CN201122833Y - 微控节电保护装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种微控节电保护装置，包括电源输入端、直流供电电路、控制电路、过压检测电路、漏电检测电路、负载功率检测电路和可控开关电路；其中，所述可控开关电路连接在供电回路中，接收控制电路输出的开关控制信号，进而控制供电回路通断；所述控制电路的输入端接收过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路输出的检测信号，进而确定其输出端输出的开关控制信号的状态；所述直流供电电路的输入端连接电源输入端，将输入电压转换为低压直流电为控制电路、过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路提供工作电源。采用此保护装置不仅可以提高设备的安全性，而且通过功率检测可以在电器待机时切断电源，以达到节能环保的目的。

Description

微控节电保护装置

技术领域

本实用新型属于用电保护设备技术领域，具体地说，是涉及一种用电设备的微控节电保护装置。

背景技术

随着社会的发展，人们生活水平的不断提高，用于日常生活中的电器设备与日俱增。目前，市场上出现的用电保护产品(如漏电开关、断路保护器、节电器等)的功能都比较单一，只能解决家用电器设备的某一类问题。由于地区环境的差异，各地电网供电差异很大，家电设备本身的保护功能又非常有限，因此，对出现的故障不能完全实现保护。

实用新型内容

本实用新型针对现有用电保护产品功能单一、不能对家电设备实现全面保护的问题，提供了一种新型的微控节电保护装置，不仅对家电设备实现了过压保护、漏电保护和过功率保护功能，而且在家电设备长时间处于待机状态时还可以实现节电控制，从而很好地解决了家电设备的安全用电问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用以下技术方案予以实现：

一种微控节电保护装置，包括电源输入端、直流供电电路、控制电路、过压检测电路、漏电检测电路、负载功率检测电路和可控开关电路；其中，

所述可控开关电路连接在供电回路中，接收所述控制电路输出的开关控制信号，进而控制所述供电回路通断；

所述控制电路的输入端接收过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路输出的检测信号，进而确定其输出端输出的开关控制信号的状态；

所述直流供电电路的输入端连接所述电源输入端，将输入电压转换为低压直流电为所述控制电路、过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路提供工作电源。

进一步的，在所述可控开关电路中包含有两路开关子电路，即第一开关子电路和第二开关子电路；所述电源输入端为交流电源输入端，在与其连接的交流火线上连接有第二开关子电路，零线上连接有第一开关子电路。

所述开关子电路可以采用多种结构形式实现，在本实用新型中，所述第一、第二开关子电路均采用一继电器和一NPN型三极管组成，所述继电器的常开触点串联在所述的交流火线或者零线中，继电器线圈的一端连接直流供电电路的直流电压输出端，另一端连接所述NPN型三极管的集电极，所述NPN型三极管的发射极接地，基极分别与所述控制电路的两个开关控制信号输出端一一对应连接。

其中，在所述第一开关子电路的开关通路两端并联有一手动启动开关。所述直流供电电路的输入端一端通过所述手动启动开关与第一开关子电路的开关通路组成的并联支路连接所述电源输入端的零线端，另一端连接所述电源输入端的火线端，在用户触发所述手动启动开关后上电工作，为所述控制电路、过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路提供工作电源。

再进一步的，在本实用新型的微控节电保护装置中，过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路可以采用以下结构形式实现：

在所述漏电检测电路中包含有一漏电流检测线圈，对所述供电回路中的电流进行检测，进而生成漏电信号输出至一放大电路中；所述放大电路对漏电信号进行放大处理后输出至一比较电路的输入端，进而与一基准电压信号进行比较后，输出方波信号至所述控制电路的其中一路输入端。

在所述过压检测电路中包含有一整流电路和分压网络，所述整流电路的输入端连接在交流火线上，输出端通过所述分压网络连接到零线上，所述分压网络的中间节点连接所述控制电路的模数转换输入端。其中，所述分压网络可以由相互连接的电位器和分压电阻组成，通过改变电位器的阻值可以方便地调节所述过压检测电路输出电压信号的大小。

在所述负载功率检测电路中包含有一采样电阻和两路放大电路，所述采样电阻串联在零线中，其采样信号通过第一放大电路进行放大处理后一方面输出至所述控制电路的其中一路输入端，以实现控制电路对负载是否出现过功率故障进行检测；另一方面连接第二放大电路的输入端，所述第二放大电路的输出端连接控制电路的另一路输入端，以实现控制电路对负载是否进入待机状态进行检测。

