CN211906044U - 智能强电开关控制器 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种智能强电开关控制器，包括：微处理器，负责数据及指令的处理与传输；电源转换供电单元，所述电源转换供电单元的输入端连接市电，其输出端与所述开关控制器中的其他部件相连；负载供电单元，所述负载供电单元的输入端连接市电，其输出端连接负载；电量检测单元，所述电量检测单元用于检测所述负载供电单元的输出电流和输入电压；电量计量单元，所述电量计量单元的输入端连接所述电量检测单元，所述电量计量单元的输出端连接所述微处理器，所述电量计量单元用于监测并处理负载的相关电量参数；通讯单元，用于所述微处理器与上行通讯单元进行通讯。本实用新型可以检测负载的电压、电流等电量信号，当出现异常时自动切断开关。

Description

智能强电开关控制器

技术领域

本实用新型涉及开关控制器技术领域，具体涉及一种智能强电开关控制器。

背景技术

目前，现有的开关控制器只能控制用电设备的电源，无法得知用电设备的功率状态、运行状态，这样会导致用电设备的安全性能变低，当用电设备出现异常或过流时会烧坏开关控制器，很容易误判定为开关控制器的质量问题，不仅影响开关控制器的使用寿命，且影响用电设备的作业效率，同时造成了严重的经济损失。

实用新型内容

针对现有技术的不足，本实用新型提供一种智能强电开关控制器，能够检测负载的电压和电流，当出现异常时自动切断开关，有效保护电路元件和负载。

为实现以上目的，本实用新型通过以下技术方案实现：

智能强电开关控制器，包括：微处理器，负责数据及指令的处理与传输；电源转换供电单元，所述电源转换供电单元的输入端连接市电，其输出端与所述开关控制器中的其他部件相连，用于将市电交流电转换成开关控制器所需的直流电源，从而为整个开关控制器供电；负载供电单元，所述负载供电单元的输入端连接市电，其输出端连接负载；电量检测单元，所述电量检测单元包括电流感应电路和电压感应电路，分别用于检测所述负载供电单元的输出电流和输入电压；电量计量单元，所述电量计量单元的输入端分别连接所述电流感应电路的输出端和所述电压感应电路的输出端，所述电量计量单元的输出端连接所述微处理器，所述电量计量单元用于监测并处理负载的相关电量参数；通讯单元，用于所述微处理器与上行通讯单元进行通讯。

上述技术方案中，所述电流感应电路包括电流感应器CT1，所述电流感应器CT1的管脚1连接市电的火相线，其管脚2连接负载供电电路的引线L_IN-COM，其管脚3与电阻R48的一端和电阻R50的一端相连，其管脚4与电阻R48的另一端和电阻R49的一端相连，所述电阻R49的另一端与电阻R57的一端、电容C42的一端及电流感应电路输出负极V1N相连，所述电阻R50的另一端与电容C43的一端、电阻R58的一端及电流感应电路输出正极V1P相连，所述电容C42的另一端与电容C43的另一端相连后接地，所述电阻R57的另一端和电阻R58的另一端皆与电流感应电路输出参考端VREF相连。

上述技术方案中，所述电压感应电路包括电压感应器PT1，所述电压感应器PT1的管脚1连接电阻R44的一端，所述电阻R44的另一端伸出引线L_IN-COM，其管脚2接地，其管脚3与电阻R52的一端、电阻R54的一端相连，其管脚4与电阻R52的另一端、电阻R53的一端相连，所述电阻R53的另一端与电容C44的一端、电压感应电路输出正极V3P相连，所述电阻R54的另一端与电容C45的一端、电压感应电路输出负极V3N相连，所述电容C44的另一端和电容C45的另一端连接后接地。

上述技术方案中，所述负载供电电路包括光电耦合器U6和可控硅Q6，所述光电耦合器U6的管脚1经电阻R23、电阻R20、发光二极管D4后分成两支路，一支路连接至光电耦合器U6的管脚2，另一支路连接至三极管Q5的集电极，所述三极管Q5的基极与电阻R19一端、电阻R21的一端相连，所述三极管Q5的发射极与电阻R21的另一端连接后接地，所述电阻R19的另一端连接微处理器，所述光电耦合器U6的管脚4与电阻R28的一端，可控硅Q6的管脚3相连，所述光电耦合器U6的管脚6与电阻R27的一端相连，所述可控硅Q6的管脚1与电阻R28的另一端、电容C24的一端及市电的零相线相连，所述可控硅Q6的管脚2与电阻R27的另一端、电阻R34的一端及市电的火相线相连，所述电阻R34的另一端与电容C24的另一端相连。

