CN201349072Y - 高精度过流保护插座 - Google Patents

Abstract

一种高精度过流保护插座，它包括过流保护模块、过压低压保护模块、过温保护模块，其中过流保护模块包括电流采样电路、电流/电压转换模块、电压比较电路、阈值设定电路、跳变影响消除电路、或门U9和通断控制电路，电流采样电路的输出端接电流/电压转换模块的输入端，电流/电压转换模块的输出端接电压比较电路的输入端，电压比较电路的另一个输入端接阈值设定电路的输出端，电压比较电路的输出端接或门U9和跳变影响消除模块的输入端，跳变影响消除模块的输出端接或门U9的另一个输入端，或门U9的输出端接通断控制电路的输入端。本实用新型在用电器发生故障或超过预先设定的电压阀值后可以很迅速的断电，使用电器不工作，具有保证用电安全，节约生产成本和精度高的优点。

Description

高精度过流保护插座

技术领域

本实用新型涉及一种插座，尤其是一种具有过流保护、过压低压保护和过温保护功能的高精度插座，具体地说是一种高精度过流保护插座。

背景技术

随着社会的进步与发展，越来越多的用电器进入我们的家庭，而我们也越来越追求高质量的生活。很多高端的用电器使得我们的生活更加的简单，而有些时候这些高端的用电器出现故障，造成线路短路等事故，其付出的经济代价也是十分严重的。在实际应用中，如果一个用电器发生故障，最严重的是用电器着火，而用电器着火的原因很多程度上归结于用电器内部短路，而短路的造成的直接后果就是过流，而过流的电流也是逐渐增大的，因此，可以通过过流保护保护电器的使用。目前，在市场上一般的插座只是一个延长电源线的功能，而再好的就有了过流保护即设定了10A或16A，精度不高，而且销售价格高，增加了生产成本。因此，现有的插座不具有高精度过流保护、过压低压保护和过温保护的功能，不能达到低成本高效益的要求，不能满足现有生产技术的需要。

发明内容

本实用新型的目的是针对现有的插座设定的电压值过高且精度低等缺点提出一种在用电器发生故障或超过原先设定的电流值时能很精确辨别、迅速断去用电器的供电，保障用电的安全，高精度、生产成本较低的过流保护插座。

本实用新型的技术方案是：

一种高精度过流保护插座，其特征是它包括过流保护模块，过流保护模块包括电流采样电路、电流/电压转换模块、电压比较电路、阈值设定电路、跳变影响消除模块、或门U9和通断控制电路，电流采样电路的信号输入端与交流通路的火线或零线无线连接，电流采样电路的信号输出端接电流/电压转换模块的信号输入端，电流/电压转换模块的信号输出端接电压比较电路的信号输入端，电压比较电路的另一个信号输入端接阈值设定电路的信号输出端，电压比较电路的信号输出端接或门U9和跳变影响消除模块的信号输入端，跳变影响消除模块的信号输出端接或门U9的另一个信号输入端，或门U9的信号输出端接通断控制电路的信号输入端。

本实用新型的高精度过流保护插座，其特征是它还包括过压低压保护模块，过压低压保护模块包括由变压器T1、桥式整流器D1、电容C3-C6和电阻R6-R8构成的电压采样电路、由窗口比较器U5和或门U8构成的窗口比较电路和由跳变影响消除芯片U6构成的跳变影响消除模块，电压采样电路的信号输入即变压器T1的输入端作为过压低压保护模块的信号输入端接交流通路的火线和零线，变压器T1的输出端通过桥式整流器D1接并联电容C3、C4的两端，并联电容C3、C4的两端接串联电阻R6-R8，电阻R8的两端接并联电容C5、C6的两端，电阻R7、R8的连接点作为电压采样电路的信号输出分别接窗口比较电路的信号输入即窗口比较器U5的两个信号输入端，窗口比较器U5的各信号输出端分别接或门U8的信号输入端，或门U8的信号输出端作为窗口比较电路的信号输出分别接跳变影响消除芯片U6的信号输入端和过流保护模块的或门U9的对应信号输入端，跳变影响消除芯片U6的信号输出端接过流保护模块的或门U9的对应信号输入端。