其中，在所述第一放大电路中包含有一运算放大器，其同相输入端和反相输入端并联在所述采样电阻的两端，输出端一方面通过一电阻连接其反相输入端，另一方面连接所述控制电路的其中一路输入端；其同相输入端经另一电阻接地。

与现有技术相比，本实用新型的优点和积极效果是：本实用新型的微控节电保护装置通过将过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路集于一身，从而对家电设备起到了过压保护、漏电保护和负载过功率保护等作用，有效确保了家电设备的用电安全。与此同时，通过对负载功率进行实时检测，在检测到负载功率低于某一设定值时，则认为负载此时进入待机状态，进而自动切断供电电源，以实现负载的零功耗待机，防范由于供电电压不稳导致的家用电器损坏问题。

附图说明

图1为本实用新型所提出的微控节电保护装置的原理框图；

图2为供电回路的电路原理图；

图3为漏电检测电路的电路原理图；

图4是过压检测电路的电路原理图；

图5是负载功率检测电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的具体实施方式作进一步详细的说明。

本实用新型为了对家电设备实现全面保护，设计了一款集过压保护、漏电保护、负载过功率保护于一身的微控节电保护装置，其电路原理框图参见图1所示。左侧电源输入端可以连接220V交流市电输入，右侧连接用电设备。系统上电后，直流供电电路将交流电压转换成低压直流电后，输出直流电压Vcc1和Vcc2给控制电路及过压检测电路、漏电检测电路、负载功率检测电路提供工作电源。控制电路上电后，控制连接在供电回路中的可控开关电路导通，进而实现向用电设备的交流供电。用电设备启动后，过压检测电路开始检测输入的交流电压是否超过额定电压设定值；漏电检测电路检测用电设备是否漏电超标、接地线是否带电；负载功率检测电路对用电设备的功率进行检测。当检测到有上述任一故障出现时，控制电路控制所述可控开关电路断开，以切断向用电设备的交流供电，实现对用电设备的安全保护。

所述微控节电保护装置可以设计成独立于用电设备之外的独立设备，在使用时，通过其电源输入端连接外部交流市电，其电源输出端插接需要进行保护的用电设备的电源插头，以实现对用电设备的过压、漏电、过功率保护。当然，所述的微控节电保护装置也可以集成于用电设备中，具体可连接在用电设备的交流供电输入端与内部电源处理电路之间，本实用新型对此不进行具体限制。

实施例一，图2～图5列举了一种为实现所述微控节电保护装置所采用的具体电路结构，其中，图2为供电回路的具体电路原理图。图2中，采用继电器和NPN型三极管构成两路开关子电路，分别连接在供电回路的交流火线L上或交流零线N上。具体来讲，通过继电器K1、二极管D1和NPN型三极管N1构成第一开关子电路，连接在交流零线N上。其中，继电器K1的常开触点串联在交流零线N中，其两端与手动启动开关S1相并联；继电器K1线圈的一端连接直流供电电路的直流电压输出端Vcc1，另一端连接NPN型三极管N1的集电极，所述NPN型三极管N1的发射极接地，基极连接控制电路的其中一路开关控制信号输出端，即P1端口；所述二极管D1并联在继电器K1线圈的两端。同理，继电器K2、二极管D2和NPN型三极管N2构成第二开关子电路，连接在交流火线L上。其中，NPN型三极管N2的基极连接控制电路的另外一路开关控制信号输出端，即P2端口，以实现对两路开关子电路通断时序的控制。

