CN116759853A - 一种电气火灾保护智能插座 - Google Patents

Abstract

本发明公开的属于智能家用电器领域，具体为一种电气火灾保护智能插座，由外壳和PCBA集成电路二部分组成，其中外壳包含导热散热器、插头铜件（或接线端子）、插孔铜件、电源按键、散热孔、指示灯导光柱；PCBA集成电路包括电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关、通讯模块、声光交互电路、监测电路、微处理器单元模块、电源保护电路。在因意外短路发生时，CT传感器、监测电路纳秒级响应、通过智能插座内集成的电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关在10微秒以内瞬间关断固态开关输出，以此关断插座的电源输出，不产生高温，意外短路的用电线路和用电器不产生电火花（电弧），避免因高温、电火花产生的电气火灾。同时，本电气火灾保护电路结构简单、成本低、稳定可靠。

Description

一种电气火灾保护智能插座

技术领域

本发明涉及智能家用电器领域，具体的说：涉及一种电气火灾保护智能插座，能够消除用电线及用电器因意外短路产生的高热和电火花引（电弧）起电气火灾。

背景技术

现有智能插座主要功能设计主要集中在远程开关的简单功能方面，稍微复杂一点的，也仅仅是基础数据的监测，硬件安全防卫方面十分缺失。目前已经有各种漏电保护的插座出现，但还没有一种电气火灾保护智能插座出现。

目前尽管各类插座、插排和电器质量已经大幅提升，但因插座插排用电器及线路短路、接触不良、漏电等导致的电气火灾事故占比高达30%，造成巨大的人员伤亡和经济损失。

在AI人工智能和物联网高速发展的时代背景下，人们的生活水平不断提高，对健康和安全越来越重视，对产品的体验感要求也不断的在提高，即插即用电气火灾保护智能插座将会对社会产生非常大的价值。

发明内容

本发明的目的在于提供一种电气火灾保护智能插座。旨在解决带插头用电器及用电线路发生短路时，产生高热和电火花（电弧）引起电气火灾的用电安全问题，以解决上述背景技术中提出的上述的问题。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：提供一种电气火灾保护智能插座。用于解决带插头用电器及用电线路发生短路和过载时，高热和电火花产生电气火灾的用电安全问题。一种电气火灾保护智能插座由外壳和PCBA集成电路二部分组成，其中外壳包含导热散热器、插头铜件（或接线端子）、插孔铜件、电源按键、散热孔、指示灯导光柱；PCBA集成电路包括电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关、通讯模块、声光交互电路、监测电路、微处理器单元模块、电源保护电路。

所述外壳可以是即插即用的，也是可以面板式的。

所述导流热散热器镶嵌在外壳表面与内部快速开关紧贴连接，不限于局部面板，同时也可以是把整个外壳都做成导流散热器，采用超导材料或超导涂层加强散热，根据PCBA集成电路器件发热特点布置散热孔、指示灯导光柱；散热器具有高绝缘性，用于传导散发固态开关带功率负载时产生的热量，且不漏电，不伤人。

所述电气火灾保护驱动反馈电路由驱动控制电路、固态开关、CT电流互感器组成，与监测电路直接组成电气火灾硬件保护，能在10微秒（实测最快4微秒）内响应并关断固态开关；固态开关的类型包含且不限于所指Sic功率管、MOS管、IGBT等类型，任一类型成组成对反向并联组成交流通路的极速开关，如交流通路Sic功率管。

所述监测电路主要包含高速电流监测电路及CT传感器、温度监测及传感器、温度传感器采用贴片的方式，贴于靠近Sic功率管的散热器附近，还可以根据功能需要嵌入电压监测、计量、故障电弧保护、剩余电流监测、漏电保护等辅助功能。

