CN111130313A - 智慧城市多功能杆、智能电源适配器及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种智慧城市多功能杆、智能电源适配器及其工作方法，智能电源适配器包括控制器、电源输入接口、电源输出接口和开关模块；电源输入接口与电源输出接口的连接关系为以下一种或几种：电源输入接口通过电能变换装置和开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口通过开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口直接连接电源输出接口，在电源输出接口除连接开关模块；开关模块连接控制器。智能电源适配器能够根据实际情况需求针对电源适配器各电源输出接口所连接负荷进行单独控制，实现负荷电源的远方投切。控制器通过各电压处理电路和各电流处理电路能够实时采集到相应的电压和电流信号，实现电源适配器工作状态和用电情况的实时监测。

Description

智慧城市多功能杆、智能电源适配器及其工作方法

技术领域

本发明涉及电源供电技术领域，特别涉及一种智慧城市多功能杆、智能电 源适配器及其工作方法。

背景技术

随着全球信息化技术的发展，电子设备产品已经完全渗入人们的生活。很 多电子设备产品，由于其具有便携式特点，所以成为广为普及的通讯工具。

目前，很多电子设备工作时，都需要电源适配器对其进行供电。电源适配 器(Power adapter)是小型便携式电子设备及电子电器的供电电源变换设备，一般 由外壳、电源变压器、逆变器和整流电路等组成，按其输出类型可分为交流输 出型和直流输出型；按连接方式可分为插墙式和桌面式。广泛配套于电话子母 机、游戏机、语言复读机、随身听、笔记本电脑、蜂窝电话等设备中。

现有技术中电源适配器只是用于交直流电转换，使得转换后的交直流电能 够直接应用于相应的设备或为相应的设备进行充电，当电源适配器存在多路输 出，连接多种应用负荷时，并不能针对各路负荷进行单独控制，只能全部关闭 或打开所有应用负荷的供电，因此针对各中应用负荷的控制非常不灵活。

路灯是给道路提供照明功能的灯具，泛指交通照明中路面照明范围内的灯 具。路灯被广泛运用于各种需要照明的地方。随着智慧城市的建设与发展，路 灯的功能已逐步拓展到集多种应用于一身的智慧城市多功能杆了。多功能杆又 称为多功能电杆、智能电杆、智慧路灯、智慧电杆等。

发明内容

本发明的第一目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种智能电源适 配器，该智能电源适配器能够根据实际情况需求针对电源适配器各电源输出接 口所连接负荷进行单独控制，实现负荷电源的远方投切，并且能有效支持各路 负荷的安全检修。

本发明的第二目的在于提供一种智能电源适配器的工作方法。

本发明的第三目的在于提供一种多功能杆。

本发明的第一目的通过下述技术方案实现：一种智能电源适配器，包括控 制器、电源输入接口、电源输出接口和开关模块；

电源输入接口与电源输出接口的连接关系包括以下一种或几种：电源输入 接口通过电能变换装置和开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口通过 开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口直接连接电源输出接口，电源 输出接口的输出端连接有开关模块；

所述开关模块连接控制器，通过控制器控制其工作状态。

优选的，还包括电压处理电路和电流处理电路；

电源适配器的各电压监测端口连接有电压处理电路，并且与电压处理电路 的输入端连接；电源适配器的各电流监测端口连接有电流处理电路，并且与电 流处理电路的输入端连接；

控制器连接各电压处理电路和各电流处理电路的输出端，用于采集各电压 处理电路和各电流处理电路输出的信号，然后根据各电压处理电路和各电流处 理电路输出的信号判定电源适配器的工作状态以及电源适配器所供电负荷的用 电情况；

电源适配器的电压监测端口包括设置在电源输入接口的输入端之前和电源 输出接口输入端之前的端口；电源适配器的电流监测端口包括设置在电源输入 接口的输出端之后以及电源输出接口输入端之前的端口。

优选的，所述开关模块包括第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块， 第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块个数为一个或多个；

所述电源输出接口包括第一电源输出接口、第二电源输出接口和第三电源 输出接口，其中第一电源输出接口、第二电源输出接口和第三电源输出接口为1 个或多个；

所述电能变换装置的个数为多个；

电源输入接口通过各第一开关模块分别连接到各电能变换装置的输入端， 各电能变换装置的输出端对应连接各第一电源输出接口；

电源输入接口通过各第二开关模块分别对应连接到各第二电源输出接口；

电源输入接口直接连接各第三电源输出接口，第三电源输出接口的输出端 连接有第三开关模块；

所述电能变换装置包括交流电变换到交流电的电能变换装置、交流电变换 到直流电的电能变换装置、直流电变换到交流电的电能变换装置以及直流电变 换到直流电的电能变换装置中的一种或几种。

