CN214506055U - 一种显示数值的安全电源开关装置及配电箱 - Google Patents

Abstract

本实用新型实施例公开了一种显示数值的安全电源开关装置及配电箱，安全电源开关装置包括一排插壳体和设置在排插壳体背面的电源输入插头，排插壳体内设有一电路板和输出插座，电路板上设有用电保护电路和显示模组，排插壳体的正面设有显示模组的显示屏以及与输出插座配对的插孔；用电保护电路连接输出插座和显示模组，电源输入插头通过第一电源线与用电保护电路连接；用电保护电路搜集吸收本地地线上的离散电流和电子并传输给输出插座，检测接地状态并计算当前的用电数值，判断用电数值是否正常；显示模组显示用电数值并在判断数值异常时进行显示提示。通过接地检测可在漏电时屏蔽危险，通过显示用电数值供用电人参考注意。

Description

一种显示数值的安全电源开关装置及配电箱

技术领域

本实用新型涉及电子技术领域，尤其涉及一种显示数值的安全电源开关装置及配电箱。

背景技术

现有用电设备常用的保护装置有过流保护器及漏电保护器，过流保护器用于限制电流不使电线过载，产生发热烧毁，漏电保护器用于检测漏电以保护用电人。但是，安装过程中可能存在接地松动或虚接，导致漏电时不能完全屏蔽，仍会发生触电事故，没有进行接地检测，也不能提示用户；同时，当负载处于非正常条件下，保护装置不能使负载正常工作并对设备造成损坏。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一种显示数值的安全电源开关装置及配电箱，以解决现有保护装置不能进行漏电提示的问题。

本实用新型实施例提供一种显示数值的安全电源开关装置，其包括一排插壳体和设置在排插壳体背面的电源输入插头，所述排插壳体内设有一电路板和输出插座，所述电路板上设有用电保护电路和显示模组，所述排插壳体的正面设有显示模组的显示屏以及与输出插座配对的插孔；所述用电保护电路连接输出插座和显示模组，电源输入插头通过第一电源线与用电保护电路连接；

所述用电保护电路搜集吸收本地地线上的离散电流和电子并传输给输出插座，检测接地状态并计算当前的用电数值，判断用电数值是否正常；所述显示模组显示用电数值并在判断数值异常时进行显示提示。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述用电保护电路包括补集器、控制模块、降压模块、输入模块和输出模块；

所述补集器连接降压模块、输入模块、输出模块、共用地线和本地地线；控制模块连接降压模块、输入模块和输出模块；输入模块连接第一电源线的另一端，输出模块连接输出插座；

所述补集器搜集吸收本地地线上除负载以外的离散电流和电子，并传输至零线输出端；

所述降压模块将输入电压降压转换为直流的供电电压来供电，输入模块对输入电压按照预设的衰减比例衰减后输出给控制模块；

所述控制模块根据衰减后的电压计算当前的输入电压和频率，将计算的数值传输至显示屏上显示，控制模块还检测接地状态并进行对应的检测结果提示。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述补集器的火线脚连接降压模块、输入模块和火线输入端；补集器的零线脚连接降压模块、输入模块和零线输入端；补集器的FC脚连接共用地线，补集器的FG脚连接本地地线。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述控制模块包括单片机、用于将火线、零线、本地地线与共用地线上的电压进行差分比较并输出比较结果的差分单元、变位器、第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯和第一电阻；

所述单片机的PB4脚和PB5脚均连接显示屏，单片机的AIN6脚连接变位器的滑动端，变位器的一端接本地地线，变位器的另一端连接供电端，第一指示灯的正极连接供电端，第一指示灯的负极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接差分单元，单片机的AIN0脚至AIN5脚均连接差分单元；差分单元连接火线、零线、共用地线、本地地线的起点和本地地线的终点；单片机的VDD脚、PA6脚和VSS脚均连接降压模块，单片机的AIN7脚连接输入模块，单片机的PA5脚连接输出模块，单片机的PB3脚连接第二指示灯的正极，单片机的PB2脚连接第三指示灯的正极，第二指示灯的负极和第三指示灯的负极均接本地地线。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述差分单元包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、第四差分放大器、第五差分放大器和第六差分放大器；

