CN113555842A - 智能物联网供电终端的系统 - Google Patents

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Abstract

本发明的一种智能物联网供电终端的系统，属于开关控制电路系统的技术领域，解决现有技术的产品关断精度低致使电路中存在安全隐患的技术问题。包括带开关的指示灯、弱点电源模块、HUB输出端口、人工智能芯片模块、半导体快速关断模块，指示灯的输入端外接电源且输出端与弱点电源模块输入端连接，弱点电源模块的输出端与HUB输出端口输入端连接，HUB输出端口输出端可与外部设备连接；指示灯的控制端与人工智能芯片模块连接，且其输出端还与半导体快速关断模块的输入端连接，半导体快速关断模块的输出端与强电输出端口连接，人工智能芯片模块与半导体快速关断模块输出端连接。实现系统的快速关断。

Description

智能物联网供电终端的系统
技术领域
本发明属于开关控制电路系统的技术领域，尤其涉及一种智能物 联网供电终端的系统。
背景技术
随着社会快速发展电能作为生活生产的主要能源需求量不断增 大。但是电能的安全使用始终是一个很难克服的问题，据调查50％ 以上的火灾都来自于线路短路。由于我国使用的民用电电压220V 50Hz双向电，而工业用电电压更是高达380V 50Hz三相电，短路瞬 间的巨大电流将产生火花甚至伴随小范围空气过热爆炸，因此引发的 火灾造成人员伤亡与财产损失。
传统的短路保护装置主要通过空气开关或者继电器实现断开，其 基本原理基于金属通过大电流后发热达到居里点造成形变断开，但， 其根本还是电流上升后累计热量才能触发关断保护，短路关断速度通 常在ms级别。然而，ms级别的关断时间已经从电网中输出了大量的 能量，足以形成火花或小范围爆炸，造成巨大的安全隐患。
有鉴于此，特提出本发明。
发明内容
本发明的目的在于提供一种智能物联网供电终端的系统，解决现 有技术的产品关断精度低致使电路中存在安全隐患的技术问题。本案 的技术方案有诸多技术有益效果，见下文介绍：
提供一种智能物联网供电终端的系统，包括带开关的指示灯、弱 点电源模块、HUB输出端口、人工智能芯片模块、半导体快速关断模 块，其中：
所述指示灯的输入端外接电源且输出端与所述弱点电源模块输 入端连接，所述弱点电源模块的输出端与所述HUB输出端口输入端连 接，所述HUB输出端口输出端可与外部设备连接；所述指示灯的控制 端与所述人工智能芯片模块连接，且其输出端还与所述半导体快速关 断模块的输入端连接，所述半导体快速关断模块的输出端与强电输出 端口连接，所述人工智能芯片模块与所述半导体快速关断模块输出端 连接。
在一个优选或可选的实施方式中，所示指示灯包括正常显示的绿 色灯和报警的红色灯。
在一个优选或可选的实施方式中，还包括采样电流电路，人工智 能芯片模块包括获取单元和计算单元，其中：
所述获取单元用于实时获取所述系统中的电压；
所述计算单元用于判断，所述电压是否在过压以上和欠压以下， 如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体 快速关断模块处于闭合的工作状态。
在一个优选或可选的实施方式中，所述获取单元还用于获取系统 的电流；
所述计算单元还用于，判断所述电流是否为过流电流，如是，所 述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断 模块处于闭合的工作状态。
在一个优选或可选的实施方式中，还包括与系统中功率器件连接 的第一热敏电阻、测试系统环境温度的第二热敏电阻和测试系统线路 的第三热敏电阻，所述获取模块还用于获取所述第一热敏电阻、第二 热敏电阻和第三热敏电阻的温度；
所述计算模块还用于，判断所述第一热敏电阻或第二热敏电阻的 温度是否超过各自的预设绝对温度，如是，所述半导体快速模块关断 动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状 态；
或，判断所述第一热敏电阻或第二热敏电阻的温度与第三热敏电 阻的温度差是否超过预设的相对温度值，如是，所述半导体快速模块 关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工 作状态。
在一个优选或可选的实施方式中，所述获取模块还用于根据获取 的电压和电流值确定系统中各个冒泡节点的功率；
所述计算模块还用于，判断所述功率是否超过预设值，以确定所 述半导体快速模块是否闭合或断开。
在一个优选或可选的实施方式中，还包括人工智能芯片模块连接 的5G通讯模块，所述5G通讯模块能够与云端服务器进行通讯。
