CN202231682U - 家庭自动电源开关 - Google Patents

Abstract

一种家庭自动电源开关，由开关电路、负载单元、传感电路、第一鉴别电路、第一执行电路、第二鉴别电路、第二执行电路及直流电源组成，其特征在于：所述的开关电路、负载单元、传感电路依次串接在AC220V输电回路中；所述传感电路的输出接第一鉴别电路与第二鉴别电路；第一鉴别电路的输出接第一执行电路；第二鉴别电路的输出接第二执行电路；本实用新型为兼有限电与抗雷功能的家庭自动电源开关，当家中任一电器开机时，其便闭合自动送电(即开机供电)；当家中所有的电器均关断停机时，其便断开自动断电(即停机断电)；家庭用电超荷或遭雷击时，其便自动断开外输电线路。

Description

家庭自动电源开关

技术领域

本实用新型涉及低压电器领域，尤其涉及一种家庭用的家庭自动电源开关。

背景技术

一般家庭均有电冰箱、彩电、空调、电灯等电器。所述的电器中，彩电、空调等具有遥控性能，它们被遥控关机以后，主机电源虽然关断了，但其中的遥控用的电源(以下简称遥控电源)仍在通电，每台彩电或空调仍有6W左右的遥控电源的耗电(以下简称“待机耗电”)。

随着时代的进步，许多家庭设有互联网“路由器”、并且多数家庭的路由器均是昼夜长开从不关机。当电脑关机时，此长开不关机的路由器也在无惠的耗电，此种无惠的耗电也可规入“待机耗电”的范畴。

中国专利“ZL200520117312.7遥控电器电源断开控制器”公开了一种解决“待机耗电”的方法。但该专利所公开的方法存在以下缺点：

1、“遥控电器”开机时，须按按钮AN(请见ZL200520117312.7的说明书附图的图2、图3)“遥控电器”和所述的“遥控电器电源断开控制器”才能正常工作，显得十分麻烦也难以被用户所接受。

2、“遥控电器”中，创维彩电42E70RG的额定功率为120W、32E60HR为60W；海信彩电LED32K01Z的额定功率为50W；1匹空调的额定功率为735W、1.5匹空调的额定功率为1102.5W。

结合ZL200520117312.7的说明书附图的图2、图3：二极管D3、电阻R2、三极管BG相串联，若二极管、三极管均用常用的硅管(Si管)，即使不计电阻R2上的压降，欲使三极管BG饱和导通，取样电阻R1上的交流压降至少需1.4/√2V(为叙述简便取1.4V)。

(1)若单独插入额定功率为50W的海信彩电LED32K01Z，AC220V回路电流为0.227A(未计取样电阻R1对AC220V回路电流的影响)，为使三极管BG饱和导通，取样电阻R1的阻值至少为6.2Ω即R1＝6.2Ω

(2)选定取样电阻R1的阻值后，若单独插入额定功率为1102.5W的1.5匹空调，此时，取样电阻R1上的压降为27.23V、功率为119.59W(计算数据时，已计取样电阻R1对AC220V回路电流的影响)，在此情况下，取样电阻R1、三极管BG肯定损毀！

反之，若以单独插入额定功率为1102.5W的1.5匹空调为基准，决定取样电阻R1的阻值后，再单独插入额定功率为50W的海信彩电LED32K01Z，则三极管BG截止，50W的海信彩电LED32K01Z无法通电工作。

3、由于“遥控电器”与取样电阻R1串联在AC220V回路中，取样电阻R1上总存在压降，所以，“遥控电器”总是在低于额定电压AC220V的欠压状态下运行。

以上所述说明，ZL200520117312.7存在重大的缺陷。

家中短期无人时，例如：上班后家中无人，短期外出旅游家中无人，最安全的方式是将家中的AC220V电源切断。但切断电源后，电冰箱便停止工作，其中储存的食物将霉变，这是一个需要本实用新型解决的一个矛盾。

按我国的供电方式，市政电网对家庭AC220V供电均未装限电器，一旦家庭用电超荷，极易引起电线起火。

此外，因为我国家庭中的AC220V供电系统均无避雷装置，因此，雷击损坏家庭中的电脑、彩电等电器的消息，媒体时有报导。2009年8月，浙江省奉化市某鎮就发生过一个响雷损坏二十多台电脑的事件。

对于家庭AC220V用电，最理想的方式是：无论家中是否有人，在家庭用电未超荷时，当任一电器(电冰箱、电灯、彩电、空调的主机等)的开关合上时(即开机时)，家庭AC220V电源接通供电(以下简称开机供电)；当电器均关断停机时(但遥控电源未关断)，家庭AC220V电源便关断(以下简称停机断电)；在家庭用电超荷或遭雷击(雷击可理解为严重超荷)时，家庭AC220V电源便自动关断(以下简称超荷断电)。