所述第一差分放大器的同相输入端连接火线和第三差分放大器的同相输入端；第一差分放大器的反相输入端连接第二差分放大器的反相输入端、第五差分放大器的反相输入端、第六差分放大器的反相输入端和共用地线；第一差分放大器的输出端连接单片机的AIN0脚，第二差分放大器的同相输入端连接零线和第三差分放大器的反相输入端，第二差分放大器的输出端连接单片机的AIN1脚，第四差分放大器的同相输入端连接第六差分放大器的同相输入端、本地地线的终点和第一电阻的另一端，第四差分放大器的反相输入端连接第五差分放大器的同相输入端和本地地线的起点，第三差分放大器的输出端连接单片机的AIN2脚，第四差分放大器的输出端连接单片机的AIN3脚，第五差分放大器的输出端连接单片机的AIN4脚，第六差分放大器的输出端连接单片机的AIN5脚。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述降压模块包括电源芯片、第二电阻和开关；所述电源芯片的VIN+脚连接补集器的火线脚、输入模块和火线输入端；电源芯片的VIN-脚连接补集器的零线脚、输入模块和零线输入端；电源芯片的OUT脚连接供电端、第二电阻的一端和单片机的VDD脚；电源芯片的GND脚连接开关的一端、单片机的VSS脚和本地地线，开关的另一端连接第二电阻的另一端和单片机的PA6脚。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述输入模块包括电压衰减器，所述电压衰减器的第1脚连接火线输入端和电源芯片的VIN+脚，电压衰减器的第2脚连接零线输入端和电源芯片的VIN-脚，电压衰减器的第3脚连接单片机的AIN7脚，电压衰减器的第4脚接本地地线。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述输出模块包括继电器，所述继电器的线圈的一端连接供电端，继电器的线圈的另一端连接单片机的PA5脚，继电器的第一公共点连接电压衰减器的第2脚和零线输入端，继电器的第一常开触点连接零线输出端和输出插座，继电器的第二公共点连接电压衰减器的第1脚和火线输入端，继电器的第二常开触点连接火线输出端和输出插座。

可选地，所述的显示数值的安全电源开关装置中，所述显示模组包括显示芯片、第一数码管、第二数码管、第三数码管、第四指示灯、第五指示灯、第六指示灯和第七指示灯；所述显示芯片的DIG1脚连接第四指示灯的负极、第五指示灯的负极、第六指示灯的负极和第七指示灯的负极；显示芯片的SCL脚连接单片机的PB4脚，显示芯片的SDA脚连接单片机的PB5脚，显示芯片的GND脚接地，显示芯片的DIG2脚连接第一数码管的com脚，显示芯片的DIG3脚连接第二数码管的com脚，显示芯片的DIG4脚连接第三数码管的com脚；显示芯片的A/K11脚连接第一数码管的a脚、第二数码管的a脚和第三数码管的a脚；显示芯片的B/K12脚连接第一数码管的b脚、第二数码管的b脚、第三数码管的b脚和第四指示灯的正极；显示芯片的C/K13脚连接第一数码管的c脚、第二数码管的c脚和第三数码管的c脚；显示芯片的D/K14脚连接第一数码管的d脚、第二数码管的d脚和第三数码管的d脚；显示芯片的E/K15脚连接第一数码管的e脚、第二数码管的e脚、第三数码管的e脚和第五指示灯的正极；显示芯片的F/K16脚连接第一数码管的f脚、第二数码管的f脚、第三数码管的f脚和第七指示灯的正极；显示芯片的G/K17脚连接第一数码管的g脚、第二数码管的g脚、第三数码管的g脚和第六指示灯的正极；显示芯片的DP/KP脚连接第一数码管的dp脚、第二数码管的dp脚和第三数码管的dp脚，显示芯片的VDD脚连接供电端。

本实用新型实施例第二方面提供了一种配电箱，包括一壳体，所述壳体内安装有漏电保护器、漏电空气开关、若干个插座、零排、地排、第二电源线和所述的显示数值的安全电源开关装置；

