包括本体和若干插头，所述插头上设有识别部，所述本体内设有与市电连接的工作线路以及能够感应所述识别部的智控部，所述本体上设有若干与所述工作线路连接且与插头配合的插孔，所述智控部用于控制所述工作线路在连通状态和断开状态之间切换；所述识别部包括在所述插头与本体接触的侧面上开设的磁体容置槽，所述磁体容置槽内嵌设有永磁体；

所述智控部包括：

电压转换模块，用于将市电转换为稳定地直流电便于工作线路可以正常工作；

霍尔模块，用于当感应到所述永磁体时输出一种信号，反之输出另一种信号；

放大模块，用于放大所述霍尔模块发出的感应信号；

非门模块，用于接收经过放大后的感应信号，并根据其信号发出相应的指令；

执行模块，用于根据所述非门模块发出的指令控制所述工作线路处于通路或者断路状态。

进一步地，所述电压转换模块包括设于所述工作线路上的第一电容，所述第一电容为阻性电容，所述第一电容通过第一整流桥依次串联有第一稳压管和第二稳压管；

所述霍尔模块包括与所述第一稳压管串联的霍尔开关；

所述放大模块包括连接于所述第二稳压管和所述霍尔元件之间的双运算放大芯片，所述双运算放大芯片其中两个引脚为所述第二稳压管提供电路的接入端，所述双运算放大芯片另两个引脚分别为霍尔信号的接收端和霍尔信号的输出端；

所述非门模块包括第一三极管和第二三极管构成的非门电路，所述非门电路的逻辑关系为（0,1）（1,0），所述第一三极管与所述双运算放大芯片的霍尔元件信号的输出端通过第一电阻连接，所述第二三极管的输入端通过第二电阻与所述第二稳压管提供的电路连接，所述第二三极管的发射极为反向信号输出端，所述第一三极管并联有第一压敏电阻；

所述执行模块包括设置于所述工作线路上的继电器，所述继电器通过第三三极管与所述第二三极管的发射极连接。

进一步地，所述双运算放大芯片还有一个引脚连接有用于调节所述霍尔元件信号灵敏度的第一可调电阻。

进一步地，所述第一整流桥与所述第一稳压管之间设有第二电容，所述第二电容为无极性电容；所述双运算放大芯片其中作为霍尔元件信号输出端的引脚并联有第二压敏电阻。

进一步地，所述智控部还包括报警组件，所述报警组件包括检测模块和驱动模块，所述检测模块包括与所述双运算放大芯片连接的电流互感器，所述电流互感器的次级并联有第五电阻，所述第五电阻并联有第三电容，所述第三电容串联有第二整流桥，所述第二整流桥并联有第四电容，所述第四电容与所述双运算放大芯片的其中一个引脚连接，所述双运算放大芯片还有一个引脚为电流信号的输出端；

所述驱动模块包括与所述双运算放大芯片电流信号输出端连接的驱动三极管，所述驱动三极管的发射极连接有蜂鸣器，所述蜂鸣器还并联有保护电容。

进一步地，所述智控部还包括双稳模块、与门模块和引导模块，所述双稳模块包括第四三极管和第五三极管并联组成的双稳电路，所述双稳电路通过第三电阻连接于第二稳压管提供的电路；

所述与门模块包括连接于所述第二稳压管与所述非门模块之间的与门芯片，所述与门芯片其中两个引脚为第二稳压管提供电路的接入端，所述与门芯片另两个引脚分别为第二三极管反向信号的接收端和所述第四三极管输出信号的接收端；

所述引导模块包括与所述第四三极管和所述第五三极管对应驱动的第六三极管和第七三极管，所述第四三极管和所述第六三极管为A区，所述第五三极管与所述第七三极管为B区，所述B区通过第四电阻与所述驱动三极管连接，所述第七三极管与所述双运算放大芯片的霍尔信号输出端连接。