更进一步的，所述开关模块为继电器；各继电器的控制电路连接控制器； 作为第一开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和电能变换装置所 连接的线路上；作为第二开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和 第二电源输出接口所连接的线路上，作为第三开关模块的继电器的工作电路连 接到第三电源输出接口输出所连接的线路上；

所述智能适配器还包括漏电流互感器，所述漏电流互感器设置在电源输入 接口的输出端所连接的线路上；

所述漏电流互感器通过电流处理电路连接到控制器。

优选的，所述控制器连接有通讯模块，通过通讯模块与外部终端进行通讯。

本发明的第二目的通过下述技术方案实现：一种本发明第一目的所述的智 能电源适配器的工作方法，步骤如下：

电源输入接口输入的电流通过以下一种或几种方式输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流通过电能变换装置进行电能转换，并且通过开关 模块后，输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流通过开管模块后输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流直接输出到电源输出接口；

控制器通过控制电源输出接口输入端的开关模块或输出端的开关模块的工 作状态，控制对应电源输出接口是否输出电流。

优选的，电源输入接口输入的电流通过各第一开关模块分别输入到各电能 变换装置，各电能变换装置进行相应的电能转换后，输入到各第一电源输出接 口；

还包括如下步骤：电源输入接口输入的电流通过各第二开关模块后，分别 输入到各第二电源输出接口；

电源输入接口输入的电流直接输入到各第三电源输出接口；

控制器通过控制各第一开关控制模块的工作状态来控制各第一电源输出接 口是否输出电流；控制器通过控制各第二开关控制模块的工作状态来控制各第 二电源输出接口是否输出电流；控制器通过控制第三电源输出接口的第三开关 模块的工作状态控制各第三电源输出接口是否输出电流；

所述工作方法还包括如下步骤：

通过各电压处理电路获取电源适配器各电压监测端口的电压信号，进行处 理后传送到控制器中；

通过各电流处理电路获取电源适配器各电流监测端口的电压信号，进行处 理后传送到控制器中；

控制器根据各电压处理电路和电流处理电路发送的信号，对电源适配器的 工作状态进行判定，对电源适配器所供电负荷的用电情况进行计算。

优选的，控制器根据电压处理电路和电流处理电路发送的信号，确定电源 适配器所供电负荷的用电情况，具体如下：

控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电压处理电路输出的信号，根 据该信号获取到各电源输出接口的输入电压；同时控制器采集各电源输出接口 的输入端所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到各电源输出接口 输入的电流；根据各电源输出接口输入的电压和电流，求取各电源输出接口所 连接负荷的用电量：

其中Q_i,S为第i个电源输出接口所连接负荷在时间段S内的用电量，uout_i,k为 时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电压；Iout_i,k为时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电流；N_s为时间段S内信号的采样点总数；

控制器根据电压处理电路和电流处理电路发送的信号，确定电源适配器的 工作状态，具体如下：

控制器采集电源输入接口输入端所连接电压处理电路输出的信号，根据该 信号获取到电源输入接口输入的电压，根据该电压获取到第一判据V1：

其中N为每个采样周期T的采样点总数，VCC为控制器的电源电压，Uin_k为 第k个采样点所获取到的电源输入接口的输入电压；

判定abs(V1)是否大于零，若是，则判定电源适配器为得电状态；

判定abs(V1)是否大于1.1*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器存在过 压的情况，判定abs(V1)是否小于0.85*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器 存在欠压的情况；

控制器采集电源输入接口输出端所连接电流处理电路输出的信号，根据该 信号获取到电源输入接口输出的电流，根据该电流获取到第二判据V2：

Iin_k第k个采样点所获取到的电源输入接口的输出电流；

判定abs(V2)是否大于第一阈值I_{Ishortcurrent}，若是，则判定电源适配器存在短 路的情况；其中，I_{Ishortcurrent}＝100*N/Tratio，单位为安，Tratio为电源输入接口 输出端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；

判定abs(V2)是否大于第二阈值I_overcurrent，若是，则判定电源适配器存在过 流的情况，其中I_overcurrent＝40*N/Tratio，单位为安；

控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电流处理电路输出的信号，根 据该信号获取到各电源输出接口输入的电流，根据该电流获取到对应各第三判 据V3_i：

Iin_k_i为第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入的电流；

判定abs(V3_i)是否大于第三阈值I_i_overcurrent，若是，则判定第i个电源输出 接口输入端所连接的线路存在过流的情况；

其中：

I_i_overcurrent＝X_i*N/Tratio_i；

Tratio_i为第i个电源输出接口输入端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；P_i为第i个电源输出接口所连接负荷的总功率；U为电源输入接口输入电压 的有效值；d为保险系数；