所述第二电源线的一端带有电源插头，第二电源线的另一端伸入壳体一侧并连接漏电保护器和零排，所述漏电保护器连接漏电空气开关；用电保护装置的电源输入插头插入任一个插座中，漏电空气开关连接若干个插座，零排和地排均连接用电保护装置。

本实用新型实施例提供的技术方案中，显示数值的安全电源开关装置包括一排插壳体和设置在排插壳体背面的电源输入插头，所述排插壳体内设有一电路板和输出插座，所述电路板上设有用电保护电路和显示模组，所述排插壳体的正面设有显示模组的显示屏以及与输出插座配对的插孔；所述用电保护电路连接输出插座和显示模组，电源输入插头通过第一电源线与用电保护电路连接；所述用电保护电路搜集吸收本地地线上的离散电流和电子并传输给输出插座，检测接地状态并计算当前的用电数值，判断用电数值是否正常；所述显示模组显示用电数值并在判断数值异常时进行显示提示。通过内部的用电保护电路实现进水时的漏电保护，通过接地检测可在漏电时屏蔽危险，则负载在非正常条件下不仅能正常运行，还对人体有一定的保护作用，并在任何时段可显示工作过程中的输入电压、频率和电流，以供用电人参考注意。

附图说明

图1为本实用新型实施例中显示数值的安全电源开关装置的结构示意图。

图2为本实用新型实施例中显示数值的安全电源开关装置的电路示意图。

图3为本实用新型实施例中显示模组的电路示意图。

图4为本实用新型实施例中配电箱的电路示意图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请同时参阅图1和图2，本实用新型实施例提供的显示数值的安全电源开关装置10包括一排插壳体110和设置在排插壳体110背面的电源输入插头150，所述排插壳体110内设有一电路板和输出插座，所述电路板上设有用电保护电路130和显示模组140，所述排插壳体的正面设有显示模组140的显示屏以及与输出插座配对的插孔；所述用电保护电路130连接输出插座160和显示模组140，电源输入插头150通过第一电源线120(位于排插壳体110内)与用电保护电路130连接。所述用电保护电路130搜集吸收本地地线上的离散电流和电子并传输给输出插座160，检测接地状态并计算当前的用电数值(包括输入电压、频率和电流)，判断用电数值是否正常；所述显示模组140显示用电数值并在判断数值异常时进行显示提示。

本实施例将用电保护装置的外观设计为排插型，其一端的电源输入插头可以插在其他插座上，输出插座连接负载，即插即用，无需专业人员安装；通过内部的用电保护电路130实现进水时的漏电保护，通过接地检测可在漏电时屏蔽危险，则负载在非正常条件下不仅能正常运行，还对人体有一定的保护作用，并在任何时段可显示工作过程中的输入电压、频率和电流，以供用电人参考注意。

本实施例将电源输入插头150设置在排插壳体110的背面，可以方便携带；在具体实施时，也可延长第一电源线120的长度以方便长距离连接，则第一电源线120的一端连接电源输入插头150并位于排插壳体110的外部，第一电源线120的另一端伸入排插壳体一侧并与用电保护电路130连接，还可在排插壳体110的背面增加一容置腔来放置第一电源线120，第一电源线120在容置腔内绕圈缠绕后将电源输入插头150卡在容置腔侧边的卡槽中。

优选地，可在排插壳体的正面设置一透明窗，所述显示模组140中的显示屏位于透明窗的下方，这样密封能避免水汽进入排插壳体内部；也可直接将显示屏嵌入排插壳体的正面并对显示屏周围进行密封，这样显示结果更加清楚；此处对其具体安装方式不作限定。

如图2所示，所述用电保护电路130包括补集器131、控制模块132、降压模块133、输入模块134和输出模块135；所述补集器131连接降压模块133、输入模块134、输出模块135、共用地线CGND和本地地线LGND；控制模块132连接降压模块133、输入模块134和输出模块135；输入模块134连接第一电源线的另一端，输出模块135连接输出插座160。