进一步地，所述第四三极管、所述第五三极管、所述第六三极管和所述第七三极管均串联有保护电阻。

进一步地，所述双运算放大芯片还连接有用于调节工作线路最大负载的第二可调电阻；所述双运算放大芯片其中作为电流信号输出端的引脚并联有第三压敏电阻。

进一步地，所述第一电容并联有用于消除所述第一电容上残留电荷的第六电阻。

进一步地，所述智控部还包括防干扰模块，所述防干扰模块包括与所述霍尔开关并联的防干扰电阻，所述霍尔开关引脚的信号线束上还套设有抗干扰磁环；所述工作线路上还串联有防雷击元件。

本发明提出的一种高安全性能的霍尔感应安全插座，其有益效果在于：

1、防误操作，只有永磁体到达指定工作位置工作线路才会连通，防止受到人体或者外界磁性设备影响导致插座误操作；

2、进一步提高安全性，只有永磁体到位以及插座每一个插孔内同时都插上了插头的情况下工作线路才会处于连通状态，任何一个条件不满足的情况下插座内都是无电的；

3、防火花，插头完全插入后的一瞬间工作线路才会供电，同时进行，插头与插座铜片无带电摩擦，保证插座的使用寿命；

4、防过载，由于大功率插排的使用，容易导致墙体插座超荷运行，当插座过载时（可调），插座自动断电并蜂鸣报警，只需拔下插头即可解除警报，卸载后，重新插上即可以过载前的功率正常供电。

附图说明

图1为本发明实施例1插头的结构示意图，

图2为本发明实施例1插头的结构剖视图，

图3为本发明实施例1的原理框架图

图4为本发明实施例1插座的电路图，

图5为本发明实施例2的原理框架图，

图6为本发明实施例2插座的电路图，

图7为本发明实施例3的原理框架图，

图8为本发明实施例3插座的电路图，

附图序号及名称：1、插头，2、识别部，201、磁体容置槽，202、永磁体，3、工作线路，4、智控部，401、电压转换模块，40101、第一电容，40102、第一整流桥，40103、第一稳压管，40104、第二稳压管，40105、第二电容，402、霍尔模块，40201、霍尔开关，403、放大模块，40301、双运算放大芯片，404、非门模块，40401、第一三极管，40402、第二三极管，40403、第一电阻，40404、第二电阻，40405、第一压敏电阻，405、执行模块，40501、继电器，40502、第三三极管，406、检测模块，40601、电流互感器，40602、第五电阻，40603、第三电容，40604、第二整流桥，40605、第四电容，407、驱动模块，40701、驱动三极管，40702、蜂鸣器，40703、保护电容，408、双稳模块，40801、第四三极管，40802、第五三极管，40803、第三电阻，409、与门模块，40901、与门芯片，410、引导模块，41001、第六三极管，41002、第七三极管，41003、第四电阻，5、保护电阻，6、防雷击元件。

具体实施方式

为详细说明本发明之技术内容、构造特征、所达成目的及功效，以下兹例举实施例并配合附图详予说明。

实施例1

如图1和图2所示，本发明公开的一种高安全性能的霍尔感应插座，包括本体和若干插头1，插头1上设有识别部2，本体内设有与市电连接的工作线路3以及能够能够感应识别部2的智控部，本体上设有若干与工作线路3连接且与插头配合的插孔，智控部4用于控制工作线路3在连通状态和断开状态之间切换；识别部2包括在插头1与本体接触的侧面上开设的磁体容置槽201，磁体容置槽201内嵌设有永磁体202；

如图3和图4所示，智控部4包括：

电压转换模块401，用于将市电转换为稳定地直流电便于工作线路可以正常工作，包括设于工作线路3上的第一电容40101，第一电容40101为阻性电容，第一电容40101通过第一整流桥40102依次串联有第一稳压管40103和第二稳压管40104，第一稳压管为12V的稳压二极管，第二稳压管为5V的三端稳压管，这样就获得了12V和5V的直流电；第一整流桥40102与第一稳压管40103之间设有第二电容40105，第二电容40105为无极性电容；