控制器采集漏电流互感器所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获 取到漏电流互感器输出的电流，根据该电流获取到对应的第四判据V4：

Irc_k为在第k个采样点所获取到的漏电流互感器输出的电流；

判定abs(V4)是否大于0.2*N/Tratio_r，Tratio_r为漏电流互感器的变比。

本发明的第三目的通过下述技术方案实现：一种多功能杆，包括权利要求1 至5中任一项所述的智能电源适配器，智能电源适配器设置在多功能杆的内部。

优选的，多功能杆还包括带漏电保护的第一断路器、交流防雷电路、第二 断路器，所述第二断路器的个数为一个或多个，通过控制器控制其工作状态；

多功能杆外部接入的线路依次连接带第一断路器和交流防雷电路后连接智 能电源适配器的电源输入接口；

智能电源适配器中，各第一电源输出接口、各第二电源输出接口和各第三 电源输出接口分别连接各第二断路器，通过各第二断路器后对应连接多功能杆 外部的各负荷。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本发明智能电源适配器包括控制器、电源输入接口、电源输出接口和 开关模块；电源输入接口与电源输出接口的连接关系包括以下一种或几种：电 源输入接口通过电能变换装置和开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接 口通过开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口直接连接电源输出接口， 在电源输出接口的输出端连接有开关模块；开关模块连接控制器，通过控制器 控制其工作状态。本发明中，控制器通过控制上述各开关模块可以控制各电源 输出接口是否输出电流，从而实现根据实际情况需求针对电源适配器各电源输 出接口所连接负荷进行单独控制，实现负荷电源的远方投切，并且能有效支持 各路负荷的安全检修。

(2)本发明智能电源适配器中，还包括电压处理电路、电流处理电路，电 源适配器的各电压监测端口连接有电压处理电路，电源适配器的各电流监测端 口连接有电流处理电路，控制器连接各电压处理电路和各电流处理电路的输出 端，用于采集各电压处理电路和各电流处理电路输出的信号，然后根据各电压 处理电路和各电流处理电路输出的信号判定电源适配器的工作状态以及电源适 配器所供电负荷的用电情况。本发明控制器通过各电压处理电路和各电流处理 电路能够实时采集到相应的电压和电流信号，实现电源适配器工作状态和用电 情况的实时监测，从而确定出电源适配器是否正常工作，能够保障电源适配器 本身及其供电的负荷安全使用。

(3)本发明智能电源适配器中，电能变换装置和电源输出接口的个数均可 以为多个，电源输入接口输入的电流可以通过各电源变化装置输出到各电源输 出接口，电源输入接口输入的电流也直接输出到电源输出接口，其中，电能变 换装置可以包括AC/AC电能变换装置、AC/DC电能变换装置、DC/AC电能变换装 置、DC/DC电能变换装置中的一种或几种，因此通过本发明智能电源适配器获 取到不同的交直流信号，适合多个设备以及多种类型设备同时使用。

(4)本发明智能电源适配器中，还包括漏电流互感器，漏电流互感器设置 在电源输入接口的输出端所连接的线路上；漏电流互感器通过电流处理电路连 接到控制器，在本发明中，能够通过漏电流互感器检测到电源适配器是否存在 漏电的情况，在漏电时，可以通过控制器控制各开关模块断开，使得电源适配 器中的各线路不通电，进一步确保电源适配器的安全使用。

(5)本发明智能电源适配器在工作过程中，通过各监测端口所获取到的电 压或电流信号，能够实现电源适配器是否得电、欠压、漏电、过压、漏电流、 短路的监测，实现电源适配器较为全面的工作状态监测，进一步保障了电源适 配器本身及其供电的负荷安全使用。

附图说明

图1是本发明智能电源适配器的一种结构原理图。

图1a是本发明智能电源适配器中电压处理电路原理图。

图1b是本发明智能电源适配器中电流处理电路原理图。

图1c是本发明智能电源适配器的另一种结构原理图。

图2是本发明智能电源适配器的电路原理图。

图3是本发明多功能杆的电路原理图。

附图说明：1、电源输入接口；2、电能变换装置；3、漏电流互感器；4、 控制器；5、开关模块；6、第一断路器；7、第二断路器；8、固态继电器；9、 电流互感器；11、第一电源输出接口；12、第二电源输出接口；13、第三电源 输出接口。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方 式不限于此。

实施例

本实施例公开了一种智能电源适配器，如图1和2所示，包括电源输入接口1、 电能变换装置2、电源输出接口、电压处理电路、电流处理电路、控制器4和开 关模块5。在本实施例中，控制器可以使用单片机、PLC、DSP、PIC(可编程中断 控制器)等控制器件。