其中，控制模块132、降压模块133、输入模块134和输出模块135集成在一起组成保护总模块80(如图3所示)，补集器131独立为另一个模块。所述补集器131搜集吸收本地地线LGND上除负载以外的离散电流和电子，并传输至零线输出端N_OUT。所述降压模块133将输入电压(此处为市电)降压转换为直流的供电电压来供电，输入模块134对输入电压按照预设的衰减比例衰减后输出给控制模块132；控制模块132根据衰减后的电压计算当前的输入电压和频率，将计算的数值传输至显示屏140上显示，控制模块132还检测接地状态并进行对应的检测结果提示。

所述补集器131的型号优选为TPT-3，补集器131的火线脚L1连接降压模块133、输入模块134和火线输入端L_IN；补集器131的零线脚N1连接降压模块133、输入模块134和零线输入端N_IN；补集器131的FC脚连接共用地线CGND，补集器131的FG脚连接本地地线LGND。

其中，所述补集器131通电后，开始不间断工作，搜集导线(即本地地线)上除负载之外的所有的离散电流和电子，当搜集到这些离散电流和电子后，立即开启电场功能，将这些离散电流和电子吸收回到电场中(有离散电流和电子就开始吸)，随后不间断的将吸收到的电流和电子再返回到电源输出(即输出插座上的零线输出端N_OUT上)，作为供电电流使用。由于离散电流和电子被抓取了，致使水中只有电压，没有电流，只有负载中有相应电流存在；故在水中和暴雨的环境中，用电器只要可靠接线和接地，人体就不会触电，用电器正常工作。

所述控制模块132包括单片机U1、用于将火线、零线、本地地线与共用地线上的电压进行差分比较并输出比较结果的差分单元、变位器VR、第一指示灯LED1、第二指示灯LED2、第三指示灯LED3和第一电阻R1；所述单片机U1的PB4脚和PB5脚均连接显示屏140，单片机U1的AIN6脚连接变位器VR的滑动端，变位器VR的一端接本地地线，变位器VR的另一端连接供电端，第一指示灯LED1的正极连接供电端，第一指示灯LED1的负极连接第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接差分单元，单片机U1的AIN0脚至AIN5脚均连接差分单元；差分单元连接火线L、零线N、共用地线CGND、本地地线的起点LGND_SP和本地地线的终点LGND_EP；单片机U1的VDD脚、PA6脚和VSS脚均连接降压模块133，单片机U1的AIN7脚连接输入模块134，单片机U1的PA5脚连接输出模块135，单片机U1的PB3脚连接第二指示灯LED2的正极，单片机U1的PB2脚连接第三指示灯LED3的正极，第二指示灯LED2的负极和第三指示灯LED3的负极均接本地地线。

其中，所述单片机U1的型号优选为NY8B062D，变位器VR用于调节单片机U1的灵敏度(外部有手动调节的按钮)，以决定零线N、共用地线CGND、本地地线LGND进行差分比较输出的比较结果的偏差范围。降压模块133是一个交流转直流的电源模组，能提供的+5V的供电电压给单片机U1供电。

单片机U1开始工作，第一指示灯LED1被点亮(若无供电电压则熄灭)，单片机U1根据差分单元1321对本地地线与共用地线差分比较输出的比较结果判断是否正常接地，当市电的地线正常会使第二指示灯LED2亮绿色(若异常亮红色)，当后级的地线正常会使第三指示灯LED3亮绿色(若异常亮红色)。如果不是亮二个绿灯，用电保护装置10只能当一般排插用、勿危险操作。如果是亮二个绿灯，用电保护装置10可以浸水正常操作且有防漏电保护。

在具体实施时，在排插壳体的正面设置3个透明圆窗，每个透明圆窗下方正对一个指示灯，这样对于的指示灯被点亮时即可方便用户了解工作状态和接地状态。为了保护第二指示灯LED2和第三指示灯LED3，可在单片机U1的PB3脚与第二指示灯LED2的正极之间串联一电阻，在单片机U1的PB2脚与第三指示灯LED3的正极之间串联一电阻，通过电阻限流来进行保护。