霍尔模块402，用于当感应到所述永磁体202时输出一种信号，反之输出另一种信号，包括与第一稳压管40103串联的霍尔开关40201；

放大模块403，用于放大感应信号，包括连接于第二稳压管40104和霍尔开关40201之间的双运算放大芯片40301（型号为LM358），双运算放大芯片40301的引脚4和引脚8为第二稳压管40104提供电路的5V直流电路的接入端，双运算放大芯片40301的引脚5和引脚7分别为霍尔信号的接收端和霍尔信号的输出端，双运算放大芯片40301的引脚6连接有用于调节霍尔开关40201信号灵敏度的第一可调电阻40302；所述双运算放大芯片40301其中作为霍尔信号输出端的引脚并联有第二压敏电阻40303；

非门模块404，用于接收经过放大后的霍尔模块发出的信号，并根据其信号发出相应的指令，包括第一三极管40401和第二三极管40402构成的非门电路，非门电路的逻辑关系为（0,1）（1,0），即第一三极管收到低位信号时第二三极管输出高位信号，第一三极管收到高位信号时第二三极管输出低位信号；第一三极管40401与双运算放大芯片40301的引脚7通过第一电阻40403连接，第二三极管40402的输入端通过第二电阻40404与第二稳压管40104提供的电路连接，第二三极管40402的发射极为反向信号输出端，第一三极管40401并联有第一压敏电阻40405；

执行模块405，用于根据与门模块发出的指令控制工作线路处于通路或者断路状态，包括设置于工作线路3上的继电器40501，继电器40501通过第三三极管40502与第二三极管40402的发射极连接。

智控部4还包括防干扰模块411，防干扰模块411包括与霍尔开关40201并联的防干扰电阻41101，防止霍尔元件受外界(生物电和静电）干扰，霍尔开关40201引脚的信号线束上还套设有抗干扰磁环41102，消除电路上的干扰；继电器40501还串联有保险丝40503，保证智控模块的电路安全；工作线路上还串联有防雷击元件6，使插座有防雷击功能。

本实施例的工作过程如下：

当本体上的插孔内没有插入插头或者插头未完全插入时，非门模块收到低位信号同时输出高位信号，然后通过继电器使工作线路处于断路状态，此时整个插座内是不带电的；当插头在完全插入后，即永磁体位于霍尔开关的指定感应位置时，霍尔开关通过放大模块向非门模块发送高位信号，此时非门模块输出低位信号，继而通过继电器使工作线路处于通路状态，此时插座内是带电的。

由于永磁体必须要达到指定的工作位置时（即插头的插片完全插入插孔内），霍尔元件才会输出指定信号，避免产生磁性物体接近时产生误通电的操作；而且插头的插片完全插入时与工作线路连通几乎是在同一时间完成，而且拔离插头与工作线路断开时也是如此，所以避免了插片与插孔带电摩擦，防止其产生火花，提高插座使用寿命的同时保证使用安全。

实施例2

如图5和图6所示，本实施例与实施例1的区别在于：智控部4还包括报警组件，报警组件包括检测模块406和驱动模块407，检测模块406包括与双运算放大芯片40301连接的电流互感器40601，电流互感器40601的次级并联有第五电阻40602，第五电阻40602并联有第三电容40603，第三电容40603串联有第二整流桥40604，第二整流桥40604并联有第四电容40605，第四电容40605与双运算放大芯片40301的其中一个引脚连接，双运算放大芯片40301还有一个引脚为电流信号的输出端，双运算放大芯片40301还连接有用于调节工作线路最大负载的第二可调电阻40304；

驱动模块407包括与双运算放大芯片40301电流信号输出端连接的驱动三极管40701，驱动三极管40701的发射极连接有蜂鸣器40702，蜂鸣器40702还并联有保护电容40703。

本实施例的工作过程相对于实施例1还多了以下功能：

当工作线路连通时，检测模块还会检测工作线路里的电流，当工作线路里的电流超过预设值时，会通过驱动模块发出警报声提醒用户的注意，直至用户拔掉功率过大的插头。

实施例3

如图7和图8所示，本实施例与实施例2的区别在于：智智控部4还包括双稳模块408、与门模块409和引导模块410，双稳模块408包括第四三极管40801和第五三极管40802并联组成的双稳电路，双稳电路通过第三电阻40803连接于第二稳压管40104提供的电路；