在本实施例中，电源输入接口与电源输出接口的连接关系包括以下一种或 几种：电源输入接口通过电能变换装置和开关模块连接对应电源输出接口；电 源输入接口通过开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口直接连接电源 输出接口，在电源输出接口的输出端连接有开关模块。

开关模块连接控制器，通过控制器控制其工作状态。

在本实施例中，开关模块包括第一开关模块、第二开关模块和第三开关模 块，第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块个数为一个或多个。开关模 块连接控制器，通过控制器控制其工作状态。

本实施例中，电源输出接口包括第一电源输出接口11、第二电源输出接口 12和第三电源输出接口13，其中第一电源输出接口11、第二电源输出接口12和 第三电源输出接口13为1个或多个。

本实施例中，电能变换装置的个数可以设置为多个；包括交流电变换到交 流电的电能变换装置、交流电变换到直流电的电能变换装置、直流电变换到交 流电的电能变换装置以及直流电变换到直流电的电能变换装置中的一种或几 种，例如，如图1中所示，电能变换装置包括AC/DC48V、AC/DC24V和AC/DC12V 的，分别将电源输入接口输入的交流电转换为48V、24V和12V的直流电。

本实施例中，电源输入接口通过各第一开关模块分别连接到各电能变换装 置的输入端，各电能变换装置的输出端对应连接各第一电源输出接口，各第一 电源输出接口能够分别获取到各电能变换装置变换后的电信号，为第一电源输 出接口所连接的负荷进行供电。

电源输入接口通过各第二开关模块分别对应连接到各第二电源输出接口， 各第二电源输出接口能够分别获取到电源输入接口输入的电信号，为各第二电 源输出接口所连接的负荷分别进行供电。

电源输入接口1连接各第三电源输出接口，各第三电源输出接口的输出连接 各第三开关模块。

其中各第一开关模块在控制器的控制下，能够控制各第一电源输出接口是 否输出电流，各第二开关模块在控制器的控制下，能够控制各第一电源输出接 口是否输出电流，因此通过控制器针对第一开关模块和第二开关模块控制，使 得各第一电源输出接口和各第二电源输出接口所连接的各路负荷能够进行单独 控制。

在本实施例中，开关模块为继电器；各继电器的控制电路连接控制器；作 为第一开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和电能变换装置所连 接的线路上；作为第二开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和第 二电源输出接口所连接的线路上，作为第三开关模块的继电器的工作电路连接 到第三电源输出接口输出所连接的线路上。

在本实施例中，第二电源输出接口和第三电源输出接口直接获取电源输入 接口输入的电信号，其中电源输入接口和第二电源输出接口之间设置有第二开 关模块，第二开关模块使用的是一些体积功率较小的板材继电器，如图2中Re_1 至Re_5所示，因此第二电源输出接口适合连接功率小于2kw的负荷。第三电源输 出接口和电源输入接口直接连接，在第三电源输出接口的输出端连接的第三开 关模块为固态继电器，固态继电器有较强的驱动，体积比较大，因此外置在电 源适配器外部，在连接固态继电器的情况下，第三电源输出接口适合连接功率 大于7kw的负荷，例如，如图1中所示，第三电源输出接口连接固态继电器，通 过固态继电器连接到充电桩。

在本实施例中，如图1和2所示，电源输入接口的输出端所连接的总线路上 设置有漏电流互感器3，漏电流互感器通过电流处理电路连接控制器。控制器通 过漏电流互感器可以检测到电源输入接口是否存在漏电的情况。

其中图1中所示为本实施例中电源输入接口与电源输出接口的连接关系包 括上述三种连接关系的情况，其中包括4个电能变换装置，电源输入接口通过4 个电能变换装置分别对应与4个电源输出接口连接，电源输入接口通过一个开关 模块连接一个电源输出接口，电源输入接口直接连接一个电源输出接口，当电 源输出接口直接连接电源输入接口时，可以在电源输出接口的输出端连接一个 开关模块。在本实施例中，电源输入接口与电源输出接口也可以只包括以下情 况：电源输入接口通过各开关模块连接对应各电源输出接口，如图1c中所示， 即各电源输入接口输入的电流通过各开关模块直接输出到各电源输出接口。