本实施例中采用六路高阻抗差分，即差分单元包括第一差分放大器OP1、第二差分放大器OP2、第三差分放大器OP3、第四差分放大器OP4、第五差分放大器OP5和第六差分放大器OP6；所述第一差分放大器OP1的同相输入端连接火线L和第三差分放大器OP3的同相输入端；第一差分放大器OP1的反相输入端连接第二差分放大器OP2的反相输入端、第五差分放大器OP5的反相输入端、第六差分放大器OP6的反相输入端和共用地线；第一差分放大器OP1的输出端连接单片机U1的AIN0脚，第二差分放大器OP2的同相输入端连接零线N和第三差分放大器OP3的反相输入端，第二差分放大器OP2的输出端连接单片机U1的AIN1脚；第四差分放大器OP4的同相输入端连接第六差分放大器OP6的同相输入端、本地地线的终点LGND_EP和第一电阻R1的另一端，第四差分放大器OP4的反相输入端连接第五差分放大器OP5的同相输入端和本地地线的起点LGND_SP，第三差分放大器OP3的输出端连接单片机U1的AIN2脚，第四差分放大器OP4的输出端连接单片机U1的AIN3脚，第五差分放大器OP5的输出端连接单片机U1的AIN4脚，第六差分放大器OP6的输出端连接单片机U1的AIN5脚。

其中，第一差分放大器OP1实现火线与零线的比较，第二差分放大器OP2实现零线与共用地线CGND的比较，第三差分放大器OP3实现火线与零线的比较，第四差分放大器OP4实现本地地线的终点LGND_EP与本地地线的起点LGND_SP的比较，第五差分放大器OP5实现本地地线的起点LGND_SP与共用地线CGND的比较，第六差分放大器OP6实现本地地线LGND与共用地线CGND的比较。

单片机不断读取6个差分放大器转换后的电压，其中，单片机的AIN0脚和AIN1脚组合后可以计算出火线及零线之间的电流。通过1:00的电压衰减器U3可使AIN7脚计算出火线及零线之间的电压及频率，单片机将电压、电流及频率传输至显示屏显示。AIN0-2脚组合后可以计算出零线、火线及共用地线三者之间的电压变化，以确保在安全范围。AIN3-5脚组合后可以计算出共用地线、本地地线起点及本地地线终点三者之间的电压变化。偏差范围由变位器VR设定后通过AIN6脚接收并储存至单片机中。

当安装检查后可按下降压模块133中的开关S时，读取此时火线、零线以及各个地线上的电压，将6个差分放大器输出的比较结果(电压值)储存为标准电压。之后工作过程中，会将6个差分放大器当前输出的比较结果与标准电压进行比较，判断当前输出的比较结果是否在标准电压的偏差范围(由变位器VR设置)内，是则正常，超出偏差范围则判断为异常。

优选地，为了避免高压烧坏单片机，在各个差分放大器的同相输入端接入一电阻，在反相输入端接入一电阻，这两个电阻的阻值优选为100MΩ，利用2个100MΩ的高阻抗分压电阻进行衰减；在同相输入端与反相输入端之间接入一阻值优选为1MΩ的电阻。这样在六路高阻抗差分电路与地之间，至少有510KΩ，即可预防高压造成的损坏。

所述降压模块133包括电源芯片U2、第二电阻R2和开关SW；所述电源芯片U2的VIN+脚连接补集器131的火线脚L1、输入模块134和火线输入端L_IN；电源芯片U2的VIN-脚(即交流电的正压输入)连接补集器131的零线脚N1、输入模块134和零线输入端N_IN；电源芯片U2的OUT脚连接供电端(提供+5V的供电电压)、第二电阻R2的一端和单片机U1的VDD脚；电源芯片U2的GND脚连接开关SW的一端、单片机U1的VSS脚和本地地线LGND，开关SW的另一端连接第二电阻R2的另一端和单片机U1的PA6脚。

其中，开关电源芯片U2的支持100～240V的交流电输入，其进行降压转换处理后输出5V的直流电压，开关电源芯片U2可采用现有的能实现交流转直流5V输出的所有电源模块，具体引脚根据型号对应修改，，此处对其型号不做限定。所述第二电阻R2为上拉电阻；开关S为常开，需要读取各个地线上的电压时按下产生一个低电平的脉冲信号给单片机U1，单片机U1即可读取6个差分放大器输出的比较结果并与AIN6脚上的电压值进行比较，判断接地是否异常。