在一个优选或可选的实施方式中，所述云端服务器接收所述判断 为过压、过流和欠压及温度超过预设值时，发送警报信息。
在一个优选或可选的实施方式中，所述半导体快速关断模块包括 第一场效应管G1和第二场效应管G2，火线L作为输入端连接第一场 效应管G1的漏极，第一场效应管G1和第二场效应管G2的源极连接， 所述第二场效应管G2的漏极连接至输出；
所述第一场效应管G1和第二场效应管G2的栅极通过一个限流电 阻RGn连接至控制模块用于提供开关管的驱动信号，源极连接至控制 模块地提供驱动信号电压差，并且，第一场效应管G1和第二场效应 管G2的栅极与源极之间连接双向瞬态抑制二极管DGn，以保证震荡信 号下对栅极的保护。
与现有技术相比，本发明提供的技术方案包括以下有益效果：
本案所提供结构，使用半导体模块快速断电，关断速度可达 30～50us，是传统断电设备的10000倍左右，提高系统中的关断精度， 且能提高安全性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面 将对实施例或现有技术描述中所需使用的附图作简单地介绍，显而易 见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普 通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附 图获得其他的附图。
图1为发明系统的整体示意图；
图2为本发明电流采集电路实体图；
图3为本发明半导体开关结构示意图；
图4为半导体开关关断效果图；
图5位本发明监控线路是否老化的流程图；
图6位本发明监控系统中是否出现过压、欠压或过温的流程图；
图7位本发明监控系统中各个节点是否过温的流程图；
图8位本发系统中芯片获取数据的示意图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人 员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。 显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实 施例。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用， 本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发 明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下， 以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本发明中的实施 例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有 其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要说明的是，下文描述在所附权利要求书的范围内的实施例的 各种方面。应显而易见，本文中所描述的方面可体现于广泛多种形式 中，且本文中所描述的任何特定结构及/或功能仅为说明性的。基于 本发明，所属领域的技术人员应了解，本文中所描述的一个方面可与 任何其它方面独立地实施，且可以各种方式组合这些方面中的两者或 两者以上。举例来说，可使用本文中所阐述的任何数目个方面来实施 设备及/或实践方法。另外，可使用除了本文中所阐述的方面中的一 或多者之外的其它结构及/或功能性实施此设备及/或实践此方法。
还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明 本发明的基本构想，图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实 际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、 数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复 杂。
另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。 然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下 实践方面。为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结 合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。术语“第一”、 “第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者 隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二” 的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的 描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