发明內容

本实用新型的目的就是针对现有技术的不足，设计一种自动实现“开机供电”、“停机断电”、“超荷断电”的家庭自动电源开关。

本实用新型主要用于家庭，也可用于学生宿舍、办公室、写字楼、工地或车间。

在阐述实现上述目的本实用新型的技术方案之前，首先阐述以下情况：

1、对于目前大量使用的机械温控电冰箱来说，其压缩机的电源开关实际上就是温度开关，当电冰箱内的温度高于设定温度时，温度开关接通，压缩机通电工作、开始制冷；当电冰箱内的温度低于设定温度时，温度开关断开，压缩机断电、停止制冷。

2、家用电器启动时启动电流都大于额定电流，即启动时阻抗相对较低(以下简称“启动低阻”)，具体为：

(a)电冰箱、空调、洗衣机一类的电动机性质的家用电器，启动电流为额定电流的4～7倍；

(b)白炽灯的启动电流为额定电流的十倍以上；

(c)CRT彩电的启动电流为额定电流的十倍以上；

(d)节能灯、荧光灯、卤钨灯的启动电流为额定电流的2～2.5倍。

本实用新型实现所述目的之技术方案为：

一、综合利用：

(1)、电器启动时呈现的“启动低阻”现象；

(2)当所有的电器均被关机、负载单元仅剩一路或多路遥控电源连接时(本实用新型称此状态为停机状态，简称“停机”)，负载单元呈现的阻抗相对较大(以下简称“停机高阻”)的情况；

(3)、压敏电阻或双极型瞬态电压抑制二极管的特性。

二、设计一种家庭自动电源开关。所述的家庭自动电源开关由开关电路、负载单元、传感电路、第一鉴别电路、第一执行电路、第二鉴别电路、第二执行电路及直流电源组成，特征在于：双极型瞬态电压抑制二极管TVS1并接在AC220V输入端、所述的开关电路、负载单元、传感电路依次串接在AC220V输电回路中；开关电路两端的电压u_k与所述的负载单元两端的电压u_L之和为AC220V；所述的传感电路中的传感线圈L套在AC220V的输电线4上；所述传感电路的输出接第一鉴别电路与第二鉴别电路，第一鉴别电路的输出接第一执行电路，第一执行电路则控制开关电路中第一继电器的动合触点DH的闭合或断开；第二鉴别电路的输出接第二执行电路，第二执行电路则控制开关电路中第二继电器的动断触点DD1和AC220V的输电线上的第二继电器的动断触点DD2的闭合或断开；直流电源的输入端与AC220V连接，其输出的直流电压Uc分别供给第一鉴别电路、第二鉴别电路、第一执行电路及第二执行电路；所述的传感电路、第一鉴别电路、第二鉴别电路、第一执行电路、第二执行电路及直流电源均接电路地。

优选地，所述的开关电路由压敏电阻(Voltage Dependent Resistor)、手动开关、第一继电器的动合触点DH、第二继电器的动断触点DD1组成。

所述的手动开关为应急开关(当本实用新型失灵时，其手动闭合。这样，可不影响家庭供电)，在以下的阐述中，其始终处于断开的状态，可视其“不存在”。

当某一电器开机时，所述的开关电路两端的电压u_k大于该开关电路中压敏电阻的击穿电压(即压敏电压或阈值电压)，压敏电阻呈低阻而导通；当电器均关机时，所述的电压u_k小于压敏电阻的击穿电压，压敏电阻截止而呈高阻。

本实用新型的控制过程为：

1、开机供电控制：当负载单元中某一电器开机时(此时，负载单元的负载为：所述的开机的电器及与其并联的其他电器的“遥控电源”)，负载单元呈现“启动低阻”，开关电路两端的电压u_k大于压敏电阻的击穿电压，压敏电阻导通，交流电流i_L便通过其流通，传感电路获得相应的感应信号电压u_s，使其输出的电压U₃大于第一鉴别电路的基准电压U₂，第一鉴别电路输出高电平，第一执行电路则驱动开关电路中的第一继电器的动合触点DH闭合，本实用新型进入“开机供电”的状态、家庭AC220V电源被接通。此时，由于第一继电器动合触点DH的闭合，开关电路两端的电压u_k＝0，使压敏电阻截止而进入“休息”的状态。所述的压敏电阻在此“开机供电”的控制过程中，起到了“触发”第一继电器动合触点DH闭合的作用。短暂的“触发”过程结束后，交流电流i_L则改由闭合的第一继电器动合触点DH流通，并且，开关电路两端的电压u_k＝0，功耗也为零，负载单元中已启动的电器不欠压地按额定电压AC220V运行。

2、停机断电控制：当所有的电器均被关机(遥控关机或手动关机)、负载单元仅剩一路或多路遥控电源连接时，负载单元呈现“停机高阻”，交流电流i_L减小，导致传感电路输出的电压U₃小于第一鉴别电路的基准电压U₂，第一鉴别电路输出低电平，第一执行电路复位、导致开关电路中的第一继电器的动合触点DH复位断开。此时，由于负载单元呈现“停机高阻”，因此，开关电路两端的电压u_k小于压敏电阻的击穿电压，压敏电阻截止。因为第一继电器的动合触点DH已复位断开、压敏电阻也截止，所以，交流电流i_L→0，本实用新型便进入“停机断电”的状态，家庭AC220V电源被切断。