与门模块409包括连接于第二稳压管40104与非门模块404之间的与门芯片40901（型号为74LS08），与门芯片40901的引脚7和引脚14为第二稳压管40104提供电路的接入端，与门芯片40901的引脚1为第二三极管40402反向信号的接收端，与门芯片40901的引脚2为第四三极管40801输出信号的接收端；

引导模块410包括与第四三极管40801和第五三极管40802对应驱动的第六三极管41001和第七三极管41002，第四三极管40801和第六三极管41001为A区，第五三极管40802与第七三极管41002为B区，B区通过第四电阻41003与驱动三极管40701连接，第七三极管41002与双运算放大芯片40301的霍尔信号输出端连接。第四三极管40801、第五三极管40802、第六三极管41001和第七三极管41002均串联有保护电阻5。双运算放大芯片40301其中作为电流信号输出端的引脚并联有第三压敏电阻40305。

双稳模块具有两个稳定状态，当有脉冲信号出发时它将从一个稳定状态翻转到另一个稳定状态，脉冲信号消失后，稳定状态一直能够保持下去，A区的第六三极管提取双运算放大芯片40301的电流信号，当达到设定功率时A区关闭B区的第四三极管翻转成信号1，第四电阻41003提取第四三极管输出（B区启动）信号给驱动三极管，所以蜂鸣器鸣响（完成报警），B区第七三极管提取双运算放大芯片40301的电流信号信号，引导模块的作用是引导第七三极管(当停电后来电时作为引导修复，让B区关闭防止误报警，不影响来电过载保护，即当拔下插头时双运算放大芯片40301输出信号1，反之输出0）B区关闭A区启动第四三极管40801输出信号1（反之输出信号0）。

本实施例相对于实施例2还多了以下功能：

只有当永磁体到达指定工作位置以及所有插孔同时插上了插头的状态下插座才会供电，任何一个情况不满足的情况下工作线路均不会通电；其次，当用户再次插入插头，工作线路会保持过载之前的工作状态工作，卸载后插上插头可以直接工作，自我复位，无需手动调节。

插头在不使用的状态下，可以在插头外套设一个装饰外套，保护插头插片的同时，主要防止识别部吸引铁屑。

综上，仅为本发明之较佳实施例，不以此限定本发明的保护范围，凡依本发明专利范围及说明书内容所作的等效变化与修饰，皆为本发明专利涵盖的范围之内。

Claims (4)

1.一种高安全性能的霍尔感应插座，包括本体和若干插头（1），其特征在于：所述插头（1）上设有识别部（2），所述本体内设有与市电连接的工作线路（3）以及能够感应所述识别部（2）的智控部（4），所述本体上设有若干与所述工作线路（3）连接且与插头（1）配合的插孔，所述智控部（4）用于控制所述工作线路（3）在连通状态和断开状态之间切换；所述识别部（2）包括在所述插头（1）与所述本体接触的侧面上开设的磁体容置槽（201），所述磁体容置槽（201）内嵌设有永磁体（202）；

所述智控部（4）包括：

电压转换模块（401），用于将市电转换为稳定地直流电便于工作线路可以正常工作；

霍尔模块（402），用于当感应到所述永磁体（202）时输出一种信号，反之输出另一种信号；

放大模块（403），用于放大所述霍尔模块发出的感应信号；

非门模块（404），用于接收经过放大后的感应信号，并根据其信号发出相应的指令；

执行模块（405），用于根据所述非门模块发出的指令控制所述工作线路处于通路或者断路状态；

所述电压转换模块（401）包括设于所述工作线路（3）上的第一电容（40101），所述第一电容（40101）为阻性电容，所述第一电容（40101）通过第一整流桥（40102）依次串联有第一稳压管（40103）和第二稳压管（40104）；

所述霍尔模块（402）包括与所述第一稳压管（40103）串联的霍尔开关（40201）；

所述放大模块（403）包括连接于所述第二稳压管（40104）和所述霍尔开关（40201）之间的双运算放大芯片（40301），所述双运算放大芯片（40301）其中两个引脚为所述第二稳压管（40104）提供电路的接入端，所述双运算放大芯片（40301）另两个引脚分别为霍尔信号的接收端和霍尔信号的输出端；