本实用新型的高精度过流保护插座，其特征是它还包括过温保护模块，过温保护模块包括温控开关，温控开关安装在插座底端的各插孔之间。

本实用新型的电流采样电路包括电流互感器L1，所述的电流/电压转换模块包括由桥式整流器D2和电阻R1构成的电流/电压转换电路，由滤波电容C1、C2、电阻R2、R3和运算放大器U1构成的电压放大电路，所述的电压比较电路包括电阻R4、R5和运算放大器U2，所述的阈值设定电路包括阈值设定芯片U10、电阻R10、可变电阻R9和电容C11，所述的跳变影响消除模块包括跳变影响消除芯片U7和由开关S、电阻R9、复位芯片U10构成的复位电路、所述的通断控制电路包括电阻R10、三极管N1，继电器E1和二极管F1。

本实用新型的电源模块包括电压转换芯片U3、U4和电容C7-C10，电源模块的信号输入端均从电容C3的正极接入分别接电压转换芯片U3、U4的信号输入端，电压转换芯片U3、U4的接地端均与电容C3的负极相连，电压转换芯片U3的输出端和接地端与并联电容C7、C8相连，电压转换芯片U3、U4的接地端接地，电压转换芯片U4的输出端和接地端与并联电容C9、C10相连，电压转换芯片U3、U4的信号输出端做为电源模块的信号输出为高精度过流保护插座提供工作电源。

本实用新型的电流采样电路还可为IC法电流采样电路。

本实用新型的有益效果：

1、本实用新型采用跳变影响消除芯片使得系统的控制部分可以稳定的工作，采样和比较部分也比较稳定。因此，系统的稳定性好、安全可靠。

2、本实用新型通过在阈值设定电路更换电阻达到根据用户需要自由的设定过流、过压、低压的阀值的效果，使得产品更加的贴近用户的实际，能为高端用电器提供更加全面的保护，使得用电器的使用更加安全、方便。

3、过温保护不仅可以对插座连续打火导致的发热起干预作用，而且当温度过高时候可以及时的断电，保证用电器和线路的安全。

4、本实用新型包括选择性过流保护、过压低压保护、过温保护三个部分。其中过流保护部分通过将电流互感器采集电路中电流信息，然后将电流大小转换为直观的电压值，将该电压值合理放大后送入比较器与比较电压进行比较，将比较器的输出送至控制电路，用它来控制NPN三极管，从而达到控制继电器实现过流保护的作用。在过压低压保护部分，利用变压器的特性，嵌入一个过压低压判定电路，与过流控制部分相互独立，一起控制继电器工作。温控开关的嵌入插座底端回路达到电线过温保护的目的，过流保护精度控制在±0.01A，过压低压保护控制在±1V。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的电原理图。

图3是本实用新型的IC法电流采样电路图。

图4是本实用新型的复位电路图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步的说明。

如图1所示，本实用新型的高精度过流保护插座，它包括过流保护模块和电源模块，电源模块为高精度过流保护插座提供工作电源，过流保护模块包括电流采样电路、电流/电压转换模块、电压比较电路、阈值设定电路、跳变影响消除模块、或门U9(型号可为4072)和通断控制电路，电流采样电路的信号输入端与交流通路的火线或零线无线连接，电流采样电路的信号输出端接电流/电压转换模块的信号输入端，电流/电压转换模块的信号输出端接电压比较电路的信号输入端，电压比较电路的另一个信号输入端接阈值设定电路的信号输出端，电压比较电路的信号输出端接或门U9(型号可为4072)和跳变影响消除模块的信号输入端，跳变影响消除模块的信号输出端接或门U9的另一个信号输入端，或门U9的信号输出端接通断控制电路的信号输入端。

本实用新型还包括过压低压保护模块，过压低压保护模块包括由变压器T1、桥式整流器D1、电容C3-C6和电阻R6-R8构成的电压采样电路、由窗口比较器U5(型号可为TLV2252AID)和或门U8(型号可为74F32)构成的窗口比较电路和由跳变影响消除芯片U6(型号可为74F161A)构成的跳变影响消除模块，电压采样电路的信号输入即变压器T1的输入端作为过压低压保护模块的信号输入端接交流通路的火线和零线，变压器T1的输出端通过桥式整流器D1接并联电容C3、C4的两端，并联电容C3、C4的两端接串联电阻R6-R8，电阻R8的两端接并联电容C5、C6的两端，电阻R7、R8的连接点作为电压采样电路的信号输出分别接窗口比较电路的信号输入即窗口比较器U5的两个信号输入端，窗口比较器U5的各信号输出端分别接或门U8的信号输入端，或门U8的信号输出端作为窗口比较电路的信号输出分别接跳变影响消除芯片U6的信号输入端和过流保护模块的或门U9(型号可为7042)的对应信号输入端，跳变影响消除芯片U6的信号输出端接过流保护模块的或门U9的对应信号输入端。跳变影响消除芯片U6的复位信号端接复位电路的信号输出端，如图4所示。