在上述开机供电控制与停机断电控制的过程中，开关电路两端的电压u_k有以下特征：在电器开机、负载单元呈现“启动低阻”时，u_k的值大于压敏电阻的击穿电压；当第一继电器动合触点DH闭合时，u_k＝0；当所有的电器均被关机，负载单元呈现“停机高阻”时，u_k的值小于压敏电阻的击穿电压。与u_k的值相对应，开关电路中的压敏电阻在上述开机供电控制与停机断电控制的过程中，则有以下特征：在电器开机、负载单元呈现“启动低阻”时，所述的压敏电阻导通；当第一继电器动合触点DH闭合时，所述的压敏电阻截止；当所有的电器均被关机，负载单元呈现“停机高阻”时，所述的压敏电阻也截止。

所述的开关电路中的压敏电阻也可以用双极型瞬态电压抑制二极管(Transient Voltage Suppressor Diode)替代；所述的开关电路中的第一继电器动合触点DH也可以用双向晶闸管(Triode AC Switch，TRIAC)替代。

3、超荷断电控制：我们可以通过调定第二鉴别电路的基准电压U₆的值而设定家庭用电总负荷(即限定家庭用电总功率，简称“限电”)，例如5KW。当家庭用电未超荷时，传感电路输出的电压U₃小于第二鉴别电路的基准电压U₆，第二鉴别电路输出低电平，第二执行电路则控制开关电路中第二继电器的动断触点DD1和AC220V的输电线上第二继电器动断触点DD2闭合。简言之：当家庭用电未超荷时，开关电路中第二继电器的动断触点DD1闭合、AC220V的输电线上的第二继电器的动断触点DD2也闭合。在此情况下，本实用新型就可实行前述的“开机供电控制”和“停机断电控制”。

当家庭用电超荷时，传感电路输出的电压U₃大于第二鉴别电路的基准电压U₆，第二鉴别电路输出高电平，第二执行电路则控制开关电路中第二继电器的动断触点DD1和AC220V的输电线上的第二继电器的动断触点DD2断开，家庭AC220V电源便被切断，电线或电器因超荷而起火的危险便随之解除。

4、抗雷击控制：当输电线遭雷击时，AC220V输入端口的电压骤升，高于并联在AC220V输入端口的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1的击穿电压，该双极型瞬态电压抑制二极管TVS1便导通，起到了保护后级电路与电器不受雷击损害的作用；同时，输电线遭雷击时，本实用新型的输入电流i_L上升，等同于家庭用电严重超荷，此时，开关电路中第二继电器的动断触点DD1和AC220V的输电线上的第二继电器的动断触点DD2均断开，即家庭的AC220V供电系统与外输电线路(即市政电网)断开，起到了保护电器不受雷击的抗雷作用。

所述的并联在AC220V输入端口的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1也可以用压敏电阻替代。

简言之，本实用新型为家庭自动电源开关，家庭用电未超荷时，则：当家中任一电器开机时，其便闭合自动送电(即开机供电)，当家中所有的电器均关断停机、仅剩遥控电源和路由器用电时，其便断开自动断电(即停机断电)；家庭用电超荷或遭雷击时，其便自动断开外输电线路。

本实用新型的有益效果是显而易见的：

1、当本实用新型处于“停机断电”的状态时，家庭AC220V总电源被切断，空调、彩电等电器的遥控电源、路由器的电源也随之被切断，起到了减少无惠的“待机耗电”的“低碳”节电作用。

就一座城市而言，上述“低碳”节电的数量是惊人的。现代家庭，至少有二台彩电(客厅、主卧各一台)、三台空调(客厅、卧室、书房各一台)、一个路由器，大约有35W的“待机耗电”。若按电脑、彩电、空调日均工作八小时、停机十六小时计算，则每户家庭每日无惠的“待机耗电”为0.56KWh，每年为204.4KWh。北京市2010年有668.1万户(参考文献1：北京市家庭户数量及规模变化特点，北京市第六次人口普查办公室，2011-05-30)，应用本实用新型后，仅北京市每年可减少“待机耗电”：204.4×668.1＝136559.64万KWh，相当于黄河“龙头”电站-龙羊峡水电站近一个月的发电量。

2、本实用新型处于“停机断电”的状态时，家庭AC220V总电源被切断，起到了增强家庭安全用电的效果。

3、可防止超荷用电而引起的火災事故。

4、可防止雷击损坏电器。

附图说明

图1为本实用新型的原理方框图，

图2为本实用新型优选的实施例的电路原理图，

图3为本实用新型的安装盒示意图。

具体实施方式

下面，结合附图，对本实用新型作进一步的说明。

结合图1、图2：一种家庭自动电源开关，其由开关电路101、负载单元102、传感电路103、第一鉴别电路104、第一执行电路105、第二鉴别电路106、第二执行电路108及直流电源109组成，特征在于：双极型瞬态电压抑制二极管TVS1并接在AC220V输入端；所述的开关电路101、负载单元102、传感电路103依次串接在AC220V输电回路中；开关电路101两端的电压u_k与所述的负载单元102两端的电压u_L之和为AC220V；所述的传感电路103中的传感线圈L套在AC220V的输电线4上；所述传感电路103的输出接第一鉴别电路104与第二鉴别电路106，第一鉴别电路104的输出接第一执行电路105，第一执行电路105则控制开关电路101中第一继电器J₁的动合触点DH的闭合或断开；第二鉴别电路106的输出接第二执行电路108，第二执行电路108则控制开关电路101中的第二继电器J₂的动断触点DD1和AC220V的输电线2上的第二继电器J₂的动断触点DD2的闭合或断开；直流电源109的输入端与AC220V连接，其输出的直流电压Uc分别供给第一鉴别电路104、第二鉴别电路106、第一执行电路105及第二执行电路108；所述的传感电路103、第一鉴别电路104、第二鉴别电路106、第一执行电路105、第二执行电路108及直流电源109均接电路地。