所述微处理单元模块包含主控MCU，包含不仅限于核心驱动程序、通讯协议、控制、存储、安全策略、定时策略等功能。

所述电源保护电路由ADC电源和RC吸收电路组成，ADC电源为PCBA集成电路控制电路提供电源，RC吸收电路保护极速开关免遭用电器感性负载冲击。

优选的，插头为符合规范的三孔标准插头，用于连接标准家用面板插座取电，或者是符合规范的接线端子，用于连接供电电源线。

优选的，所述插孔为符合规范的三孔或五孔标准插孔，可以是一组插孔，也可以是多组插孔，用于插入符合规范的标准插头的用电器。

优选的，所述电源按键通过手动按键控制电路插孔电源通断，通过驱动程序定义，包含但不限于重置配网、恢复出厂设置功能。

优选的，所述通讯模块类型可以是WIFI模块、电力载波模块，还包含配网所需要的蓝牙模块、OTA升级功能，包含且不限于所列的类型和功能。

优选的，所述声光交互电路的主要器件包含指示灯、蜂鸣器，包含且不限于所列类型器件，用于声光报警、语音控制功能。

由于名称较长，本发明所指的一种电气火灾保护智能插座，以下介绍都简称“智能插座”，固态开关选用“交流通路Sic功率管”来阐述本发明内容的实现方法。

将本发明的智能插座的插头插入标准的供电插座，或者接线端子接入供电电源，内部MCU微处理单元模块和控制电路首先开始自检程序，并将结果反馈给通讯模块和声光交互电路。当自检发现故障时，中止对插孔的供电，并发出声光的报警指示；当自检正常时，进入正常工作，监测电路同时开始工作。此时根据用户的设定，可以是手动按电源按键开启插孔的通电和断电，也可以是保持本智能插座断电前的状态。

插入本智能插座插孔的不同功率的用电器，在使用过程中散发的热量通过导流散热器和散热孔自然散发交流通路Sic功率管和内部电路工作时的热量；在最大限定的功率下，使智能插座内部PCBA集成电路和器件保持在安全的温度下工作；当使用超过额定功率的用电器时，交流通路Sic功率管温度会极速上升，负载电流也会超出正常范围，此时温度监测电路和电流监测电路会迅速切断Sic功率管开关，达到多重保护的目的，使得用电器在一个安全的条件正常工作。

当用电线、用电器因老旧或意外发生瞬间短路时，监测模块及CT传感器纳秒级响应，电气火灾保护驱动反馈电路及交流通路Sic功率管在纳秒内响应，并在10微秒以内（实测数据最快4微秒内）瞬间关断交流通路Sic功率管，以此关断插孔电源。在这个保护过程中，短路处不会产生任何电火花，在重载功率下也只有非常微弱的肉眼几乎不可见的电火花产生，以此保护智能插座下的用电线路、用电器因短路产生高温、电弧引燃周边易燃物引发电气火灾或烧毁用电器。MCU控制声光报警、数据上传、事件记录。

在本发明智能插座的集成电路中嵌入剩余电流监测模块和RCT传感器，就具备电气火灾探测和漏电保护功能，当选择电气火灾探测时仅监测剩余电流的实时数据不关断插孔电源；选择漏电保护时，一旦用电线破损、用电器漏电，漏电达到了对人体无法脱困的20ma漏电时，漏电保护能在瞬间最快0.005秒内切断交流通路Sic功率管，切断插孔电源，以此来达到保护人生安全的目的。

在本发明智能插座的集成电路中嵌入计量模块，就具备计量功能，通过MCU微处理单元和通讯模组将计量数据传送至系统，可以为用电器的能耗管理和能耗分析提供必要的基础数据。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1）目前还没有能消除在短路时产生高温和电火花（电弧）的相同或类似的智能插座产品出现在市面，本发明的智能插座是顺应科技发展时代必然的创新产品，能对社会安全发展产生一定的价值；通过在智能插座内集成的固态开关、传感器、电气火灾保护驱动反馈电路和监测电路监测用电线、用电器的意外短路发生，并在瞬间关断固态开关输出，以此关断插座的电源输出，在短路发生时，不产生高温、不产生电火花（电弧），避免因高温、电火花产生的电气火灾。

2）导热散热器集成在智能插座裸露面板，或整个外壳做成导热散热器，增大了散热表面积，采用超导材料或者超导涂层，具有高绝缘性，能够在不增加外设的条件下有效的解决散热问题和外壳漏电问题。