本实施例中，电源适配器的各电压监测端口连接有电压处理电路，并且与 电压处理电路的输入端连接；电源适配器的各电流监测端口连接有电流处理电 路，并且与电流处理电路的输入端连接；在本实施例中，电源适配器的电压监 测端口包括设置在电源输入接口的输入端之前和电源输出接口输入端之前的端 口；电源适配器的电流监测端口包括设置在电源输入接口的输出端之后以及电 源输出接口输入端之前的端口。其中当电源输出接口所在线路设置有电能变换 装置时，电源输出接口的输入端之前，位于电能变换装置的输入端之前或者输 出端之后可以作为电压监测端口和电流监测端口，在本实施例中，如图1所示， 电源输出接口的输入端之前位于电能变换装置的输入端之前的线路上设置有电压监测端口和电流监测端口，即通过电压监测端口和电流监测端口检测到各电 能变换装置输入的电压和电流信号。在本实施例中，可以根据实际监测需求设 置电源适配器的电压监测端口和电流监测端口。

控制器4连接各电压处理电路和各电流处理电路的输出端，用于采集各电压 处理电路和各电流处理电路输出的信号，然后根据各电压处理电路和各电流处 理电路输出的信号判定电源适配器的工作状态以及电源适配器所供电负荷的用 电情况；

在本实施例中，如图1a所示，电压处理电路包括依次连接的分压电路、滤 波电路和升压电路；电压处理电路的分压电路的输入端连接电源适配器的电压 监测端口，电压处理电路的升压电路输出端连接控制器；电压处理电路中分压 电路可以由串联的第一电阻和第二电阻组成，其中第一电阻的一端连接电压监 测端口，第一电阻的另一端连接第二电阻的一端后连接滤波电路，第二电阻的 另一端接地。电压处理电路中升压电路可以直接通过放大器来实现，也可以通 过变压器来实现。

在本实施例中，如图1b所示，电流处理电路包括依次连接的电流互感器、 分流电路、滤波电路和升压电路；电流处理电路的电流互感器分别连接电源适 配器的电流监测端口，电流处理电路的升压电路输出端分别连接控制器。在本 实施例中，电流处理电路中分流电路连接在电流互感器的二次侧，分流电路可 以由串联的第三电阻和第四电阻组成，第三电阻和第四电阻的连接的端口连接 滤波电路；电流处理电路中升压电路可以直接通过放大器来实现，也可以通过 变压器来实现。在本实施例中，如图2中所示，电流互感器9分别设置在电源适 配器的各电流监测端口。

在本实施例中，控制器可以根据各电源输出接口的输入端所连接电压处理 电路和电流处理电路发送的信号，获取到各电源输出接口的输入端输入的电压 和电流值，从而确定各电源输出接口所连接负荷的用电情况。

在本实施例中，控制器可以根据电源输入接口输入端连接的电压处理电路， 确定电源适配器的得电情况、确定电源适配器是否存在欠压和过压的情况。

在本实施例中，控制器可以根据电源适配器输出端连接的线路上的漏电流 互感器检测电源适配器是否存在漏电情况。控制器可以根据电源适配器输出端 连接的电流处理电路确定是否电源适配器总线路是否存在过流的情况；控制器 可以根据各电源输出接口的输入端所连接的电流处理电路确定电源适配器中各 支线路是否存在过流的情况。

在本实施例中，智能电源适配器的控制器还可以通过485线连接到通讯模 块，通过通讯模块与多功能杆外部的远程终端连接，控制器通过通讯模块可以 接收远程终端发送的相应的远程控制指令，例如控制各开关模块工作状态的工 作指令；控制器通过通讯模块可以将其内部信息发送给外部终端，内部信息例 如控制器判定出的电源适配器的工作状态以及电源适配器所供电负荷的用电情 况，外部终端可以是手机、电脑、服务器等，通讯模块可以是智能网关。

本实施例还公开了一种上述智能电源适配器的工作方法，具体步骤如下：

(1)电源输入接口输入的电流通过以下一种或几种方式输出到电源输出接 口：电源输入接口输入的电流通过电能变换装置进行电能转换，并且通过开关 模块后，输出到电源输出接口；电源输入接口输入的电流通过开管模块后输出 到电源输出接口；电源输入接口输入的电流直接输出到电源输出接口；控制器 通过控制电源输出接口输入端的开关模块或输出端的开关模块的工作状态，控 制对应电源输出接口是否输出电流。具体如下：

电源输入接口输入的电流通过各第一开关模块分别输入到各电能变换装 置，各电能变换装置进行相应的电能转换后，输入到各第一电源输出接口；电 源输入接口输入的电流通过各第二开关模块后，分别输入到各第二电源输出接 口；电源输入接口输入的电流直接输入到各第三电源输出接口；

其中，控制器通过控制各第一开关控制模块的工作状态来控制各第一电源 输出接口是否输出电流；控制器通过控制各第二开关控制模块的工作状态来控 制各第二电源输出接口是否输出电流，控制器通过控制各外置固态继电器的工 作状态来控制各第三电源输出接口是否输出电流到外部负荷。