上述技术方案中，所述通讯单元包括无线通讯单元和有线通讯单元。

进一步，作为优选方案，所述无线通讯单元为LoRa、ZigBee、wifi、lifi、NBIOT、Wi-Sun、Sigfox、Z-wave、SUb-1GHz、433MHz、2.4GHz、ZETA、Thread、NFC、UWB、蓝牙、4G、5G中的一种或多种。

进一步，作为优选方案，所述有线通讯单元包括以太网、KNX、ABB、LON、EIB、CAN、RS485、RS232和MBUS中的一种或多种。

上述技术方案中，还包括PHY电路单元，用于实现物理层功能。

上述技术方案中，还包括时钟电路单元，用于记录时间信息；所述时钟电路单元连接备用电池，当系统掉电后所述时钟电路单元仍能继续记录时间信息。

进一步，作为优选方案，所述电源转化供电单元的输出电压为+5V。

上述技术方案中，还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端连接所述电源转化供电单元的输出端，所述稳压电路的输出端连接所述微处理器的电源输入端；所述稳压电路始终处于输出状态，以为所述微处理器提供持续供电电压。

进一步，作为优选方案，所述稳压电路的输出电压为+3.3V。

本实用新型与现有技术相比，有益效果在于：

本实用新型通过在现有开关控制器上增设电量计量单元和电量检测单元，可以检测负载的电压、电流等电量信号，并对检测到的电量信号进行运算和编码，设定阀值，当出现异常时自动切断开关，保护电路元件和负载；电量计量单元通过SPI串口与微处理器通讯，经微处理器进一步处理后能够通过通讯单元供远程查询，能将异常上报平台，方便用户及时进行故障检测和维修；同时通过电量检测单元，方便用户获取负载设备的电量能耗值并对负载设备的性能进行评估。

本开关控制器的负载供电单元采用本可控硅作为开关管，无电火花、拉弧现象，反应速度快，抗浪涌能力强。

附图说明

图1是本实用新型具体实施例的开关控制器的拓扑图。

图2是本实用新型具体实施例的电源转换供电单元的电路结构图。

图3是本实用新型具体实施例的负载供电单元的电路结构图。

图4是本实用新型具体实施例的电量计量单元的电路结构图。

图5是本实用新型具体实施例的电流感应电路的电路结构图。

图6是本实用新型具体实施例的电压感应电路的电路结构图。

图7是本实用新型具体实施例的稳压电路的电路结构图。

图8是是本实用新型具体实施例的LoRa通讯单元的电路结构图。

图9是本实用新型具体实施例的时钟电路单元的电路结构图。

图10是本实用新型具体实施例的微处理器主芯片的电路结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型进行详细的描述：

