CN204633307U - 一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，包括电源电路、逻辑控制电路、脉动直流剩余电流保护电路、双向磁保持继电器和检测磁芯；所述电源电路将交流市电转换为直流电源，并提供双向磁保持继电器所需的工作电流；检测磁芯承载在主回路导线周围，并感应输出剩余电流信号；所述脉动直流剩余电流保护电路与检测磁芯相连接；所述逻辑控制电路与脉动直流剩余电流保护电路相连接，并控制所述双向磁保持继电器对主回路闭合与关断。本实用新型技术方案，具有可广泛应用于插头插座中，能够检测交流、脉动直流剩余电流，以提供对地剩余电流故障的保护。

Description

一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置

技术领域

本实用新型涉及一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置。

背景技术

传统的开关装置在操作上需要人工干预，在防护功能上也主要以监测交流剩余电流为主，无法做到远程控制与用电情况的监控，同时面对如今复杂的用电环境和负载设备，剩余电流往往包含了脉动直流型剩余电流，传统的交流剩余电流保护装置则无法提供可靠的防护。

随着电力电子技术的发展，应用于插头插座开关控制的技术不断发展，出现了红外控制、射频控制以及WiFi控制等遥控方式。虽然控制方式日益丰富，但无法做到电能数据的监测以及更好地交互，同时针对用电环境的防护也一直停留在交流剩余电流的保护。

专利CN201220158559.3公开了一种智能插座远程控制系统，其涉及互联网的智能插座远程控制系统。可以通过多平台接入互联网，如web客户端、应用软件客户端或嵌入式客户端，实现本地操作或遥控操作对智能插座定时参数设置、通电状态控制等功能。

专利CN201420223173.5公开了一种智能插座系统，其包括智能插座、控制终端、通信单元以及RF双向通信单元。

专利CN201320701577.6公开了带剩余电流保护装置的安全插座，其特征在于将剩余电流保护装置和插座结合为一体能保护电源的正常工作，并在发生短路、剩余电流、雷击时自动断电。

专利CN201120084266.0公开了一种智能插座，包括整流电路、测试电路、信号处理电路、剩余电流流监控电路、执行电路、脱口机构，指示电路及电源输出插孔。提供了一种零功耗、通用性好、节能效果明显、保护功能齐全、动作电流小、灵敏度高、性能稳定可靠的智能插座。

以上专利中，围绕插头插座应用的智能开关装置，主要包含了集成网络、射频等远程控制的技术，达到对开关装置的无线操作，带上述功能的产品在剩余电流保护功能方面却未进行集成；而围绕剩余电流保护功能设计的安全开关装置，一方面保护特性比较单一，仅围绕交流剩余电流进行检测，无法提供脉动直流剩余电流的检测与保护，另一方面也不具备无线遥控控制的功能。目前尚无相关专利技术集成了智能无线遥控控制与脉动直流剩余电流防护的功能。专利CN201220158559.3的智能插座远程控制系统依赖于互联网网络，无法在小范围局域内自主通信及遥控，且不对电能数据进行测量；专利CN201420223173.5的智能插座系统重点集中在操控系统上，其主要的通信方式通过射频实现，不具备电能检测功能。这两篇专利中均未实现对开关装置使用安全方面的防护。专利CN201320701577.6的带剩余电流保护的安全插座，根据其原理，保护的是交流型剩余电流，无法检测脉动直流剩余电路，同时其不具备远程操控、电能计量等功能。专利CN201120084266.0的智能插座集成了交流剩余电流防护、漏电指示等功能，保护功能丰富，且电路简洁功耗小，但其同样不具备电能数据的监测，远程数据交互及远程控制的功能。对与现有技术的智能开关装置通常只满足了功能应用的一部分，没有将智能监测控制和安全防护功能实现整合，且在安全防护方面，无法对脉动直流剩余电流故障进行保护，未能满足日益复杂的用电环境和负载情况。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本实用新型的目的在于提供一种可广泛应用于插头插座中，不仅能够检测交流、脉动直流剩余电流，以提供对地剩余电流故障的保护，还能提供电能数据的计量，并通过无线遥控模块进行电能数据的传输和远程控制，达到遥信、遥测及遥控的功能的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置。

为实现上述目的，本实用新型提供了如下技术方案：一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，包括电源电路、逻辑控制电路、脉动直流剩余电流保护电路、双向磁保持继电器和检测磁芯；所述电源电路将交流市电转换为直流电源，并提供双向磁保持继电器所需的工作电流；检测磁芯承载在主回路导线周围，并感应输出剩余电流信号；所述脉动直流剩余电流保护电路与检测磁芯相连接；所述逻辑控制电路与脉动直流剩余电流保护电路相连接，并控制所述双向磁保持继电器对主回路闭合与关断。