(2)通过各电压处理电路获取电源适配器各电压监测端口的电压信号，进 行处理后传送到控制器中；通过各电流处理电路获取电源适配器各电流监测端 口的电压信号，进行处理后传送到控制器中。

其中，各电压处理电路在获取到各电压监测端口的电压信号后，经过分压、 滤波和升压处理后，得到能够输入到控制器模拟输入端口的0～5V的电压信号； 各电流处理电路首先通过电流互感器检测到各电流监测端口电流信号，然后进 行分流、滤波、升压处理后，得到能够输入到多回路检测装置例如PIC芯片模 拟输入端口的0～5V的电压信号。控制器根据各模拟端口接收到的电压信号对 应能够确定出电源适配器各电压监测端口和电流监测端口的电压和电流。

(3)控制器根据各电压处理电路和电流处理电路发送的信号，对电源适配 器的工作状态进行判定，对电源适配器所供电负荷的用电情况进行计算。具体 如下：

(31)控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电压处理电路输出的信 号，根据该信号获取到各电源输出接口的输入电压；同时控制器采集各电源输 出接口的输入端所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到各电源输 出接口输入的电流；根据各电源输出接口输入的电压和电流，求取各电源输出 接口所连接负荷的用电量：

其中Q_i,S为第i个电源输出接口所连接负荷在时间段S内的用电量，uout_i,k为 时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电压；Iout_i,k为时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电流；N_s为时间段S内信号的采样点总数；

(32)控制器根据电压处理电路和电流处理电路发送的信号，确定电源适 配器的工作状态，具体如下：

控制器采集电源输入接口输入端所连接电压处理电路输出的信号，根据该 信号获取到电源输入接口输入的电压，根据该电压获取到第一判据V1：

其中N为每个采样周期T的采样点总数，VCC为控制器的电源电压，Uin_k为 第k个采样点所获取到的电源输入接口的输入电压；

判定abs(V1)是否大于零，若是，则判定电源适配器为得电状态；

判定abs(V1)是否大于1.1*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器存在过 压的情况，判定abs(V1)是否小于0.85*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器 存在欠压的情况；

(33)控制器采集电源输入接口输出端所连接电流处理电路输出的信号， 根据该信号获取到电源输入接口输出的电流，根据该电流获取到第二判据V2：

Iin_k第k个采样点所获取到的电源输入接口的输出电流；

判定abs(V2)是否大于第一阈值I_{Ishortcurrent}，若是，则判定电源适配器存在短 路的情况；其中，I_{Ishortcurrent}＝100*N/Tratio，单位为安，Tratio为电源输入接口 输出端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；

判定abs(V2)是否大于第二阈值I_overcurrent，若是，则判定电源适配器存在过 流的情况，其中I_overcurrent＝40*N/Tratio，单位为安；

(34)控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电流处理电路输出的信 号，根据该信号获取到各电源输出接口输入的电流，根据该电流获取到对应各 第三判据V3_i：

Iin_k_i为第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入的电流；

判定abs(V3_i)是否大于第三阈值I_i_overcurrent，若是，则判定第i个电源输出 接口输入端所连接的线路存在过流的情况；

其中：

I_i_overcurrent＝X_i*N/Tratio_i；

Tratio_i为第i个电源输出接口输入端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；P_i为第i个电源输出接口所连接负荷的总功率；U为电源输入接口输入电压 的有效值；d为保险系数。

在本实施例中，若智能电源适配器的电源输入接口接入的市电，则U为 220V。在本实施例中，保险系数d可以设置为0.5～0.9，例如可以是设置为0.8。

(35)控制器采集漏电流互感器所连接电流处理电路输出的信号，根据该 信号获取到漏电流互感器输出的电流，根据该电流获取到对应的第四判据V4：

Irc_k为在第k个采样点所获取到的漏电流互感器输出的电流；

判定abs(V4)是否大于0.2*N/Tratio_r，Tratio_r为漏电流互感器的变比。

本实施例上述(31)到(35)不存在先后顺序，可以先后各种顺序的执行， 也可以同时执行。

本实施例还公开了一种多功能杆，如图3所示，包括本实施例上述所述的智 能电源适配器，上述智能电源适配器设置在多功能杆的内部。

多功能杆还包括带漏电保护的第一断路器7、交流防雷电路和第二断路器6， 第二断路器的个数为一个或多个，通过控制器控制其工作状态；

多功能杆外部接入的线路依次连接带漏电保护的第一断路器7和交流防雷 电路后连接智能电源适配器的电源输入接口；在本实施例中带漏电保护的第一 断路器7的漏电流动作值为30mA，当内部漏电大于30mA时动作。