如图1所示的智能物联网供电终端的系统，包括带开关的指示 灯、弱点电源模块、HUB输出端口、人工智能芯片模块、半导体快速 关断模块，指示灯包括正常显示的绿色灯和报警的红色灯，以提供报 警提示或显示正常工作的状态。
指示灯的输入端外接电源(220V或是380V)且输出端与弱点电 源模块输入端连接，弱点电源模块采用现有技术的电路即可为系统的 运作提供电源，如输入为220V 50Hz市电，弱电电源模块直接从市电 取电转化为12V和5V直流电源，为系统所包括的电流、电压采集模 块提供供电。弱点电源模块的输出端与HUB输出端口输入端连接，HUB 输出端口输出端可与外部设备连接；指示灯的控制端与人工智能芯片 模块连接，且其输出端还与半导体快速关断模块的输入端连接，半导 体快速关断模块的输出端与强电输出端口连接，人工智能芯片模块与 半导体快速关断模块输出端连接。
半导体快速关断模块，如图3所示，可采用现有技术的中的电路， 本案所提供的电路，具体的：包括第一场效应管G1和第二场效应管 G2，火线L作为输入端连接第一场效应管G1的漏极，第一场效应管 G1和第二场效应管G2的源极连接，第二场效应管G2的漏极连接至输出；
第一场效应管G1和第二场效应管G2的栅极通过一个限流电阻 RGn连接至控制模块用于提供开关管的驱动信号，源极连接至控制模块 地提供驱动信号电压差，并且，第一场效应管G1和第二场效应管G2 的栅极与源极之间连接双向瞬态抑制二极管DGn，以保证震荡信号下对 栅极的保护。
如，该模块串接于220V市电火线L上。模块核心单元由一对开 关管组成，通常使用场效应管MOSFET，如图中的G1、G2。火线L作 为输入端连接先至G1的漏极(D)，再将G1和G2的源极(S)连接 一起，最后通过G2的漏极连接至输出。每个对应开关管的栅极(G) 通过一个限流电阻RGn连接至控制模块用于提供开关管的驱动信号，S 极连接至控制模块地提供驱动信号电压差。并且，G极与S极之间连 接双向瞬态抑制二极管DGN保证震荡信号下对开关管栅极的保护。实 际的工作过程中，考虑到电流为10-16A，而单个开关管的工作电流 与其内部导通内阻相关，可根据需求对单元并联的方案降低单个单元 内开关管的发热。实施例中，上述开关管G可以选择为650V击穿电 压77A导通内阻为41mOhm的N型MOSFET，驱动电压为12V；限流电 阻R可选择为5％精度10～50Ohm 1206封装贴片电阻；双向瞬态抑制 二极管D可以选择为16V。
上述开关管G可以选择为650V击穿电压77A导通内阻为41mOhm 的N型MOSFET，驱动电压为12V；限流电阻R可选择为5％精度10-50Ohm 1206封装贴片电阻；双向瞬态抑制二极管D可以选择为16V。
图4关断动作电流曲线图。如果设置限流保护值为10A，当系统 电流超过10A是，电流检测模块将检测信号传递给控制模块，控制模 块分析比较后通过关断驱动信号实现半导体开关模块对220V火线L 的切断。图中时间t为过流到完全关断的总时间，可以观察到前半段 上升是检测动作时间，后半段关断为控制动作时间。总关断时间t可 以再10-50us内完成。
本案系统芯片中人工智能模块获取的数据或信息，如图8所示， 包括使用现有技术中的电流采样电路、电压采样电路和电源输入端设 置的热敏电阻及其采样电路、功率器件的温度的监控(如，mos管的 漏极与散热片连接，通过热敏电阻采集温度)、各个节点温度的采样 电路，将数据发送至芯片中，具体的判断如下：
是否过流的监控：例如，如图2所示，还包括采样电流电路，人 工智能芯片模块包括获取单元和计算单元，电流电路模块由采样元件 和放大电路构成。其中采样元件是图中采样电阻R1；放大电路由图中 运算放大器及电阻R2,3,4组成。实际工作过程中，电流流过采样电阻 R1，运算放大电路通过采集采样电阻两端电压并通过比例放大后将信 号传输给控制模块。其中输出电压Uout与采集电压UR1的关系为， Uout/UR1＝R4/R2,3即为放大电路电压放大系数。实施例中，考虑到工作电 流为10～16A，采样电阻R1选型为0.5％精度5-10mOhm；高阻抗电阻R2,3选型为1％精度1k-5k Ohm；放大倍数电阻R4根据不同放大倍数需求计 算获得。