本实用新型进一步设置：还包括计量电路与无线遥控模块，所述计量电路采集主回路电能数据，所述无线遥控模块与所述计量电路相连接，所述电源电路将交流市电转换为计量电路和无线遥控模块工作所需的直流电源，所述逻辑控制电路分别与所述无线遥控模块相连接。

本实用新型进一步设置：所述计量电路包含采样电流参数的锰铜电阻，以及采集电压参数的电阻网络，所采集的信息通过电能计量集成电路处理，得出电流、电压和功率等电能数据的第二控制信号，并输出至无线遥控模块。

本实用新型进一步设置：所述脉动直流剩余电流保护电路通过负载电压进行电源供电，并连接检测磁芯，检测交流剩余电流和脉动直流剩余电流，并对剩余电流值与阈值进行判别，当剩余电流值大于设定阈值时，电路输出第一控制信号。

本实用新型进一步设置：所述逻辑控制电路对第一控制信号和第二控制信号进行逻辑控制，第一控制信号的优先级高于第二控制信号。

本实用新型进一步设置：所述无线遥控模块由无线通信集成电路构成，完成电能数据以及第二控制信号的接受和传输。

本实用新型进一步设置：所述锰铜电阻集成在所述双向磁保持继电器内。

本实用新型进一步设置：所述第二控制信号和第一控制信号均为开关量信号。

本实用新型技术方案，具有一个依赖电网电压的电源电路，该电路连接在市电进线两端，通过开关降压的方式将交流电源转换为直流电源，供给后端的计量电路和无线遥控模块；计量电路由电能计量芯片及其外围电路构成，其通过采集双向磁保持继电器中的锰铜电阻的电压换算主回路的电流数据，并通过电阻网络的分压实现电压数据的采集，所采集的电流数据和电压数据经过电能计量芯片的运算输出电流有效值、电压有效值和有功功率到无线遥控模块；无线遥控模块主要基于wifi模块进行无线功能扩展，将接收到电能计量电路的信号发送出去，反馈给用户端，同时接收外部用户端的控制信号，发送至逻辑控制电路；脉动直流剩余电流保护电路主要由专用漏电集成芯片及其外围电路构成，工作电源取自负载电压，信号采集由检测磁芯输入，经过内部电路的处理输出第一控制信号，正常情况下，第一控制信号为低电平，当剩余电流超过设定阈值时，第一控制信号转变为高电平；逻辑控制电路用于对第一控制信号和第二控制信号进行优先级判别和处理，并输出对双向磁保持继电器的驱动信号，其中第一控制信号的优先级别最高，当其为高电平时，即出现对地泄露故障时，双向磁保持继电器保持在开路状态，第二控制信号无效，而当第一控制为低电平，第二控制信号可以控制双向磁保持继电器的开路与闭合；双向磁保持继电器内部集成了带双路断点的磁保持继电器和锰铜电阻，作为本实用新型装置主回路的开闭点，能够同时切断负载侧的电源。

本实用新型的剩余电流保护功能不仅满足交流剩余电流的检测，也能满足脉动直流剩余电流的检测，当出现上述类型的剩余电流时，检测磁芯输出感应电流信号至脉动直流剩余电流保护电路，通过内部采样电阻将电流信号转换为电平信号，再经过专用漏电集成芯片内部放大运算，与设定阈值电平进行比较判别，输出第一控制信号。脉动直流剩余电流保护电路采集负载电压，通过电阻线性降压得到工作电源，此电源与电源电路的系统不共用参考电平，第一控制信号经过隔离元件后再与逻辑控制电路进行连接。

本实用新型的无线遥控模块主要基于wifi模块进行无线功能扩展，也可以通过射频方式进行远程控制扩展，模块内部集成了数据处理和通信协议，满足无线外设的通信的需求；同时该模块在满足无线遥控控制功能的同时，也设定了手动操作的按键，通过按键操作模拟第二控制信号的输出。

下面结合附图对本实用新型作进一步描述。

附图说明

图1为本实用新型实施例原理框图；

图2为本实用新型实施例的计量电路的电路结构电路图；

图3为本实用新型实施例的脉动直流剩余电流保护电路的电路图；

图4为本实用新型实施例的逻辑控制电路的电路图。

具体实施方式

图1显示了一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置的实施例。该装置标明了智能开关装置的具体电路框架，插入在主回路导线中的双向磁保持继电器6和计量电路2构成了电能数据的采集电路，通过双向磁保持继电器6内部的锰铜电阻进行电流信号的采集，通过电阻网路进行电压信号的采集；采集的电能数据传输至无线遥控模块3，无线遥控模块3既实现了与外设通信设备的数据交互，还可以解析外部的远程控制信号，并输出第二控制信号至逻辑控制电路4。