所述非门模块（404）包括第一三极管（40401）和第二三极管（40402）构成的非门电路，所述第一三极管（40401）与所述双运算放大芯片（40301）的霍尔信号的输出端通过第一电阻（40403）连接，所述第二三极管（40402）的输入端通过第二电阻（40404）与所述第二稳压管（40104）提供的电路连接，所述第二三极管（40402）的发射极为反向信号输出端，所述第一三极管（40401）并联有第一压敏电阻（40405）；

所述执行模块（405）包括设置于所述工作线路（3）上的继电器（40501），所述继电器（40501）通过第三三极管（40502）与所述第二三极管（40402）的发射极连接；

所述双运算放大芯片（40301）还有一个引脚连接有用于调节所述霍尔开关（40201）信号灵敏度的第一可调电阻（40302）；

所述第一整流桥（40102）与所述第一稳压管（40103）之间设有第二电容（40105），所述第二电容（40105）为无极性电容；所述双运算放大芯片（40301）其中作为霍尔信号输出端的引脚并联有第二压敏电阻（40303）；

所述智控部（4）还包括报警组件，所述报警组件包括检测模块（406）和驱动模块（407），所述检测模块（406）包括与所述双运算放大芯片（40301）连接的电流互感器（40601），所述电流互感器（40601）的次级并联有第五电阻（40602），所述第五电阻（40602）并联有第三电容（40603），所述第三电容（40603）串联有第二整流桥（40604），所述第二整流桥（40604）并联有第四电容（40605），所述第四电容（40605）与所述双运算放大芯片（40301）的其中一个引脚连接，所述双运算放大芯片（40301）还有一个引脚为电流信号的输出端；

所述驱动模块（407）包括与所述双运算放大芯片（40301）电流信号输出端连接的驱动三极管（40701），所述驱动三极管（40701）的发射极连接有蜂鸣器（40702），所述蜂鸣器（40702）还并联有保护电容（40703）；

所述智控部（4）还包括双稳模块（408）、与门模块（409）和引导模块（410），所述双稳模块（408）包括第四三极管（40801）和第五三极管（40802）并联组成的双稳电路，所述双稳电路通过第三电阻（40803）连接于第二稳压管（40104）提供的电路；

所述与门模块（409）包括连接于所述第二稳压管（40104）与所述非门模块（404）之间的与门芯片（40901），所述与门芯片（40901）其中两个引脚为第二稳压管（40104）提供电路的接入端，所述与门芯片（40901）另两个引脚分别为第二三极管（40402）反向信号的接收端和所述第四三极管（40801）输出信号的接收端；

所述引导模块（410）包括与所述第四三极管（40801）和所述第五三极管（40802）对应驱动的第六三极管（41001）和第七三极管（41002），所述第四三极管（40801）和所述第六三极管（41001）为A区，所述第五三极管（40802）与所述第七三极管（41002）为B区，所述B区通过第四电阻（41003）与所述驱动三极管（40701）连接，所述第七三极管（41002）与所述双运算放大芯片（40301）的霍尔信号输出端连接；

所述第一电容（40101）并联有用于消除所述第一电容上残留电荷的第六电阻。

2.根据权利要求1所述的一种高安全性能的霍尔感应插座，其特征在于：所述第四三极管（40801）、所述第五三极管（40802）、所述第六三极管（41001）和所述第七三极管（41002）均串联有保护电阻（5）。

3.根据权利要求2所述的一种高安全性能的霍尔感应插座，其特征在于：所述双运算放大芯片（40301）还连接有用于调节工作线路最大负载的第二可调电阻（40304）；所述双运算放大芯片（40301）其中作为电流信号输出端的引脚并联有第三压敏电阻（40305）。

4.根据权利要求1所述的一种高安全性能的霍尔感应插座，其特征在于：所述智控部（4）还包括防干扰模块（411），所述防干扰模块（411）包括与所述霍尔开关（40201）并联的防干扰电阻（41101），所述霍尔开关（40201）引脚的信号线束上还套设有抗干扰磁环（41102）；所述继电器（40501）还串联有保险丝（40503）；所述工作线路上还串联有防雷击元件（6）。