图2中，第一继电器J₁的动合触点DH、第二继电器J₂的动断触点DD1、手动开关K₀、压敏电阻VDR1组成了开关电路101。它们的连接关系为：压敏电阻VDR1与第一继电器J₁的动合触点DH并联后，下端(为叙述方便，本文称图2的页眉方向的端点为上端、页脚方向的端点为下端、左侧方向的端点为左端、右侧方向的端点为右端)与手动开关K₀的下端及负载单元102的3端连接，上端与第二继电器J₂的动断触点DD1的左端连接；手动开关K₀的上端与第二继电器J₂的动断触点DD1的右端连接后再与AC220V输入端口的1端连接。本开关电路101中，压敏电阻VDR1(型号MYG-O7D)是关键器件，其参数：击穿电压需精心挑选和试验，应确保实现：

(1)、在家庭用电未超荷的条件下，当某一电器启动、负载单元102呈现“启动低阻”时，所述的压敏电阻VDR1应导通；

(2)、当负载单元102仅为一路或多路遥控电源连接、呈现“停机高阻”时，所述的压敏电阻VDR1应截止。

根据压敏电阻的特性，本领域的技术人员应不难实现上述要求。

所述的压敏电阻VDR1可用双极型瞬态电压抑制二极管替代。

根据双极型瞬态电压抑制二极管的特性，本领域的技术人员也应不难实现上述要求。

本开关电路101中，手动开关K₀为应急开关，平常其总处于断开的状态，只有本实用新型失效时，其才应急手动闭合。

图2中，r₂表示机械温控型电冰箱的压缩机，K₂代表电冰箱的温控开关；r₃为电灯、K₃为电灯的电源开关；虚线方框N表示彩电，其中r_n为彩电的主电路、Rn为彩电的遥控电源、Kn₂为r_n的遥控开关、Kn₁为彩电的手动电源开关；虚线方框A表示空调，ra为空调主机、Ra为空调的遥控电源、Ka为ra的遥控开关；“……”表示更多的电器(例如电磁炉、电饭煲等)。电冰箱、电灯、彩电、空调等电器组成了负载单元102，但负载单元102并非限定为上述家用电器，而是包括所有可能的家用电器，这是人所共知的常识，这里不再赘述，但需要说明的是：图1、图2中的3端表示负载单元102与开关电路101的连接端、4端表示负载单元102与AC220V输入端2端的连接端(通过输电线4、第二继电器J2的动断触点DD2、输电线2，所述的4端与所述的2端建立了联系)。

图2中，感应线圈L(型号：KTCT009)、双极型瞬态电压抑制二极管TVS2、第七～第十二极管D₇～D₁₀、第五电容C₅、第六电容C₆、第十三电阻R₁₃、第十四电阻R₁₄共同组成了传感电路103。其中，双极型瞬态电压抑制二极管TVS2起限幅保护作用，防止感应线圈L获得的感应信号电压u_s过高而损坏后级电路；第七～第十二极管D₇～D₁₀组成整流桥；第五电容C₅、第六电容C₆为滤波电容；第十三电阻R₁₃、第十四电阻R₁₄为分压电阻，它们的阻值应精心选择与调试，保证本实施例：

(1)、当负载单元102呈现“启动低阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1导通时，本传感电路103输出的电压U₃应大于第一鉴别电路104的基准电压U₂但应小于第二鉴别电路106的基准电压U₆，即应：U₆＞U₃＞U₂

(2)、当负载单元102呈现“停机高阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1截止时，本传感电路103输出的电压U₃应既小于第一鉴别电路104的基准电压U₂也应小于第二鉴别电路106的基准电压U₆即应：U₃＜U₂＜U₆

(3)、当家庭用电超荷或AC220V输电线路遭雷击时，所述的U₃应大于所述的U₆，即：U₃＞U₆

本传感电路103中各元器件的连接关系为：传感线圈L套在AC220V输电线4上，其与双极型瞬态电压抑制二极管TVS2并联后，左端与第七二极管D₇的负极、第九二极管D₉的正极连接；右端与第八二极管D₈的负极、第十二极管D₁₀的正极连接；第九二极管D₉的负极、第十二极管D₁₀的负极、第六电容C₆的正极、第五电容C₅的右端、第十四电阻R₁₄的右端均互相连接；第七二极管D₇的正极、第八二极管D₈的正极、第六电容C₆的负极、第五电容C₅的左端、第十三电阻R₁₃的左端、本传感电路103输出的电压U₃的负端均接电路地；第十四电阻R₁₄的左端、第十三电阻R₁₃的右端、本传感电路103输出的电压U₃的正端均互相连接。