本实用新型还包括过温保护模块，过温保护模块包括温控开关，温控开关安装在插座底端的各插孔之间。

本实用新型的电流采样电路包括电流互感器L1，所述的电流/电压转换模块包括由桥式整流器D2和电阻R1构成的电流/电压转换电路，由滤波电容C1、C2、电阻R2、R3和运算放大器U1(型号可为OP07A)构成的电压放大电路，所述的电压比较电路包括电阻R4、R5和运算放大器U2(型号可为TLV3501)，所述的阈值设定电路包括阈值设定芯片U10(型号可为TPS70302)、电阻R10、可变电阻R9和电容C11，所述的跳变影响消除模块包括跳变影响消除芯片U7(型号可为74LS161A)和由开关S、电阻R9、复位芯片U10(型号可为TPS70302)构成的复位电路、所述的通断控制电路包括电阻R10、三极管N1(型号可为NPN9013)，继电器E1(型号可为9436-1C-5DS)和二极管F1。跳变影响消除芯片U7的复位信号端接复位电路的信号输出端，如图4所示。

本实用新型的电源模块包括电压转换芯片U3(型号可为UA7805)、U4(型号可为78L06)和电容C7-C10，电源模块的信号输入端均从电容C3的正极接入分别接电压转换芯片U3、U4的信号输入端，电压转换芯片U3、U4的接地端均与电容C3的负极相连，电压转换芯片U3的输出端和接地端与并联电容C7、C8相连，电压转换芯片U3、U4的接地端接地，电压转换芯片U4的输出端和接地端与并联电容C9、C10相连，电压转换芯片U3、U4的信号输出端做为电源模块的信号输出为高精度过流保护插座提供工作电源。

本实用新型的电流采样电路还可为IC法电流采样电路，如图3所示。

具体实施时：

本系统采用电流互感器L1(型号可为TA093-2M)采样电流，再通过电流/电压转换电路将电流转换成电压，进而可以更加直观的判别。本电路具有两种典型的电路：以电阻法采样电路为例，如图2所示：操作简便，电路简洁明了、成本非常低；而采样误差控制在0.2％之内、额定采样电压为1.5V，误差对系统的整体误差影响不大，而且可以通过后面的电路来改善并减少影响。以IC法采样电路为例，如图3所示电路精度高，误差≤0.1％，额定采样电压大。

本实用新型的阈值设定电路，以阈值设定芯片U10(型号可为TPS70302)为例，如图1所示：阈值设定芯片U10的输出电压可通过改变电阻R9设定，输入到运算放大器U2(型号可为TLV3501)的反向比例信号输入端，与同向比例信号输入端的采样电压进行比较，再通过跳变影响消除芯片U7(型号可为74LS161)记数帮助保护。而低压和过压保护利用双比较器芯片构成窗口比较器(型号可为TLV2252AID或TLC3702)，采用一个电压与上下两个阀值相比，低或高都出高电平，将结果通过或门U9(型号可为CD4072)与通断控制电路一起控制继电器工作。使用模数混合电路使得电路的成本大大降低，而且功能强大。

阈值设定芯片U10以TPS70302为例，由于TPS70302芯片的输出电压范围为(1.22V，5.5V)。我们需要将电压放大到此范围内，故选择放大4倍，使用R4为10K和R3为30K的两个电阻。而考虑到运放的使用的线性范围与供电的现实环境，故给U1(型号为OP07)以+6V的单电源供电。而比较器U2(型号为TLV3501)的反向比例信号输入端通过一个阈值设定电路，输出任意电压值。

阈值设定芯片U10(型号可为TPS70302)的输出电压可调，如图4所示，输出公式为：R9＝(VOUT/VREF-1)×R10，(VREF＝1.224V)；我们选择R10为30K，通过调节R9的大小以达到输出我们需要的比较电压目标。由于电路干扰，电阻阻值精度范围影响等问题的干扰，需要通过对运放输出端的电压进行测试，并通过设定的值分别调节个部分的R9大小以达到目的。