3）本智能插座硬件集成电路，结构模块化，结合现代通信和自动化技术，大幅开拓和增强了运用此电路和方法开发的产品的数字化、信息化、智能化；同时，本智能插座电路结构简单、成本低、稳定可靠，并且能为以此电路开发提供通讯接口，方便开发出更多具有人工智能的辅助功能。

附图说明

图1是本发明中外壳机构参考示意图。

图2是本发明PCBA集成电路的原理示意图。

附图标号说明：1.外壳、2.散热孔、3.插头（或接线端子）、4.插孔、5.指示灯、6.导热散热器、7.电源按键

实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做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。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“内”、“外”、“顶/底端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，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。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“设置有”、“套设/接”、“连接”等，应做广义理解，例如“连接”，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

实施例：

请参阅图1-2，本发明提供一种技术方案：一种电气火灾保护智能插座。用于解决带插头用电器及用电线路发生短路和过载时，高热和电火花产生电气火灾的用电安全问题。一种电气火灾保护智能插座由外壳1和PCBA集成电路二部分组成，其中外壳（图1所示）包含散热器6、插头铜件（或接线端子）3、插孔铜件4、电源按键7、散热孔2、指示灯导光柱5；PCBA集成电路（图2所示）置于外壳机构内部，包括电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关、通讯模块、声光交互电路、监测电路、微处理器单元模块、电源保护电路。

所述电气火灾保护智能插座可以是即插即用的，也是可以面板式的。

所述导流热散热器6镶嵌在外壳表面上与内部固态开关紧贴连接，不限于如图2所示导流热散热器6的局部面板，同时也可以是把整个外壳都做成导流散热器，采用超导材料或超导涂层加强散热，根据PCBA集成电路器件发热特点布置散热孔6；散热器具有绝缘性，用于传导散发固态开关带功率负载时产生的热量，且不漏电，不伤人。

所述电气火灾保护驱动反馈电路由驱动控制电路、固态开关、CT电流互感器组成，与监测电路直接组成电气火灾保护硬件保护模块，能在10微秒（实测中最快达4微秒）内响应并关断固态开关；固态开关的类型包含且不限于所指Sic功率管、MOS管、IGBT等类型，任一类型成组成对反向并联组成交流通路的极速开关。

所述监测电路主要包含高速电流监测电路及CT传感器、温度监测及传感器、温度传感器采用贴片的方式，贴于靠近Sic功率管的散热器附近，还可以根据功能需要嵌入电压监测、计量、故障电弧保护、剩余电流监测、漏电保护等辅助功能。

所述微处理单元模块包含主控MCU，包含不仅限于核心驱动程序、通讯协议、控制、存储、安全策略、定时策略等功能。

所述电源保护电路由ADC电源和RC吸收电路组成，ADC电源为PCBA控制电路提供电源，RC吸收电路保护极速开关免遭用电器感性负载冲击。

优选的，所述插头3为符合规范的三孔标准插头，用于连接标准家用面板插座取电，或者是符合规范的接线端子，用于连接供电电源线。

优选的，所述插孔4为符合规范的三孔或五孔标准插孔，可以是一组插孔，也可以是多组插孔，用于插入符合规范的标准插头的用电器。

优选的，所述电源按键7通过手动按键控制电路插孔电源通断，通过驱动程序定义，包含但不限于重置配网、恢复出厂设置功能。

优选的，所述通讯模块类型可以是WIFI模块、电力载波模块，还包含配网所需要的蓝牙模块、OTA升级功能，包含且不限于所列类型和功能。

优选的，所述声光交互电路的主要器件包含指示灯1、蜂鸣器，包含且不限于所列类型器件，用于声光报警、语音控制功能。

将本发明的智能插座的插头3插入标准的供电插座，或者接线端子3接入供电电源，内部MCU微处理单元模块和控制电路首先开始自检程序，并将结果反馈给通讯模块和声光交互电路。当自检发现故障时，中止对插孔4的供电，指示灯5灯光颜色或闪烁提示，蜂鸣器发出报警提示，并发出声光的报警指示；当自检正常时，进入正常工作，监测电路同时开始工作。此时根据用户的设定，可以是手动按电源按键开启插孔的通电和断电，也可以是保持本智能插座断电前的状态。