图2中，第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂、集成运放IC2-1(1/2LM393)组成了第一鉴别电路104，它们的连接关系是：第十二电阻R₁₂的右端接直流电压U_C的正端、左端与第十一电阻R₁₁右端连接；集成运放IC2-1的反相输入端2脚与第十一电阻R₁₁的左端及第十电阻R₁₀的右端连接；第十电阻R₁₀的左端、集成运放IC2-1的4脚均接电路地；集成运放IC2-1的正相输入端3脚与传感电路103输出的电压U₃的正端相连接。

本第一鉴别电路104实际上是电压比较器，调整第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂可获得集成运放IC2-1的2脚上适合的基准电压U₂，调整的原则是：当负载单元102呈现“启动低阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1导通时，所述的U₃大于所述的U₂；当负载单元102呈现“停机高阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1截止时，所述的U₃应小于所述的U₂。

图2中，第四电阻R₄、第五电阻R₅、三极管V₁(型号C9014)、第五二极管D₅、第一继电器J₁组成了第一执行电路105。它们的连接关系是：第五电阻R₅的右端、第一继电器J₁的右端、第五二极管D₅的负极均与直流电压U_C的正端连接；第四电阻R₄的左端、三极管V₁的发射极均接电路地；三极管V₁的基极、第五电阻R₅的左端、第四电阻R₄的右端均与集成运放IC2-1的输出端1脚连接；三极管V₁的集电极、第五二极管D₅的正极、第一继电器J₁的左端均互相连接。

图2中，第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂、集成运放IC2-2(1/2LM393)组成了第二鉴别电路106，它们的连接关系是：第十二电阻R12的右端、集成运放IC2-2的8脚均接直流电压U_C的正端、第十二电阻R₁₂的左端与第十一电阻R₁₁右端及集成运放IC2-2的反相输入端6脚连接；集成运放IC2-2的正相输入端5脚与传感电路103输出的电压U₃的正端连接。

本第二鉴别电路105实际上也是电压比较器，调整第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂可获得集成运放IC2-2的反相输入端6脚上适合的基准电压U₆，调整的原则是：

(1)根据家庭的限电功率(例如5KW)调定U₆的值，在所述的传感电路103中的感应线圈L的耦合比、第十三电阻R₁₃、第十四电阻R₁₄的分压比已决定的情况下，U₆的值越大，限电功率越大，反之，限电功率越小。

结合图2：由于集成运放IC2-1的反相输入端2脚、集成运放IC2-2的反相输入端6脚的输入阻抗极大，远大于第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂的阻值，所以，第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂对直流电压U_C为串联分压的关系，故集成运放IC2-1的反相输入端2脚上的电压U₂(即IC2-1的基准电压U₂)总是小于集成运放IC2-2的反相输入端6脚上的电压U₆(即IC2-2的基准电压U₆)，即U₆恒大于U₂

(2)、当负载单元102呈现“启动低阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1导通时，所述的U₃应大于所述的U₂但应小于所述的U₆、即；U₆＞U₃＞U₂

(3)、当负载单元102呈现“停机高阻”、开关电路101中压敏电阻VDR1截止时，所述的U₃应小于所述的U₂和所述的U₆、即：U₆＞U₂＞U₃

(4)、当家庭用电超荷(即超限电功率)或AC220V输电线路遭雷击时，所述的U₃应大于所述的U₆，即：U₃＞U₆

图2中，第六～第九电阻R₆～R₉、集成双D触发器IC1(型号CD4013)、按钮AN、第四电容C₄、第二三极管V₂、第二继电器J₂、第六二极管D₆、发光二极管LED组成了第二执行电路108，它们的连接关系是：第九电阻R₉的右端、集成双D触发器IC1的14脚、第四电容C₄的正极、按钮AN的右端、发光二极管LED的正极、第六二极管D₆的负极、第二继电器J₂的右端均与直流电压U_C的正端连接；第八电阻R₈的左端、第六电阻R₆的左端、第二三极管V₂的发射极、集成双D触发器IC1的3脚、5脚、7脚均接电路地；第八电阻R₈的右端、第九电阻R₉的左端、集成双D触发器IC1的6脚均与集成运放IC2-2的输出端7脚连接；第七电阻R₇的下端接集成双D触发器IC1的1脚，上端与第六电阻R₆的右端、第二三极管V₂的基极连接；第二三极管V₂的集电极、第六二极管D₆的正极、第二继电器J₂的左端、发光二极管LED的负极均互相连接；第四电容C₄的负极、按钮AN的左端均与集成双D触发器IC1的4脚连接。