为了实现在用户按压手动启动开关S1后，直流供电电路能够及时上电工作，以给控制电路提供直流工作电源，使其控制继电器K1、K2吸合，进而连通交流供电回路，以实现用电设备的正常运行，在本实施例中，所述直流供电电路的输入端采用如图2所示的连接结构。具体来讲，所述直流供电电路的输入端一端连接保护装置的电源输入端的火线端L，另一端通过手动启动开关S1与继电器K1的常开触点组成的并联支路连接电源输入端的零线端N，在用户触发所述手动启动开关S1后，直流供电电路得电工作，将交流电压转换为低压直流电后为所述控制电路、过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路提供直流工作电源。所述直流供电电路可以采用开关电源或者阻容减压方式实现，输出直流电压Vcc2为控制电路供电。控制电路上电工作后，控制继电器K1、K2同时吸合，给用电设备供电。在用电设备上电工作的同时，保护装置开始检测，当检测到输入交流电压超过设定值(290VAC)、用电设备漏电超标或者功率超过额定值(1000W/2000W/3000W)时，控制电路控制继电器K2立刻断开(交流电断开)，切断用电设备的供电，报警提示用户，10分钟后断开继电器K1。如果不存在以上三种情况，但是，用电设备的功率小于设定值(5W/10W/20W)，则控制电路认为此时用电设备处于待机状态，进而在延迟1分钟后断开继电器K2，同时报警提示用户，10分钟后断开继电器K1。此时，直流供电电路停止工作，切断控制电路的工作电源。

当用电设备的功率在设定最小值(5W/10W/20W)和设定最大值(1000W/2000W3000W)之间时，控制电路控制继电器K1、K2继续吸合，给用电设备供电。用电设备正常工作后，系统仍在不断检测输入电压、用电设备是否漏电超标和用电设备的功率，当用电设备出现漏电超标、过功率或者输入电压超过设定值(290VAC)时，控制电路控制继电器K2立刻断开，切断用电设备的交流供电，并报警提示用户，10分钟后断开继电器K1；当检测到家用电器的功率小于设定值(5W/10W/20W)时，控制电路控制继电器K1、K2延迟一定时间(具体时间依不同用电设备而定)后断开用电设备的供电，使用电设备进入零待机功耗状态，以节约电能，达到节能环保的目的。

图3为漏电检测电路原理图，采用漏电流检测线圈L1对供电回路中的漏电情况进行检测，其生成的漏电信号经由运算放大器ICA和电阻R303、R304组成的放大电路进行放大处理后输出至比较器ICB的同相输入端，所述比较器ICB的反相输入端连接基准电压信号Vref，将放大后的漏电信号与基准电压信号Vref进行比较后，输出一个方波信号到控制电路的其中一路输入端，即P3端口。当漏电流大于标准值15mA时，经放大后的漏电信号的电压值大于基准电压信号Vref的幅值，从而通过比较器ICB输出为一个宽脉冲的方波。控制电路在其P3端口检测到此宽脉冲的方波信号后，即认为用电设备的漏电超过安全值，从而控制所述继电器K1、K2断开，进而立刻断开用电设备的供电，并报警提示用户：“用电设备漏电超过标准，可能对人体造成伤害，请及时维修”。

只有漏电超标情况解除后，此用电设备才能通过本保护装置正常使用。

图4为过电压检测和电器插头接触不良判定电路的原理图，具体在交流火线L和零线N线之间跨接整流电路和分压网络。其中，整流电路可以采用二极管D3形成简单的半波整流电路；分压网络可以采用电位器R 3和分压电阻R1、R2连接而成，参见图4所示。在交流输入电压大于设定值(290VAC)时，分压电阻R2上的分压为V1，经由电容C1、E1进行滤波处理后，输出至控制电路的其中一路ADC输入端，即P4端口。当控制电路检测到P4端口的电压大于V1时，控制继电器K2立刻断开，同时报警提示用户。如果用电设备的插头出现接触不良情况，则控制电路通过其P4端口会检测到变化幅值较大的电压信号，此时，判定为用电设备的插头接触不良而输出报警，提示用户。

图5为负载功率检测电路原理图，具体采用高精度采样电阻RS和两路放大电路实现。将所述采样电阻RS串联在零线N中，检测用电设备的功率，其两端分别连接运算放大器IC1A的同相输入端和反相输入端。所述运算放大器IC1A的输出端一方面通过电阻R6连接其反相输入端，另一方面连接控制电路的其中一路输入端，即P5端口，其同相输入端经电阻R7接地，以构成第一放大电路。当采样电阻RS检测到过功率信号时，经第一放大电路进行放大处理后，向控制电路的P5端口输出高电平信号，以通知控制电路用电设备出现过功率故障，需要切断用电设备的交流供电。而当采样电阻RS检测到低功率信号时，通过第一放大电路和第二放大电路进行两次放大处理后，输出至控制电路的另外一路输入端，即P6端口，对用电设备是否处于待机状态进行检测。所述第二放大电路可以采用运算放大器IC1B配合外围电阻R4、R5、电容E3连接而成。控制电路通过检测P5、P6端口的信号来判断用电设备的功率是否超过额定值(1000W/2000W/3000W)或者低于设定值(5W/10W/20W)，进一步来控制继电器K1、K2的吸合与断开，实现负载过功率保护和低功率待机自动断电功能。