实施例1

参阅图1，一种智能强电开关控制器，包括：微处理器，负责数据及指令的处理与传输；电源转换供电单元，所述电源转换供电单元的输入端连接市电，其输出端与所述开关控制器中的其他部件相连，用于将市电交流电转换成开关控制器所需的直流电源，从而为整个开关控制器供电；负载供电单元，所述负载供电单元的输入端连接市电，其输出端连接负载；电量检测单元，所述电量检测单元包括电流感应电路和电压感应电路，分别用于检测所述负载供电单元的输出电流和输入电压；电量计量单元，所述电量计量单元的输入端分别连接所述电流感应电路的输出端和所述电压感应电路的输出端，所述电量计量单元的输出端连接所述微处理器，所述电量计量单元用于监测并处理负载的相关电量参数；通讯单元，用于所述微处理器与上行通讯单元进行通讯。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图2，所述电源转换供电单元包括接线端子IN和接线端子OUT，所述接线端子IN的管脚3与保险丝F1的一端相连，所述接线端子IN与保险丝F1之间还伸出引线L_IN，所述保险丝F1的另一端与压敏电阻MOV1的一端、压敏电阻MOV2的一端、电容C7的一端、电感L12的一端相连，所述接线端子IN的管脚2连接接线端子OUT的管脚2，所述接线端子IN的管脚1与压敏电阻MOV1的另一端、与压敏电阻MOV3的一端、压敏电阻MOV4的一端、电容C7的一端及共模电感L2的管脚1相连，所述压敏电阻MOV2的另一端与压敏电阻MOV3的另一端、压敏电阻MOV4的另一端相连，所述电感L12的另一端与共膜电感L2的管脚2相连，所述共膜电感L2的管脚3与电容C9的一端、ACDC芯片的管脚2相连，并伸出引线L_IN1，所述共膜电感L2的管脚4与电容C10的一端、ACDC芯片的管脚1相连，所述ACDC芯片的管脚3分成两路，一路与大地之间并联有电容C77、电容C78、电容C79，另一路连接磁珠FB1的一端，所述磁珠FB1的另一端与ACDC芯片的管脚4之间并联有电容C14、电容C15、电容C16、TVS管D5以及串联的发光二极管LED-P1和电阻R33，所述接线端子IN作为开关控制器的电源输入端，其管脚1、2、3分别连接市电的零相线、地相线、火相线，所述接线端子OUT作为开关控制器的电源输出端，为负载供电，其管脚3输出引脚LOUT-1。优选地，所述电源转化供电单元的输出电压为+5V。优选地，所述电源转换供电单元中各个元器件的型号参数参见图2。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图5，所述电流感应电路包括电流感应器CT1，所述电流感应器CT1的管脚1连接所述电源转换供电单元的L_IN，其管脚2连接负载供电电路的引线L_IN-COM，其管脚3与电阻R48的一端和电阻R50的一端相连，其管脚4与电阻R48的另一端和电阻R49的一端相连，所述电阻R49的另一端与电阻R57的一端、电容C42的一端及电流感应电路输出负极V1N相连，所述电阻R50的另一端与电容C43的一端、电阻R58的一端及电流感应电路输出正极V1P相连，所述电容C42的另一端与电容C43的另一端相连后接地，所述电阻R57的另一端和电阻R58的另一端皆与电流感应电路输出参考端VREF相连。优选地，所述电流感应电路中各个元器件的型号参数参见图5。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图6，所述电压感应电路包括电压感应器PT1，所述电压感应器PT1的管脚1连接电阻R44的一端，所述电阻R44的另一端连接电源转换供电单元上的引线L_IN1，其管脚2接地，其管脚3与电阻R52的一端、电阻R54的一端相连，其管脚4与电阻R52的另一端、电阻R53的一端相连，所述电阻R53的另一端与电容C44的一端、电压感应电路输出正极V3P相连，所述电阻R54的另一端与电容C45的一端、电压感应电路输出负极V3N相连，所述电容C44的另一端和电容C45的另一端连接后接地。优选地，所述电压感应电路中各个元器件的型号参数参见图6。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图4，所述电量计量电路包括计量芯片，所述计量芯片具有24个引脚，其引脚1经电容C39和电容C35并联后接地，其引脚2经电容C37和电容C32并联后接地，其引脚4与电容C52的一端、电容C50的一端、电感L6的一端相连，所述电容C52的另一端与电容C50的另一端、电感L7的一端相连并接地，所述电感L6的另一端与电容C46的一端相连，所述电容C46的另一端与电感L7的另一端相连并接地，其引脚5连接电压感应电路输出正极V3P，其引脚6连接电压感应电路输出负极V3N，其引脚7和引脚8并联后连接电流感应电路输出正极V1P，其引脚9连接电流感应电路输出负极V1N，其引脚10皆连接所述电流感应电路的输出端，其引脚10分两路，一路连接电流感应电路输出参考端VREF，另一路经电容C32和电容C37并联后并接地，其引脚15经电容C41后接地，其引脚18、19、20、21分别连接微处理器的引脚83、80、79、78，其引脚22和引脚23之间经电阻R59和晶体振荡器Y3后分成两路，一路经电容C48后接地，另一路经电容C49后接地。优选地，所述电量计量电路中各个元器件的型号参数参见图4。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图3，所述负载供电电路包括光电耦合器U6和可控硅Q6，所述光电耦合器U6的管脚1经电阻R23、电阻R20、发光二极管D4后分成两支路，一支路连接至光电耦合器U6的管脚2，另一支路连接至三极管Q5的集电极，所述三极管Q5的基极与电阻R19一端、电阻R21的一端相连，所述三极管Q5的发射极与电阻R21的另一端连接后接地，所述电阻R19的另一端连接微处理器，所述光电耦合器U6的管脚4与电阻R28的一端，可控硅Q6的管脚3相连，所述光电耦合器U6的管脚6与电阻R27的一端相连，所述可控硅Q6的管脚1与电阻R28的另一端、电容C24的一端及接线端子OUT的管脚3相连，所述可控硅Q6的管脚2与电阻R27的另一端、电阻R34的一端及电流感应器CT1的管脚2相连，所述电阻R34的另一端与电容C24的另一端相连。优选地，所述负载供电电路中各个元器件的型号参数参见图3。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，所述通讯单元包括无线通讯单元和有线通讯单元。