所述输入模块134包括按照1:100衰减的电压衰减器U3(也叫互感器，频率和电压都能感应)，所述电压衰减器U3的第1脚连接火线输入端L_IN和电源芯片U2的VIN+脚，电压衰减器U3的第2脚连接零线输入端N_IN和电源芯片U2的VIN-脚，电压衰减器U3的第3脚连接单片机U1的AIN7脚，电压衰减器U3的第4脚接本地地线LGND。所述电压衰减器U3将电源输入插头传输的输入电压(此处为市电电源)衰减100倍后再传输给单片机U1，通过电压衰减器U3的衰减可避免市电高压烧坏单片机，通过设定的衰减比例即可根据衰减后的电压计算当前的市电压和频率，将计算的数值传输至显示屏上显示，以方便用户了解当前的电压情况。以市电为AC220V计算，直流电约为DC310V，衰减后为DC3.1V，可匹配给单片机U1的可读范围为0～5V。

所述输出模块135包括继电器，所述继电器的线圈的一端连接供电端，继电器的线圈的另一端连接单片机U1的PA5脚，继电器的第一公共点连接电压衰减器U3的第2脚和零线输入端N_IN，继电器的第一常开触点连接零线输出端N_OUT和输出插座160，继电器的第二公共点连接电压衰减器U3的第1脚和火线输入端L_IN，继电器的第二常开触点连接火线输出端L_OUT和输出插座160。

当供电端有供电电压时，继电器的线圈通电将两个常开触点吸和，则零线输入端N_IN与零线输出端N_OUT连接，火线输入端L_IN与火线输出端L_OUT连接，输出插座160正常供电。当无供电电压时，两个常开触点分开，零线输入端N_IN与零线输出端N_OUT断开，火线输入端L_IN与火线输出端L_OUT断开，输出插座160无电。只要能实现通电时两个常开触点吸合，如图2所示结构的继电器均在保护范围内，此处对其型号不做限定。当单片机U1判断电压异常时，控制输出模块135动作，使电源输出无电压，需重新检查。

请一并参阅图3，所述显示模组140包括显示芯片U4(型号优选为FZH110)、第一数码管U5、第二数码管U6、第三数码管U7、第四指示灯L_HZ、第五指示灯L_V、第六指示灯L_A和第七指示灯L_m；所述显示芯片U4的DIG1脚连接第四指示灯L_HZ的负极、第五指示灯L_V的负极、第六指示灯L_A的负极和第七指示灯L_m的负极；显示芯片U4的SCL脚连接单片机的PB4脚，显示芯片U4的SDA脚连接单片机的PB5脚，显示芯片U4的GND脚接地，显示芯片U4的DIG2脚连接第一数码管U5的com脚，显示芯片U4的DIG3脚连接第二数码管U6的com脚，显示芯片U4的DIG4脚连接第三数码管U7的com脚；显示芯片U4的A/K11脚连接第一数码管U5的a脚、第二数码管U6的a脚和第三数码管U7的a脚；显示芯片U4的B/K12脚连接第一数码管U5的b脚、第二数码管U6的b脚、第三数码管U7的b脚和第四指示灯L_HZ的正极；显示芯片U4的C/K13脚连接第一数码管U5的c脚、第二数码管U6的c脚和第三数码管U7的c脚；显示芯片U4的D/K14脚连接第一数码管U5的d脚、第二数码管U6的d脚和第三数码管U7的d脚；显示芯片U4的E/K15脚连接第一数码管U5的e脚、第二数码管U6的e脚、第三数码管U7的e脚和第五指示灯L_V的正极；显示芯片U4的F/K16脚连接第一数码管U5的f脚、第二数码管U6的f脚、第三数码管U7的f脚和第七指示灯L_m的正极；显示芯片U4的G/K17脚连接第一数码管U5的g脚、第二数码管U6的g脚、第三数码管U7的g脚和第六指示灯L_A的正极；显示芯片U4的DP/KP脚连接第一数码管U5的dp脚、第二数码管U6的dp脚和第三数码管U7的dp脚，显示芯片U4的VDD(+5V)脚连接供电端。