获取模块获取系统中的电流值，计算模块判断是否为过流，如是， 关断半导体开关模块，如否，不进行关断动作。过电流或过剩电流是 其中较大的比预期的情况下的电流通过导体存在，从而导致过度的发 热，和火灾或损坏的风险的设备，监控过流避免活在的方式，而且， 半导体快速关断模块能够实现快速关断，避免因动作反应慢造成火灾 的情况出现；
是否过压或欠压的监控，如图6所示，根据电压采样电路可实时 获取电压， 获取单元用于实时获取系统中的电压；
计算单元用于判断，电压是否在过压以上和欠压以下，如是，半 导体快速模块关断动作以关断电路，如否，半导体快速关断模块处于 闭合的工作状态；
功率器件是否过温，还包括与系统中功率器件连接的第一热敏电 阻、测试系统环境温度的第二热敏电阻和测试系统线路的第三热敏电 阻，获取模块还用于获取第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电 阻的温度；
计算模块还用于，判断第一热敏电阻或第二热敏电阻的温度是否 超过各自的预设绝对温度，如是，半导体快速模块关断动作以关断电 路，如否，半导体快速关断模块处于闭合的工作状态；
或，判断第一热敏电阻或第二热敏电阻的温度与第三热敏电阻的 温度差是否超过预设的相对温度值，如是，半导体快速模块关断动作 以关断电路，如否，半导体快速关断模块处于闭合的工作状态。
对电路系统的线路是否老化进行监控，如图5所示，电源的输入 端设置热敏电阻，通过现有技术的中电路使获取模块获取热敏电阻的 温度和电流，并获取线路老化温度的曲线或关系数据(一个电流对应 一个范围温度或一个温度)；
计算模块，判断该热敏电阻的温度是否超出相同电流下所对应老 化温度曲线的温度点，如是，如是，通过5G通讯模块模块发送提示 信息或报警信息，如否，不进行提示信息或报警信息的发送，对线路 进行长期的实施监控。
作为本案所提供的具体实施方式，获取模块还用于根据获取的电 压和电流值确定系统中各个冒泡节点的功率；
计算模块还用于，判断功率是否超过预设值，以确定半导体快速 模块是否闭合或断开。
系统中每个节点是否过温，如图7所示，温度采集使用现有技术 中的电路配合热敏电阻进行采集，因此，获取模块采集系统中的每个 节点的温度，并通过5G通讯模块发送至云端服务器，云端服务器在 预设时间段(三天或一周)内对每个节点的温度计算出均值或方差，
云端服务器判断，所接收的当前节点的温度是否超出所述的均值 或方差，优选的，例如，超过第一预设值(50％)，向人工智能模块 发送关断指令，以关断半导体快速关断模块，并进一步判断，如超过 第二预设值(100％)，发送报警信息，如否，不发送关断指令。超过 第二预设值时，电路系统中存在大概率的火灾情况，需要及时反馈并 报警，避免火灾发生。
作为本案所提供的具体实施方式，还包括人工智能芯片模块连接 的5G通讯模块，5G通讯模块能够与云端服务器进行通讯。
作为本案所提供的具体实施方式，云端服务器接收判断为过压、 过流和欠压及温度超过预设值时，发送警报信息。
上述的智能物联网供电终端，一般的采用长200mm*宽90mm*高 40mm的绝缘工程塑料外壳，内部有指示灯及开关、弱点电源模块、 HUB输出端口、人工智能芯片模块、半导体快速关断模块、5G通讯模 块及强电输出端口；外部有插座、5G通讯模块和人工智能云平台，如图1所示。
终端通过市电220V 50Hz供电，打开开关后指示灯绿色为正常工 作，红色为报警。电路接通后，强电通过半导体快速关断模块连接至 强电输出端口，最大输出电流可设置为10A或16A已匹配不同最大负 载设备。其中，人工智能芯片模块负责不断采集系统工作电压电流数 据，通过人工智能及时辅助半导体快速关断模块工作，并且通过5G 模块将数据发送至云端平台储存。弱电电源模块负责将220V市电降 压供给终端系统使用，并且连接HUB输出端口方便弱电设备使用。人 工智能云平台可实时与多个终端通讯，当发生危险时，迅速反应通过 电话或短信通知相关责任人；正常工作时，不断处理多个终端的数据， 通过人工智能算法分析同一个系统中不同节点的安全隐患，并及时发 出警报。
本案系统的优点：
1.半导体模块快速断电，关断速度可达30～50us，是传统断电设 备的10000倍左右。
2.集成AI模块计算及预测安全隐患。
3.集成5G通讯模块保持实时通讯，及时将采集数据与云平台交 互，发生危险第一时间通过电话或者短信形式通知相关责任人。
4.后台拥有AI算法的云平台，通过与供电终端的交互数据进行 计算分析，给出线路潜在的安全问题。