进一步，所述无线通讯单元为LoRa、ZigBee、wifi、lifi、NBIOT、Wi-Sun、Sigfox、Z-wave、SUb-1GHz、433MHz、2.4GHz、ZETA、Thread、NFC、UWB、蓝牙、4G、5G中的一种或多种。优选地，本实施例中的无线通讯单元采用LoRa通讯单元，免授权433MHz频段，实现远距离(10km以上)无线通讯功能，该通讯单元的具体电路结构以及电路结构中各个元器件的型号参数参见图8。

进一步，所述有线通讯单元包括以太网、KNX、ABB、LON、EIB、CAN、RS485、RS232和MBUS中的一种或多种。优选地，本实施例中的有线通讯单元采用工业级RS485通讯单元。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，还包括PHY电路单元，用于实现物理层功能。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，还包括时钟电路单元，用于记录时间信息；所述时钟电路单元连接备用电池，当系统掉电后所述时钟电路单元仍能继续记录时间信息。本实施例中时钟电路单元的具体电路结构以及电路结构中各个元器件的型号参数参见图9。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端连接所述电源转化供电单元的输出端，所述稳压电路的输出端连接所述微处理器的电源输入端；所述稳压电路始终处于输出状态，以为所述微处理提供持续供电电压。优选地，所述稳压电路的输出电压为+3.3V。本实施例中稳压电路的具体电路结构以及电路结构中各个元器件的型号参数参见图7。

本实用新型一种优选而非限制性实施例中，参阅图10，优选地，本实施例的微处理器主芯片U10的型号为STM32F107VCT6。本实施例中微处理器主芯片U10的型号为STM32F107VCT6。本实施例中时钟电路单元的电路元件组成和连接结的电路结构以及电路结构中各个元器件的型号参数参见图9。

针对上述实施例1，本实用新型进一步解释及可能产生的变化描述如下：

1.以上实施例1中图2至图10给出的开关控制器各个组成单元的电路结构以及电路结构中各个元器件的型号参数只是作为一种较佳的方案，并不限定于此，不能以此限定本实用新型所含盖的范围，本领域技术人员在了解了本实用新型内容之后可以合理的预测说明书给出的实施方式的所有等同替代方式或明显变型方式都具备相同的性能或用途。

本实用新型中的实施例仅用于对本实用新型进行说明，并不构成对权利要求范围的限制，本领域内技术人员可以想到的其他实质上等同的替代，均在本实用新型保护范围内。

Claims (12)

1.智能强电开关控制器，其特征在于：包括：

微处理器，负责数据及指令的处理与传输；

电源转换供电单元，所述电源转换供电单元的输入端连接市电，其输出端与所述开关控制器中的其他部件相连，用于将市电交流电转换成开关控制器所需的直流电源，从而为整个开关控制器供电；