智能电源适配器中，各第一电源输出接口11、各第二电源输出接口12和各 第三电源输出接口13分别连接各第二断路器6，通过各第二断路器6后对应连接 多功能杆外部的各负荷。本实施例中，通过电杆内部的第二断路器6，即智能电 源适配器的外置断路器，可实现明显的开断点，保障电路的安全检修。

智能电源适配器中，如图1中所示，各第三电源输出接口分别连接有固态继 电器8即第三开关模块，各第三电源输出接口通过固态继电器8和第二断路器6连 接到多功能杆外部的负荷，例如充电桩。

在本实施例中，多功能杆通过进线带漏电保护的第一断路器7、电源适配器 内部开关模块即板材继电器、第二断路器6之间的相互配合，可实现智慧电杆的 远程投切、现场维护、短路保护、漏电保护等多项功能。

在本实施例中，智能电源适配器的控制器还可以通过485线连接到通讯模 块，通过通讯模块与多功能杆外部的远程终端连接，控制器通过通讯模块可以 接收远程终端发送的相应的远程控制指令，例如控制各开关模块工作状态的工 作指令；控制器通过通讯模块可以将其内部信息发送给外部终端，内部信息例 如控制器判定出的电源适配器的工作状态以及电源适配器所供电负荷的用电情 况。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实 施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、 替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种智能电源适配器，其特征在于，包括控制器、电源输入接口、电源输出接口和开关模块；

电源输入接口与电源输出接口的连接关系包括以下一种或几种：电源输入接口通过电能变换装置和开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口通过开关模块连接对应电源输出接口；电源输入接口直接连接电源输出接口，电源输出接口的输出端连接有开关模块；

所述开关模块连接控制器，通过控制器控制其工作状态。

2.根据权利要求1所述的智能电源适配器，其特征在于，还包括电压处理电路和电流处理电路；

电源适配器的各电压监测端口连接有电压处理电路，并且与电压处理电路的输入端连接；电源适配器的各电流监测端口连接有电流处理电路，并且与电流处理电路的输入端连接；

控制器连接各电压处理电路和各电流处理电路的输出端，用于采集各电压处理电路和各电流处理电路输出的信号，然后根据各电压处理电路和各电流处理电路输出的信号判定电源适配器的工作状态以及电源适配器所供电负荷的用电情况；

电源适配器的电压监测端口包括设置在电源输入接口的输入端之前和电源输出接口输入端之前的端口；电源适配器的电流监测端口包括设置在电源输入接口的输出端之后以及电源输出接口输入端之前的端口。

3.根据权利要求1所述的智能电源适配器，其特征在于，所述开关模块包括第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块，第一开关模块、第二开关模块和第三开关模块个数为一个或多个；

所述电源输出接口包括第一电源输出接口、第二电源输出接口和第三电源输出接口，其中第一电源输出接口、第二电源输出接口和第三电源输出接口为1个或多个；

所述电能变换装置的个数为多个；

电源输入接口通过各第一开关模块分别连接到各电能变换装置的输入端，各电能变换装置的输出端对应连接各第一电源输出接口；

电源输入接口通过各第二开关模块分别对应连接到各第二电源输出接口；

电源输入接口直接连接各第三电源输出接口，第三电源输出接口的输出端连接有第三开关模块；

所述电能变换装置包括交流电变换到交流电的电能变换装置、交流电变换到直流电的电能变换装置、直流电变换到交流电的电能变换装置以及直流电变换到直流电的电能变换装置中的一种或几种。

4.根据权利要求3所述的智能电源适配器，其特征在于，所述开关模块为继电器；各继电器的控制电路连接控制器；作为第一开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和电能变换装置所连接的线路上；作为第二开关模块的继电器的工作电路连接到电源输入接口和第二电源输出接口所连接的线路上，作为第三开关模块的继电器的工作电路连接到第三电源输出接口输出所连接的线路上；

所述智能适配器还包括漏电流互感器，所述漏电流互感器设置在电源输入接口的输出端所连接的线路上；

所述漏电流互感器通过电流处理电路连接到控制器。

5.根据权利要求1所述的智能电源适配器，其特征在于，所述控制器连接有通讯模块，通过通讯模块与外部终端进行通讯。

6.一种权利要求1至5中任一项所述的智能电源适配器的工作方法，其特征在于，步骤如下：

电源输入接口输入的电流通过以下一种或几种方式输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流通过电能变换装置进行电能转换，并且通过开关模块后，输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流通过开管模块后输出到电源输出接口；

电源输入接口输入的电流直接输出到电源输出接口；

控制器通过控制电源输出接口输入端的开关模块或输出端的开关模块的工作状态，控制对应电源输出接口是否输出电流。

7.根据权利要求6所述的智能电源适配器的工作方法，其特征在于，电源输入接口输入的电流通过各第一开关模块分别输入到各电能变换装置，各电能变换装置进行相应的电能转换后，输入到各第一电源输出接口；