图2中，第一电阻R₁、第二电阻R₂、第三电阻R₃、第一电容C₁、第二电容C₂、第三电容C₃、第一至第四二极管D₁～D₄、稳压二极管DW、压敏电阻VDR2共同组成了直流电源109，其中，第一电阻R₁、第二电阻R₂、第一电容C₁为降压器件；第一至第四二极管D₁～D₄组成整流桥；第二电容C₂、第三电容C₃为滤波电容；稳压二极管DW为稳压器件；压敏电阻VDR2的作用是防止AC220V上的浪涌脉冲(例如雷电浪涌脉冲、开、关机浪涌脉冲)损伤后级相关元器件。它们共同作用，为第一鉴别电路104、第一执行电路105、第二鉴别电路106、第二执行电路108提供稳定的直流电压U_C。

本实施例的控制过程为：

1、开机供电控制：当负载单元102中某一电器开机时(此时，负载单元102的负载为：所述的开机的电器及与其并联的其他电器的“遥控电源”)，负载单元102呈现“启动低阻”，开关电路101两端的电压u_k大于压敏电阻VDR1的击穿电压，压敏电阻VDR1导通，交流电流i_L便通过其流通，感应线圈L获得相应的感应信号电压u_s，使传感电路103输出的电压U₃大于集成运放IC2-1的反相输入端2脚上的基准电压U₂，集成运放IC2-1的输出端1脚输出高电平，第一三极管V₁导通、驱动开关电路101中的第一继电器J₁的动合触点DH闭合，本实施例便进入“开机供电”的状态、家庭AC220V电源被接通。此时，由于第一继电器J₁的动合触点DH闭合，使开关电路101两端的电压u_k＝0，压敏电阻VDR1截止而进入“休息”的状态。所述的压敏电阻VDR1在此“开机供电”的控制过程中，起到了“触发”第一继电器J₁的动合触点DH闭合的作用。短暂的“触发”过程结束后，交流电流i_L便通过闭合的第一继电器J₁动合DH触点流通。

2、停机断电控制：当所有的电器均被关机(遥控关机或手动关机)、负载单元102仅剩一路或多路遥控电源连接时，负载单元102呈现“停机高阻”，交流电流i_L相对较小，感应线圈L获得的信号电压u_s也相对较小，导致传感电路103输出的电压U₃小于集成运放IC2-1的反相输入端2脚上的基准电压U₂，集成运放IC2-1的输出端1脚输出低电平，第一三极管V₁截止、导致开关电路101中第一继电器J₁的动合触点DH复位断开；此时，由于负载单元102呈现“停机高阻”，因此，开关电路101两端的电压u_k小于压敏电阻VDR1的击穿电压，压敏电阻VDR1仍截止；因为第一继电器J₁的动合触点DH已复位断开、压敏电阻VDR1也截止，所以，交流电流i_L→0，本实施例便进入“停机断电”的状态，家庭AC220V电源被切断。

3、家中短期无人，例如：上班后家中无人，短期外出旅游家中无人时，本实用新型与机械温控型电冰箱的温控器相配合，可按以下的程序保证这类冰箱的正常运行：电冰箱温控开关闭合、负载单元呈现“启动低阻”，本实用新型“开机供电”，电冰箱的压缩机通电制冷；电冰箱温控开关断开、负载单元呈现“待机高阻”，本实用新型“停机断电”，压缩机断电停止制冷。因此，家庭安装本实用新型后，不会影响这类冰箱的正常使用。

对于采用单板机控制的电冰箱，由于其压缩机的通电与断电受单板机控制，因此，其供电应从“家庭分线盒”中直接接AC220V(即直接接图2的1端与2端)。作这样的处理后，本实用新型控制家庭的其他电器的供电，但不控制所述的单板机控制的电冰箱的供电。

4、超荷断电控制：前已述，通过调整第十电阻R₁₀、第十一电阻R₁₁、第十二电阻R₁₂可以调定所述的第二鉴别电路106的基准电压U₆的值，即：调定本实用新型的限电功率的值。

当家庭用电未超荷时，传感电路103输出的电压U₃小于第二鉴别电路106中集成运放IC2-2的反相输入端6脚的基准电压U₆，集成运放IC2-2的输出端7脚输出低电平，集成双D触发器IC1的输出端1脚也输出低电平，第二三极管V₂截止，第二继电器J₂的动断触点DD1(在开关电路101中)和DD2(在AC220V的输电线2上)均闭合。在此情况下，本实用新型就可实行前述的“开机供电控制”和“停机断电控制”。

当家庭用电超荷时，传感电路103输出的电压U₃大于第二鉴别电路106中集成运放IC2-2的反相输入端6脚的基准电压U₆，集成运放IC2-2的输出端7脚输出高电平，集成双D触发器IC1的输出端1脚也输出高电平，第二三极管V₂导通，第二继电器J₂的动断触点DD1(在开关电路101中)和DD2(在AC220V的输电线2上)均断开，家庭AC220V电源便被切断，电线或电器因超荷而起火的危险便随之解除，同时，发光二极管LED点亮，告知家庭用电超荷。集成双D触发器IC1具有“记忆”功能，一旦家庭用电超荷，其一直记忆并保持此“超荷”的状态，即使家庭用电超荷的原因已解除，其仍保持此“超荷”的状态。家庭用电超荷的原因解除后，若要解除此状态、恢复家庭供电，则只须轻按一次复位按钮AN，家庭供电便恢复。