插入本智能插座插孔4的不同功率的用电器，在使用过程中散发的热量通过导流散热器6和散热孔2自然散发交流通路Sic功率管和内部电路工作时的热量；在最大限定的功率下，使智能插座内部电路板和器件保持在安全的温度下工作；当使用超过额定功率的用电器时，交流通路Sic功率管温度会极速上升，负载电流也会超出正常范围，此时温度监测电路和电流监测电路会迅速切断Sic功率管开关，达到多重保护的目的，使得用电器在一个安全的条件正常工作。

当用电线、用电器因老旧或意外发生瞬间短路时，监测模块及CT传感器纳秒级响应，电气火灾保护驱动反馈电路及交流通路Sic功率管在纳秒内响应，并在10微秒以内（实测数据中最快达4微秒）瞬间关断交流通路Sic功率管，以此关断插孔4电源。在这个保护过程中，短路不会产生任何电火花，在重载功率下，短路处也只有非常微弱的肉眼几乎不可见的电火花产生，以此保护智能插座下的用电线路、用电器因短路产生高温、电火花引燃周边易燃物引发电气火灾或烧毁用电器。MCU控制声光报警、数据上传、事件记录。

在本发明智能插座的电路中嵌入剩余电流监测模块和RCT传感器，还具备电气火灾探测和漏电保护功能，当选择电气火灾探测时仅监测剩余电流的实时数据不关断插孔电源；选择漏电保护时，一旦用电线破损、用电器漏电，漏电达到了对人体无法脱困的20ma漏电时，漏电保护能在瞬间最快0.005秒内切断Sic功率管开关来切断插孔电源，以此来达到保护人生安全的目的。

在本发明智能插座的电路中嵌入计量模块，就具备计量功能，通过MCU微处理单元和通讯模组将计量数据传送至系统，可以为用电器的能耗管理和能耗分析提供必要的基础数据。

附图1表述了本发明外壳样式的参考示意图，本发明包含但不限于此示意图的外壳样式，现图1来进行简单的描述，智能插座外壳（图1所示）包含散热器6、插头铜件（或接线端子）3、插孔铜件4、电源按键7、散热孔2、指示灯导光柱5。散热器可以是如图1所示散热器6，也可以将整个外壳1都做成绝缘的散热器，表面涂上超导涂层，自然传导交流通路Sic功率管和PCBA集成电路散发的热量。

附图2表述了外壳1内PCBA集成电路板的原理示意图，包括电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关的某类型交流通路Sic功率管、通讯模块、声光交互电路、监测电路、微处理器单元模块、电源保护电路。本电路通过附图2简单描述了实现本发明的原理，在实际测试中也取了本发明中描述中的显著效果，本发明的实施推广将会对社会产生非常大的价值。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明；因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内，不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：外壳和PCBA集成电路二部分组成，其中外壳机构包含导热散热器、插头铜件（或接线端子）、插孔铜件、电源按键、散热孔、指示灯导光柱；PCBA集成电路包括电气火灾保护驱动反馈电路、固态开关、通讯模块、声光交互电路、监测电路、微处理器单元模块、电源保护电路；

所述外壳可以是即插即用的，也是可以面板式的；

所述导流热散热器镶嵌在外壳表面与内部快速开关紧贴连接，不限于局部面板，同时也可以是把整个外壳都做成导流散热器，采用超导材料或超导涂层加强散热，根据PCBA集成电路器件发热特点布置散热孔、指示灯导光柱；散热器具有高绝缘性，用于传导散发固态开关带功率负载时产生的热量，且不漏电，不伤人；

所述电气火灾保护驱动反馈电路由驱动控制电路、固态开关、CT电流互感器组成，与监测电路直接组成电气火灾硬件保护模块，能在10微秒内响应并关断固态开关；固态开关的类型包含且不限于所指Sic功率管、MOS管、IGBT等类型，任一类型成组成对反向并联组成交流通路的极速开关；