负载供电单元，所述负载供电单元的输入端连接市电，其输出端连接负载；

电量检测单元，所述电量检测单元包括电流感应电路和电压感应电路，分别用于检测所述负载供电单元的输出电流和输入电压；

电量计量单元，所述电量计量单元的输入端分别连接所述电流感应电路的输出端和所述电压感应电路的输出端，所述电量计量单元的输出端连接所述微处理器，所述电量计量单元用于监测并处理负载的相关电量参数；

通讯单元，用于所述微处理器与上行通讯单元进行通讯。

2.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述电流感应电路包括电流感应器（CT1），所述电流感应器（CT1）的管脚1连接市电的火相线，其管脚2连接负载供电电路的引线（L_IN-COM），其管脚3与电阻（R48）的一端和电阻（R50）的一端相连，其管脚4与电阻（R48）的另一端和电阻（R49）的一端相连，所述电阻（R49）的另一端与电阻（R57）的一端、电容（C42）的一端及电流感应电路输出负极（V1N）相连，所述电阻（R50）的另一端与电容（C43）的一端、电阻（R58）的一端及电流感应电路输出正极（V1P）相连，所述电容（C42）的另一端与电容（C43）的另一端相连后接地，所述电阻（R57）的另一端和电阻（R58）的另一端皆与电流感应电路输出参考端（VREF）相连。

3.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述电压感应电路包括电压感应器（PT1），所述电压感应器（PT1）的管脚1连接电阻（R44）的一端，所述电阻（R44）的另一端伸出引线（L_IN-COM），其管脚2接地，其管脚3与电阻（R52）的一端、电阻（R54）的一端相连，其管脚4与电阻（R52）的另一端、电阻（R53）的一端相连，所述电阻（R53）的另一端与电容（C44）的一端、电压感应电路输出正极（V3P）相连，所述电阻（R54）的另一端与电容（C45）的一端、电压感应电路输出负极（V3N）相连，所述电容（C44）的另一端和电容（C45）的另一端连接后接地。

4.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述负载供电电路包括光电耦合器（U6）和可控硅（Q6），所述光电耦合器（U6）的管脚1经电阻（R23）、电阻（R20）、发光二极管（D4）后分成两支路，一支路连接至光电耦合器（U6）的管脚2，另一支路连接至三极管（Q5）的集电极，所述三极管（Q5）的基极与电阻（R19）一端、电阻（R21）的一端相连，所述三极管（Q5）的发射极与电阻（R21）的另一端连接后接地，所述电阻（R19）的另一端连接微处理器，所述光电耦合器（U6）的管脚4与电阻（R28）的一端，可控硅（Q6）的管脚3相连，所述光电耦合器（U6）的管脚6与电阻（R27）的一端相连，所述可控硅（Q6）的管脚1与电阻（R28）的另一端、电容（C24）的一端及市电的零相线相连，所述可控硅（Q6）的管脚2与电阻（R27）的另一端、电阻（R34）的一端及市电的火相线相连，所述电阻（R34）的另一端与电容（C24）的另一端相连。

5.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述通讯单元包括无线通讯单元和有线通讯单元。

6.根据权利要求5所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述无线通讯单元为LoRa、ZigBee、wifi、lifi、NBIOT、Wi-Sun、Sigfox、Z-wave、SUb-1GHz、433MHz、2.4GHz、ZETA、Thread、NFC、UWB、蓝牙、4G、5G中的一种或多种。

7.根据权利要求5所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述有线通讯单元包括以太网、KNX、ABB、LON、EIB、CAN、RS485、RS232和MBUS中的一种或多种。

8.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：还包括PHY电路单元，用于实现物理层功能。

9.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：还包括时钟电路单元，用于记录时间信息；所述时钟电路单元连接备用电池，当系统掉电后所述时钟电路单元仍能继续记录时间信息。

10.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述电源转化供电单元的输出电压为+5V。

11.根据权利要求1所述的智能强电开关控制器，其特征在于：还包括稳压电路，所述稳压电路的输入端连接所述电源转化供电单元的输出端，所述稳压电路的输出端连接所述微处理器的电源输入端；所述稳压电路始终处于输出状态，以为所述微处理器提供持续供电电压。

12.根据权利要求11所述的智能强电开关控制器，其特征在于：所述稳压电路的输出电压为+3.3V。

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