还包括如下步骤：电源输入接口输入的电流通过各第二开关模块后，分别输入到各第二电源输出接口；

电源输入接口输入的电流直接输入到各第三电源输出接口；

控制器通过控制各第一开关控制模块的工作状态来控制各第一电源输出接口是否输出电流；控制器通过控制各第二开关控制模块的工作状态来控制各第二电源输出接口是否输出电流；控制器通过控制第三电源输出接口的第三开关模块的工作状态控制各第三电源输出接口是否输出电流；

所述工作方法还包括如下步骤：

通过各电压处理电路获取电源适配器各电压监测端口的电压信号，进行处理后传送到控制器中；

通过各电流处理电路获取电源适配器各电流监测端口的电压信号，进行处理后传送到控制器中；

控制器根据各电压处理电路和电流处理电路发送的信号，对电源适配器的工作状态进行判定，对电源适配器所供电负荷的用电情况进行计算。

8.根据权利要求7所述的智能电源适配器的工作方法，其特征在于，控制器根据电压处理电路和电流处理电路发送的信号，确定电源适配器所供电负荷的用电情况，具体如下：

控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电压处理电路输出的信号，根据该信号获取到各电源输出接口的输入电压；同时控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到各电源输出接口输入的电流；根据各电源输出接口输入的电压和电流，求取各电源输出接口所连接负荷的用电量：

其中Q_i,S为第i个电源输出接口所连接负荷在时间段S内的用电量，uout_i,k为时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电压；Iout_i,k为时间段S内第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入端输入的电流；N_s为时间段S内信号的采样点总数；

控制器根据电压处理电路和电流处理电路发送的信号，确定电源适配器的工作状态，具体如下：

控制器采集电源输入接口输入端所连接电压处理电路输出的信号，根据该信号获取到电源输入接口输入的电压，根据该电压获取到第一判据V1：

其中N为每个采样周期T的采样点总数，VCC为控制器的电源电压，Uin_k为第k个采样点所获取到的电源输入接口的输入电压；

判定abs(V1)是否大于零，若是，则判定电源适配器为得电状态；

判定abs(V1)是否大于1.1*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器存在过压的情况，判定abs(V1)是否小于0.85*N*0.5*VCC，若是，则判定电源适配器存在欠压的情况；

控制器采集电源输入接口输出端所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到电源输入接口输出的电流，根据该电流获取到第二判据V2：

Iin_k第k个采样点所获取到的电源输入接口的输出电流；

判定abs(V2)是否大于第一阈值I_{Ishortcurrent}，若是，则判定电源适配器存在短路的情况；其中，I_{Ishortcurrent}＝100*N/Tratio，单位为安，Tratio为电源输入接口输出端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；

判定abs(V2)是否大于第二阈值I_overcurrent，若是，则判定电源适配器存在过流的情况，其中I_overcurrent＝40*N/Tratio，单位为安；

控制器采集各电源输出接口的输入端所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到各电源输出接口输入的电流，根据该电流获取到对应各第三判据V3_i：

Iin_k_i为第k个采样点所获取到的第i个电源输出接口输入的电流；

判定abs(V3_i)是否大于第三阈值I_i_overcurrent，若是，则判定第i个电源输出接口输入端所连接的线路存在过流的情况；

其中：

I_i_overcurrent＝X_i*N/Tratio_i；

Tratio_i为第i个电源输出接口输入端所连接电流处理电路中电流互感器的变比；P_i为第i个电源输出接口所连接负荷的总功率；U为电源输入接口输入电压的有效值；d为保险系数；

控制器采集漏电流互感器所连接电流处理电路输出的信号，根据该信号获取到漏电流互感器输出的电流，根据该电流获取到对应的第四判据V4：

Irc_k为在第k个采样点所获取到的漏电流互感器输出的电流；

判定abs(V4)是否大于0.2*N/Tratio_r，Tratio_r为漏电流互感器的变比。

9.一种多功能杆，其特征在于，包括权利要求1至5中任一项所述的智能电源适配器，智能电源适配器设置在多功能杆的内部。

10.根据权利要求9所述的多功能杆，其特征在于，多功能杆还包括带漏电保护的第一断路器、交流防雷电路、第二断路器，所述第二断路器的个数为一个或多个，通过控制器控制其工作状态；

多功能杆外部接入的线路依次连接带第一断路器和交流防雷电路后连接智能电源适配器的电源输入接口；

智能电源适配器中，各第一电源输出接口、各第二电源输出接口和各第三电源输出接口分别连接各第二断路器，通过各第二断路器后对应连接多功能杆外部的负荷。

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