在本实施例中，所述控制电路可以采用单片机实现，所述的P1、P2、P3、P5、P6端口可采用单片机上的GPIO口实现，所述P4端口则需要采用单片机上的数模转换输入端ADC实现。当然，所述的控制电路也可以采用其他具有控制作用的集成芯片或者分立器件搭建而成，本实用新型不限于此。

本实用新型的微控节电保护装置针对家电设备的各个方面进行了全范围保护，解决了系统用电的安全问题。待机时，通过切断供电电源达到了待机零功耗的目的，并且可以有效防范由于供电电压不稳导致的家用电器损坏问题，提高了产品的安全性、节能性，延长了用电设备的使用寿命，确保了人身安全。

当然，上述说明并非是对本实用新型的限制，本实用新型也并不仅限于上述举例，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本实用新型的保护范围。

Claims (10)

1、一种微控节电保护装置，包括电源输入端、直流供电电路和控制电路，其特征在于：在所述微控节电保护装置中还包含有过压检测电路、漏电检测电路、负载功率检测电路和可控开关电路；其中，

所述可控开关电路连接在供电回路中，接收所述控制电路输出的开关控制信号，进而控制所述供电回路通断；

所述控制电路的输入端接收所述过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路输出的检测信号，进而确定其输出端输出的开关控制信号的状态；

所述直流供电电路的输入端连接所述电源输入端，将输入电压转换为低压直流电为所述控制电路、过压检测电路、漏电检测电路和负载功率检测电路提供工作电源。

2、根据权利要求1所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述可控开关电路中包含有两路开关子电路，即第一开关子电路和第二开关子电路；所述电源输入端为交流电源输入端，在与其连接的交流火线上连接有第二开关子电路，零线上连接有第一开关子电路。

3、根据权利要求2所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述第一、第二开关子电路中均包含有一继电器和一NPN型三极管，所述继电器的常开触点串联在所述的交流火线或者零线中，继电器线圈的一端连接直流供电电路的直流电压输出端，另一端连接所述NPN型三极管的集电极，所述NPN型三极管的发射极接地，基极分别与所述控制电路的两个开关控制信号输出端一一对应连接。

4、根据权利要求2所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述第一开关子电路的开关通路两端并联有一手动启动开关。

5、根据权利要求4所述的微控节电保护装置，其特征在于：所述直流供电电路的输入端一端连接所述电源输入端的火线端，另一端通过所述手动启动开关与第一开关子电路的开关通路组成的并联支路连接所述电源输入端的零线端。

6、根据权利要求1至5中任一项所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述漏电检测电路中包含有一漏电流检测线圈，对所述供电回路中的电流进行检测，进而生成漏电信号输出至一放大电路中；所述放大电路对漏电信号进行放大处理后输出至一比较电路的输入端，进而与一基准电压信号进行比较后，输出方波信号至所述控制电路的其中一路输入端。

7、根据权利要求1至5中任一项所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述过压检测电路中包含有一整流电路和分压网络，所述整流电路的输入端连接在交流火线上，输出端通过所述分压网络连接到零线上，所述分压网络的中间节点连接所述控制电路的模数转换输入端。

8、根据权利要求7所述的微控节电保护装置，其特征在于：所述分压网络由相互连接的电位器和分压电阻组成。

9、根据权利要求1至5中任一项所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述负载功率检测电路中包含有一采样电阻和两路放大电路，所述采样电阻串联在零线中，其采样信号通过第一放大电路进行放大处理后一方面输出至所述控制电路的其中一路输入端；另一方面连接第二放大电路的输入端，所述第二放大电路的输出端连接控制电路的另一路输入端。

10、根据权利要求9所述的微控节电保护装置，其特征在于：在所述第一放大电路中包含有一运算放大器，其同相输入端和反相输入端并联在所述采样电阻的两端，输出端一方面通过一电阻连接其反相输入端，另一方面连接所述控制电路的其中一路输入端；其同相输入端经另一电阻接地。

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