以上对本发明所提供的产品进行了详细介绍。本文中应用了具体 个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是 用于帮助理解本发明的核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说，在不脱离发明创造原理的前提下，还可以对发明进行 若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入发明权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种智能物联网供电终端的系统，其特征在于，包括带开关的指示灯、弱点电源模块、HUB输出端口、人工智能芯片模块、半导体快速关断模块，其中：
所述指示灯的输入端外接电源且输出端与所述弱点电源模块输入端连接，所述弱点电源模块的输出端与所述HUB输出端口输入端连接，所述HUB输出端口输出端可与外部设备连接；所述指示灯的控制端与所述人工智能芯片模块连接，且其输出端还与所述半导体快速关断模块的输入端连接，所述半导体快速关断模块的输出端与强电输出端口连接，所述人工智能芯片模块与所述半导体快速关断模块输出端连接。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述指示灯包括正常显示的绿色灯和报警的红色灯。
3.根据权利要求1所述的系统，还包括采样电压电路，其特征在于，人工智能芯片模块包括获取单元和计算单元，其中：
所述获取单元用于实时获取所述系统中的电压；
所述计算单元用于判断，所述电压是否在过压值以上或欠压值以下，如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状态。
4.根据权利要求3所述的系统，还包括采样电流电路，其特征在于，所述获取单元还用于获取系统的电流；
所述计算单元还用于，判断所述电流是否为过流电流，如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状态。
5.根据权利要求4所述的系统，还包括与系统中功率器件连接的第一热敏电阻、测试系统环境温度的第二热敏电阻和测试系统线路的第三热敏电阻，其特征在于，所述获取模块还用于获取所述第一热敏电阻、第二热敏电阻和第三热敏电阻的温度；
所述计算模块还用于，判断所述第一热敏电阻或第二热敏电阻的温度是否超过各自的预设绝对温度，如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状态；
或，判断所述第一热敏电阻或第二热敏电阻的温度与第三热敏电阻的温度差是否超过预设的相对温度值，如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状态。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述获取模块还用于根据获取的电压和电流值确定系统中各个冒泡节点的功率；
所述计算模块还用于，判断所述功率是否超过预设值，以确定所述半导体快速模块是否闭合或断开。
7.根据权利要求6所述的智能物联网供电终端，电源输入端设有热敏电阻，其特征在于，获取模块还用于获取电源输入端设有热敏电阻的温度值和电流值，并获取线路老化温度的关系信息或数据；
计算模块还用于判断所述热敏电阻的温度值，是否超过在相同电流值对应所述路老化温度的关系信息或数据的温度值，如是，发送提示信息或报警信息，如否，不发送提示信息或报警信息。
8.根据权利要求7所述的智能物联网供电终端，其特征在于，还包括人工智能芯片模块连接的5G通讯模块，所述5G通讯模块能够与云端服务器进行通讯；
获取模块获取系统实时每个节点的温度值，且通过所述5G通讯模块发送至云端服务器；
所述云端服务器，计算出在预设时间内获取每个节点温度的均值或方差，并进行判断当前的节点的温度值，是否超过所述均值或方差的第一预设值，如是，所述半导体快速模块关断动作以关断电路，如否，所述半导体快速关断模块处于闭合的工作状态，且判断是否超过所述均值或方差的第二预设值，如是，发送报警信息，如否，不发送报警信息。
9.根据权利要求8所述的智能物联网供电终端，其特征在于，所述云端服务器接收所述判断为过压、过流和欠压及温度超过预设值时，发送警报信息。
10.根据权利要求1所述的智能物联网供电终端，其特征在于，所述半导体快速关断模块包括第一场效应管G1和第二场效应管G2，火线L作为输入端连接第一场效应管G1的漏极，第一场效应管G1和第二场效应管G2的源极连接，所述第二场效应管G2的漏极连接至输出；
所述第一场效应管G1和第二场效应管G2的栅极通过一个限流电阻RGn连接至控制模块用于提供开关管的驱动信号，源极连接至控制模块地提供驱动信号电压差，并且，第一场效应管G1和第二场效应管G2的栅极与源极之间连接双向瞬态抑制二极管DGn，以保证震荡信号下对栅极的保护。
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