5、抗雷击控制：当输电线遭雷击时，其后果等同于家庭用电“严重超荷”，所以，本实施例抗雷击的过程与超荷断电控制的过程基本相同，这里不再赘述。所不同的有：

(1)、当输电线遭雷击时，AC220V输入端口的电压骤升，高于并联在AC220V输入端口的双极型瞬态电压抑制二极管TVS1的击穿电压，该双极型瞬态电压抑制二极管TVS1便迅速(1pS时间内)导通，起到了保护本实用新型与家庭电器不受雷击损害的作用；

(2)、当输电线遭雷击时，传感电路103中的感应电压u_s上升，当u_s的值超过与其并联的双极型瞬态电压抑制二极管TVS2的击穿电压时，双极型瞬态电压抑制二极管TVS2便导通，起到了保护后级电路不受雷击损害的作用；

(3)、当输电线遭雷击时，直流电源109中的压敏电阻VDR2也起到了上述双极型瞬态电压抑制二极管TVS2同样的作用，即保护后级电路不受雷击的损害。

简言之：当输电线遭雷击时，本实施例便断开家庭的外部AC220V输入电线，这样，可以保护电脑等电器不受雷击损害。

图3为本实用新型的安装盒示意图，图中，AN表示第二执行电路中108的复位按钮AN；LED表示第二执行电路108中的发光二极管LED；1、2表示外部AC220V电源的输入端口，市政电网通过端口1上的输电线1和端口2上的输电线2接入本实用新型中；3、4为本实用新型与家庭内部AC220V电网的联系端口，市政AC220V电源通过本实用新型和端口3上的输电线3、端口4上的输电线4接入家庭AC220V电网中；安装盒100中装有图2中除手动开关K₀以外的全部器件。结合图2，手动开关K₀可以安装在安装盒100之外，其一端接端口1，另一端接端口3。作这样安排的目的为：可减小安装盒100的体积、并可使手动开关K₀的安装更具灵活性，可将其安装到家庭中最合适的位置。

本实施例的耗电分析：

这是一个看似不重要，实际很重要的问题。任何此类发明，只有自身耗电低，才有实用意义，否则，将是毫无实用意义的“纸上谈兵”(ZL200520117312.7等迴避了自身功耗大的问题)。

1、开关电路101：(1)、电器开机瞬间，本开关电路101两端的电压u_k为压敏电阻VDR1的阈值电压，所述的电压u_k维持时间极短，最多为mS级，故由此产生的功耗可忽略不计；(2)开机供电后，第一继电器的动合触点DH闭合，本开关电路101两端的电压u_k＝0，产生的功耗为零。故本开关电路101的功耗可忽略不计。

2、传感电路103：信号电压u_s、信号电流I_s均由传感线圈L产生，信号电压u_s为mv级、信号电流I_s为mA级(对于控制信号而言已是“强”信号了！IC2-1、IC2-2所采用的LM393，只须μA级的信号电流)，故功耗也可忽略不计。

3、第一鉴别电路104、第二鉴别电路106：IC2-1、IC2-2采用的集成运放LM393为高输入阻抗的CMOS器件，最大功耗为570mW；外围器件均为高阻值的电阻，总电流小于0.1mA，因此第一鉴别电路104、第一鉴别电路106最大功耗＜0.6W。

4、第一执行电路105：(1)“开机供电”时，第一继电器通电工作，约有0.5W的功耗；(2)“停机断电”时，本第一执行电路105处于“休息待命”状态，基本不耗电。故本第一执行电路105平均的功耗＜＜0.5W

5、第二执行电路108：平常其总处于“休息待命”状态，基本不耗电；只有家庭用电超荷或输电线路受雷击时，第二继电器才通电工作，故其之耗电也可忽略不计。

6、直流电源109：沒有用电源变压器，不存在电源变压器固有的铜损、铁损等损耗，故其自身耗电极小，仅存在AC-DC转换损耗约0.4W

综上所述可知，本实施例的平均耗电≤1.5W。

本实施例的优点：

1、线路简单，造价低廉，便于批量生产，易于推广应用；

2、仅有≤1.5W的功耗，远低于彩电、空调6W的待机耗电，更低于普通家庭35W的待机耗电。

Claims (7)

1.一种家庭自动电源开关，由开关电路(101)、负载单元(102)、传感电路(103)、第一鉴别电路(104)、第一执行电路(105)、第二鉴别电路(106)、第二执行电路(108)及直流电源(109)组成，其特征在于：所述的开关电路(101)、负载单元(102)、传感电路(103)依次串接在AC220V输电回路中；所述传感电路(103)的输出接第一鉴别电路(104)与第二鉴别电路(106)；第一鉴别电路(104)的输出接第一执行电路(105)；第二鉴别电路(106)的输出接第二执行电路(108)；直流电源(109)的输入端与AC220V连接，其输出的直流电压(Uc)分别供给第一鉴别电路(104)、第二鉴别电路(106)、第一执行电路(105)及第二执行电路(108)。