对于电路电流为2A时：R9＝(1.83/1.224-1)*30K＝14.85KΩ，考虑到实际电阻的阻值等问题我们选择R9为15K。

对于电路电流为3A时：R9＝(2.67/1.224-1)*30K＝35.44KΩ，考虑到实际电阻的阻值等问题我们选择R9为35.5K。

对于电路电流为4A时：R9＝(3.56/1.224-1)*30K＝57.25KΩ，考虑到实际电阻的阻值等问题我们选择R9为57K。

当电线温度超过65℃时，电线外围的绝缘层塑料可能因发热可能产生燃烧，最终导致电力系统的破坏，而电线的导体为铜丝，具有较好的热传递特性。故我们通过在插座内的各插孔连接处嵌入一个5A，65℃的温控开关以达到防止温度过高而引起的电线短路的事故的发生。

本实用新型未涉及部分均与现有技术相同或可采用现有技术加以实现。

Claims (6)

1、一种高精度过流保护插座，其特征是它包括过流保护模块，过流保护模块包括电流采样电路、电流/电压转换模块、电压比较电路、阈值设定电路、跳变影响消除模块、或门U9和通断控制电路，电流采样电路的信号输入端与交流通路的火线或零线无线连接，电流采样电路的信号输出端接电流/电压转换模块的信号输入端，电流/电压转换模块的信号输出端接电压比较电路的信号输入端，电压比较电路的另一个信号输入端接阈值设定电路的信号输出端，电压比较电路的信号输出端接或门U9和跳变影响消除模块的信号输入端，跳变影响消除模块的信号输出端接或门U9的另一个信号输入端，或门U9的信号输出端接通断控制电路的信号输入端。

2、根据权利要求1所述的高精度过流保护插座，其特征是它还包括过压低压保护模块，过压低压保护模块包括由变压器T1、桥式整流器D1、电容C3-C6和电阻R6-R8构成的电压采样电路、由窗口比较器U5和或门U8构成的窗口比较电路和由跳变影响消除芯片U6构成的跳变影响消除模块，电压采样电路的信号输入即变压器T1的输入端作为过压低压保护模块的信号输入端接交流通路的火线和零线，变压器T1的输出端通过桥式整流器D1接并联电容C3、C4的两端，并联电容C3、C4的两端接串联电阻R6-R8，电阻R8的两端接并联电容C5、C6的两端，电阻R7、R8的连接点作为电压采样电路的信号输出分别接窗口比较电路的信号输入即窗口比较器U5的两个信号输入端，窗口比较器U5的各信号输出端分别接或门U8的信号输入端，或门U8的信号输出端作为窗口比较电路的信号输出分别接跳变影响消除芯片U6的信号输入端和过流保护模块的或门U9的对应信号输入端，跳变影响消除芯片U6的信号输出端接过流保护模块的或门U9的对应信号输入端。

3、根据权利要求1所述的高精度过流保护插座，其特征是它还包括过温保护模块，过温保护模块包括温控开关，温控开关安装在插座底端的各插孔之间。

4、根据权利要求1所述的高精度过流保护插座，其特征是所述的电流采样电路包括电流互感器L1，所述的电流/电压转换模块包括由桥式整流器D2和电阻R1构成的电流/电压转换电路，由滤波电容C1、C2、电阻R2、R3和运算放大器U1构成的电压放大电路，所述的电压比较电路包括电阻R4、R5和运算放大器U2，所述的阈值设定电路包括阈值设定芯片U10、电阻R10、可变电阻R9和电容C11，所述的跳变影响消除模块包括跳变影响消除芯片U7和由开关S、电阻R9、复位芯片U10构成的复位电路、所述的通断控制电路包括电阻R10、三极管N1，继电器E1和二极管F1。

5、根据权利要求1所述的高精度过流保护插座，其特征是所述的电源模块包括电压转换芯片U3、U4和电容C7-C10，电源模块的信号输入端均从电容C3的正极接入分别接电压转换芯片U3、U4的信号输入端，电压转换芯片U3、U4的接地端均与电容C3的负极相连，电压转换芯片U3的输出端和接地端与并联电容C7、C8相连，电压转换芯片U3、U4的接地端接地，电压转换芯片U4的输出端和接地端与并联电容C9、C10相连，电压转换芯片U3、U4的信号输出端做为电源模块的信号输出为高精度过流保护插座提供工作电源。

6、根据权利要求1或4所述的高精度过流保护插座，其特征是所述的电流采样电路还可为IC法电流采样电路。

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