显示芯片U4收到后以8横4纵的方式显示。如图2所示，显示屏上有3个排成一行的数码管，每个数码管是七段码(a脚至g脚)加上小数点(dp脚)，则8横即是数码管的8个脚对应的点。4纵即是D1G1-4这4个信号，对应4个排成一列指示灯以及与指示灯相邻的单位，第四指示灯L_HZ与频率的单位HZ(一般为50HZ或60HZ)配对，第五指示灯L_V与电压的单位V配对，第七指示灯L_m与电流的单位mA配对，第六指示灯L_A与过流的单位A配对。

需要显示的内容均是通过显示信号(SDA、SCL)传输给显示芯片U4，显示芯片U4根据显示信号的内容输出3个使能信号(DIG2、DIG3、DIG4)来选择对应的数码管，输出8个驱动信号(A/K11、B/K12、C/K13、D/K14、E/K15、F/K16、G/K17、DP/KP)来控制数码管显示对应的数值，输出低电平的灯控信号DIG1形成指示灯的回路，有4个驱动信号(B/K12、E/K15、F/K16、G/K17)同时还用于点亮对应的指示灯。

当单片机根据火线和零线上的电压计算出当前的输入电压后通过显示信号(SDA、SCL)传输显示芯片U4，每6秒显示一次电压值，将6秒内最高的电压值传输至3个数码管上显示，第五指示灯L_V点亮表示此时显示的是电压值，电压值显示持续2秒后显示其他数值。

当单片机根据电压衰减器U3计算出频率后，每6秒显示一次频率，将频率值传输至3个数码管上显示，第四指示灯L_HZ点亮表示此时显示的是频率值，频率值显示持续2秒后显示其他数值。

当单片机计算出电流(此处为漏电电流，由火线与本地地线之间的电压计算)后，每6秒显示一次频率，将6秒内最高的漏电电流的电流值传输至3个数码管上显示，第七指示灯L_m点亮表示此时显示的是电流值，频率值显示持续2秒后显示其他数值。

当单片机判断漏电电流大于30mA后，第六指示灯L_A点亮表示此时过流。

单片机将6个差分放大器当前输出的比较结果与标准电压进行比较判断，当判断电压异常时(AC110V输入时正常值在100-120V范围内，AC220V输入时正常值在200-240V范围内，不在该范围内即异常)，控制3个数码管显示E-E；判断电流异常时(如大于>30A)，控制数码管显示E-A。判断接地异常时，控制数码管显示E-D；判断频率异常时(正常范围是49.5-50.5HZ及59.5-60.5HZ，不在该范围内即异常)，控制数码管显示E-F。判断有危险性异常时(频率、电压及电流在一分钟内变动大于5次则异常)，单片机控制继电器断开使电源输出无电压，并控制数码管显示E-9。

请一并参阅图4，基于上述的显示数值的安全电源开关装置10，本实用新型实施例还提供一种配电箱，所述配电箱包括一壳体，所述壳体内安装有所述用电保护装置10、漏电保护器30、漏电空气开关40、若干个并联的插座50、零排60、地排70和第二电源线，所述壳体上设有若干个与所述插座50配对的插孔；所述第二电源线的一端带有用于连接市电220V的电源插头，第二电源线的另一端伸入壳体一侧并连接漏电保护器30和零排60，所述漏电保护器30连接漏电空气开关40；用电保护装置10的电源输入插头150插入任一个插座50中，漏电空气开关40连接若干个插座50，零排60和地排70均连接用电保护装置10。

其中，所述用电保护装置10分为保护总模块80(里面集成了控制模块132、降压模块133、输入模块134和输出模块135)和补集器131；所述保护总模块用于进行限流保护，当经过的电流大于限制值时会跳闸，还能显示当前的输入电压、频率和接地状态的检测结果；补集器131在漏电时将漏电电离分离至其FG脚，FG脚上有金属片可吸收离散电流和电子，以防触电。漏电保护器30和漏电空气开关40都是漏电检查开关，漏电电流大于设定值时会跳闸。