2.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：第一继电器(J₁)的动合触点(DH)、第二继电器(J₂)的动断触点(DD1)、手动开关(K₀)、压敏电阻(VDR1)组成了开关电路(101)；它们的连接关系为：压敏电阻(VDR1)与第一继电器(J₁)的动合触点(DH)并联后，压敏电阻(VDR1)的下端与手动开关(K₀)的下端及负载单元(102)的3端连接，压敏电阻(VDR1)的上端与第二继电器(J₂)的动断触点(DD1)的左端连接；手动开关(K₀)的上端与第二继电器(J₂)的动断触点(DD1)的右端连接后再与AC220V输入端口的1端连接。

3.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：感应线圈(L)、双极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)、第七～第十二极管(D₇～D₁₀)、第五电容(C₅)、第六电容(C₆)、第十三电阻(R₁₃)、第十四电阻(R₁₄)共同组成了传感电路(103)；该传感电路(103)中各元器件的连接关系为：感应线圈(L)套在AC220V输电线(4)上，其与双极型瞬态电压抑制二极管(TVS2)并联后，左端与第七二极管(D₇)的负极、第九二极管(D₉)的正极连接，右端与第八二极管(D₈)的负极、第十二极管(D₁₀)的正极连接；第九二极管(D₉)的负极、第十二极管(D₁₀)的负极、第六电容(C₆)的正极、第五电容(C₅)的右端、 第十四电阻(R₁₄)的右端均互相连接；第七二极管(D₇)的正极、第八二极管(D₈)的正极、第六电容(C₆)的负极、第五电容(C₅)的左端、第十三电阻(R₁₃)的左端、该传感电路(103)输出的电压(U₃)的负端均接电路地；第十四电阻(R₁₄)的左端、第十三电阻(R₁₃)的右端、本传感电路(103)输出的电压(U₃)的正端均互相连接。

4.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：第十电阻(R₁₀)、第十一电阻(R₁₁)、第十二电阻(R₁₂)、第一集成运放(IC2-1)组成了第一鉴别电路(104)，它们的连接关系是：第十二电阻(R₁₂)的右端接直流电压(U_C)的正端、左端与第十一电阻(R₁₁)右端连接；第一集成运放(IC2-1)的反相输入端(2)脚与第十一电阻(R₁₁)的左端及第十电阻(R₁₀)的右端连接；第十电阻(R₁₀)的左端、第一集成运放(IC2-1)的4脚均接电路地；第一集成运放(IC2-1)的正相输入端3脚与传感电路(103)输出的电压(U₃)的正端相连接。

5.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：第十电阻(R₁₀)、第十一电阻(R₁₁)、第十二电阻(R₁₂)、第二集成运放(IC2-2)组成了第二鉴别电路(106)，它们的连接关系是：第十二电阻(R₁₂)的右端、第二集成运放(IC2-2)的8脚均接直流电压(U_C)的正端、第十二电阻(R₁₂)的左端与第十一电阻(R₁₁)右端及第二集成运放(IC2-2)的反相输入端6脚连接；第二集成运放(IC2-2)的正相输入端5脚与传感电路(103)输出的电压(U₃)的正端连接。

6.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：第四电阻(R₄)、第五电阻(R₅)、三极管(V₁)、第五二极管(D₅)、第一继电器(J₁)组成了第一执行电路(105)，它们的连接关系是：第五电阻(R₅)的右端、第一继电器(J₁) 的右端、第五二极管(D₅)的负极均与直流电压(U_C)的正端连接；第四电阻(R₄)的左端、三极管(V₁)的发射极均接电路地；三极管(V₁)的基极、第五电阻(R₅)的左端、第四电阻(R₄)的右端均与第一集成运放(IC2-1)的输出端1脚连接；三极管(V₁)的集电极、第五二极管(D₅)的正极、第一继电器(J₁)的左端均互相连接。

7.如权利要求1所述的家庭自动电源开关，其特征在于：第六～第九电阻(R₆～R₉)、集成双D触发器(IC1)、按钮(AN)、第四电容(C₄)、第二三极管(V₂)、第二继电器(J₂)、第六二极管(D₆)、发光二极管(LED)组成了第二执行电路(108)，它们的连接关系是：第九电阻(R₉)的右端、集成双D触发器(IC1)的14脚、第四电容(C₄)的正极、按钮(AN)的右端、发光二极管(LED)的正极、第六二极管(D₆)的负极、第二继电器(J₂)的右端均与直流电压(U_C)的正端连接；第八电阻(R₈)的左端、第六电阻(R₆)的左端、第二三极管(V₂)的发射极、集成双D触发器(IC1)的3脚、5脚、7脚均接电路地；第八电阻(R₈)的右端、第九电阻(R₉)的左端、集成双D触发器(IC1)的6脚均与第二集成运放(IC2-2)的输出端7脚连接；第七电阻(R₇)的下端接集成双D触发器(IC1)的1脚，上端与第六电阻(R₆)的右端、第二三极管(V₂)的基极连接；第二三极管(V₂)的集电极、第六二极管(D₆)的正极、第二继电器(J₂)的左端、发光二极管(LED)的负极均互相连接；第四电容(C₄)的负极、按钮(AN)的左端均与集成双D触发器(IC1)的4脚连接。 

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