所述监测电路主要包含高速电流监测电路及CT传感器、温度监测及传感器、温度传感器采用贴片的方式，贴于靠近Sic功率管的散热器附近，还可以根据功能需要嵌入电压监测、计量、故障电弧保护、剩余电流监测、漏电保护等辅助功能；

所述微处理单元模块包含主控MCU，包含且不仅限于核心驱动程序、通讯协议、控制、存储、安全策略、定时策略等功能；

所述电源保护电路由ADC电源和RC吸收电路组成，ADC电源为PCBA集成电路控制电路提供电源，RC吸收电路保护极速开关免遭用电器感性负载冲击。

2.根据权利要求1所述的一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：插头为符合规范的三孔标准插头，用于连接标准家用面板插座取电，或者是符合规范的接线端子，用于连接供电电源线；插孔为符合规范的三孔或五孔标准插孔，可以是一组插孔，也可以是多组，插孔用于插入符合规范的标准插头的用电器。

3.根据权利要求1所述的一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：电源按键通过手动按键控制电路插孔电源通断，通过驱动程序定义，包含但不限于重置配网、恢复出厂设置功能。

4.根据权利要求1所述的一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：通讯模块类型可以是4G、5G、WIFI模块、电力载波模块，还包含配网所需要的蓝牙模块、OTA升级功能，包含且不限于所列的类型和功能。

5.根据权利要求1所述的一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：声光交互电路的主要器件包含指示灯、蜂鸣器，包含且不限于所列类型器件，用于声光报警、语音控制功能。

6.一种如权利要求1至5中任意一项所述的一种电气火灾保护智能插座，其特征在于：包括以下步骤：

将本发明的智能插座的插头插入标准的供电插座，或者接线端子接入供电电源，内部MCU微处理单元模块和控制电路首先开始自检程序，并将结果反馈给通讯模块和声光交互电路。当自检发现故障时，中止对插孔的供电，并发出声光的报警指示；当自检正常时，进入正常工作，监测电路同时开始工作。此时根据用户的设定，可以是手动按电源按键开启插孔的通电和断电，也可以是保持本智能插座断电前的状态；

插入本智能插座插孔的不同功率的用电器，在使用过程中散发的热量通过导流散热器和散热孔自然散发交流通路Sic功率管和内部电路工作时的热量；在最大限定的功率下，使智能插座内部PCBA集成电路和器件保持在安全的温度下工作；当使用超过额定功率的用电器时，交流通路Sic功率管温度会极速上升，负载电流也会超出正常范围，此时温度监测电路和电流监测电路会迅速切断Sic功率管开关，达到多重保护的目的，使得用电器在一个安全的条件正常工作；

当用电线、用电器因老旧或意外发生瞬间短路时，监测模块及CT传感器纳秒级响应，电气火灾保护驱动反馈电路及交流通路Sic功率管在纳秒内响应，并在10微秒以内（实测数据最快4微秒内）瞬间关断交流通路Sic功率管，以此关断插孔电源。在这个保护过程中，短路处不会产生任何电火花，在重载功率下也只有非常微弱的肉眼几乎不可见的电火花产生，以此保护智能插座下的用电线路、用电器因短路产生高温、电弧引燃周边易燃物引发电气火灾或烧毁用电器。MCU控制声光报警、数据上传、事件记录；

在本发明智能插座的集成电路中嵌入剩余电流监测模块和RCT传感器，就具备电气火灾探测和漏电保护功能，当选择电气火灾探测时仅监测剩余电流的实时数据不关断插孔电源；选择漏电保护时，一旦用电线破损、用电器漏电，漏电达到了对人体无法脱困的20ma漏电时，漏电保护能在瞬间最快0.005秒内切断交流通路Sic功率管，切断插孔电源，以此来达到保护人生安全的目的；

在本发明智能插座的集成电路中嵌入计量模块，就具备计量功能，通过MCU微处理单元和通讯模组将计量数据传送至系统，可以为用电器的能耗管理和能耗分析提供必要的基础数据。