该装置承载在主回路导线周围的检测磁芯7与脉动直流剩余电流保护电路5构成剩余电流检测电路，由检测磁芯感7应输出剩余电流信号，并通过保护电路转换为可供专用漏电集成芯片FM2147处理的电平信号，再经过与电路内部阈值的判别，输出第一控制信号至逻辑控制电路4。

逻辑控制电路4主要通过晶体管搭建的桥式电路构成，其对输入的第一控制信号和第二控制信号进行逻辑处理，输出驱动双向磁保持继电器6动作的信号。在该电路中，来自脉动直流剩余电流保护电路5的第一控制信号为开关量信号，优先级别最高，当它为高电平时，双向磁保持继电器6切换至开路状态，第二控制信号无效；而当第一控制为低电平，第二控制信号可以控制双向磁保持继电器6的开路与闭合。第二控制信号为双路差动开关量信号，当输出为正信号时，双向磁保持继电器6切换至闭合状态，输出为负信号时，双向磁保持继电器6切换至开路状态。逻辑控制电路中第一控制信号与第二控制信号的电源系统不相同，第一控制信号需通过元件隔离输入。

图2显示了计量电路2的实施例，其中来自双向磁保持继电器6的锰铜电阻插接入主电源线中用以采样电流信号，而连接至N1节点的电阻网络用以采样电压信号，电能信号通过计量芯片HLW8012的处理，由CF引脚输出电能数据信号。

图3显示了脉动直流剩余电流保护电路5的实施例，通过检测磁芯7与保护电路的采样电阻进行连接，将检测的剩余电流信号转换为可供专用漏电集成芯片FM2147处理的电平信号，专用漏电集成芯片FM2147由稳压管进行稳压，并从第五引脚输出第一控制信号。

图4显示了逻辑控制电路4的实施例，其中第一控制信号通过隔离元件EL3H7输入至晶体管桥式网络，第二控制信号则直接输入至晶体管桥式网络，当第一控制信号为高电平时，晶体管逻辑电路输出正方向驱动电流，使双向磁保持继电器6切换至开路状态，此时第二控制信号的变化无法改变双向磁保持继电器6状态；当第一控制信号为低电平时，第二控制信号的通道A为高电平，通道B为低电平时，晶体管逻辑电路输出正方向驱动电流，双向磁保持继电器6切换至开路状态，而当控制信号的通道A为低电平，通道B为高电平时，晶体管逻辑电路输出负方向驱动电流，双向磁保持继电器6切换至闭合状态。

Claims (8)

1.一种带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：包括电源电路、逻辑控制电路、脉动直流剩余电流保护电路、双向磁保持继电器和检测磁芯；所述电源电路将交流市电转换为直流电源，并提供双向磁保持继电器所需的工作电流；检测磁芯承载在主回路导线周围，并感应输出剩余电流信号；所述脉动直流剩余电流保护电路与检测磁芯相连接；所述逻辑控制电路与脉动直流剩余电流保护电路相连接，并控制所述双向磁保持继电器对主回路闭合与关断。

2.根据权利要求1所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：还包括计量电路与无线遥控模块，所述计量电路采集主回路电能数据，所述无线遥控模块与所述计量电路相连接，所述电源电路将交流市电转换为计量电路和无线遥控模块工作所需的直流电源，所述逻辑控制电路分别与所述无线遥控模块相连接。

3.根据权利要求2所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述计量电路包含采样电流参数的锰铜电阻，以及采集电压参数的电阻网络，所采集的信息通过电能计量集成电路处理，得出电流、电压和功率的电能数据的第二控制信号，并输出至无线遥控模块。

4.根据权利要求3所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述脉动直流剩余电流保护电路通过负载电压进行电源供电，并连接检测磁芯，检测交流剩余电流和脉动直流剩余电流，并对剩余电流值与阈值进行判别，当剩余电流值大于设定阈值时，电路输出第一控制信号。

5.根据权利要求4所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述逻辑控制电路对第一控制信号和第二控制信号进行逻辑控制，第一控制信号的优先级高于第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述无线遥控模块由无线通信集成电路构成，完成电能数据以及第二控制信号的接受和传输。

7.根据权利要求6所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述锰铜电阻集成在所述双向磁保持继电器内。

8.根据权利要求7所述的带脉动直流剩余电流保护的智能开关装置，其特征在于：所述第二控制信号和第一控制信号均为开关量信号。