在具体实施时，如图4所示，所述漏电保护器30和漏电空气开关40为现有常见的器材，补集器131可采用TPT(Top Prime Technology)的器材。则第二电源线的火线连接漏电保护器30的火线输入端，第二电源线的零线连接漏电保护器30的零线输入端，漏电保护器30的火线输出端通过火线连接漏电空气开关40的火线输入端，漏电保护器30的零线输出端通过零线连接漏电空气开关40的零线输入端，漏电空气开关40的火线输出端通过火线连接若干个插座50的火线端，漏电空气开关40的零线输出端通过零线连接若干个插座50的零线端；用电保护装置10的电源输入插头150插入任一个插座50中，则保护总模块80的火线端和补集器131的火线脚L1分别通过火线连接插座50的火线端，保护总模块80的零线端和补集器131的零线脚N1分别通过零线连接插座50的零线端；补集器131的FG脚通过本地地线连接地排70、各插座50的地端和保护总模块80的本地地端；补集器131的FC脚通过共用地线连接零排60和保护总模块80的共用地端。

需要理解的是，图4中的L、N分别表示火线和零线，代表两个器件之间的连线类型。补集器131的FG脚通过本地地线(直径最小为6mm的铜线)与地排70连接，即可与土地相通，当本地地线的长度至少为20米，可使浸水时火线零线的漏电低于50V，人体有感无害，若为50米以上则产生零电位电场，能吸收更多的漏电，可使浸水时漏电低于36V，人体无感无害。

综上所述，本实用新型提供的显示数值的安全电源开关装置及配电箱，通过补集器搜集吸收离散电流和电子，达到浸水正常操作且有防漏电保护；同时，离散电流和电子的吸收使热分子运动停止，导线不会起热，温度不会升高，则达不到导线绝缘层的着火点，确保导线不会燃烧，也就不会电路起火，起到了防起火保护。能显示计算出的火线与零线的电压(输入电压)、电流及频率，提供给用电户参考，使火线电流不会超过线的负载额度，提高安全性。实时检查各地线和零线的连接状态，计算输入电压、电流和频率并显示，出现异常时进行提示，还能通过继电器断开输出，不仅保障用电安全，更保障有漏电现象时能有效防护。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，包括一排插壳体和设置在排插壳体背面的电源输入插头，所述排插壳体内设有一电路板和输出插座，所述电路板上设有用电保护电路和显示模组，所述排插壳体的正面设有显示模组的显示屏以及与输出插座配对的插孔；所述用电保护电路连接输出插座和显示模组，电源输入插头通过第一电源线与用电保护电路连接；

所述用电保护电路搜集吸收本地地线上的离散电流和电子并传输给输出插座，检测接地状态并计算当前的用电数值，判断用电数值是否正常；所述显示模组显示用电数值并在判断数值异常时进行显示提示。

2.根据权利要求1所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述用电保护电路包括补集器、控制模块、降压模块、输入模块和输出模块；

所述补集器连接降压模块、输入模块、输出模块、共用地线和本地地线；控制模块连接降压模块、输入模块和输出模块；输入模块连接第一电源线的另一端，输出模块连接输出插座；

所述补集器搜集吸收本地地线上除负载以外的离散电流和电子，并传输至零线输出端；

所述降压模块将输入电压降压转换为直流的供电电压来供电，输入模块对输入电压按照预设的衰减比例衰减后输出给控制模块；

所述控制模块根据衰减后的电压计算当前的输入电压和频率，将计算的数值传输至显示屏上显示，控制模块还检测接地状态并进行对应的检测结果提示。

3.根据权利要求2所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述补集器的火线脚连接降压模块、输入模块和火线输入端；补集器的零线脚连接降压模块、输入模块和零线输入端；补集器的FC脚连接共用地线，补集器的FG脚连接本地地线。

4.根据权利要求3所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述控制模块包括单片机、用于将火线、零线、本地地线与共用地线上的电压进行差分比较并输出比较结果的差分单元、变位器、第一指示灯、第二指示灯、第三指示灯和第一电阻；

所述单片机的PB4脚和PB5脚均连接显示屏，单片机的AIN6脚连接变位器的滑动端，变位器的一端接本地地线，变位器的另一端连接供电端，第一指示灯的正极连接供电端，第一指示灯的负极连接第一电阻的一端，第一电阻的另一端连接差分单元，单片机的AIN0脚至AIN5脚均连接差分单元；差分单元连接火线、零线、共用地线、本地地线的起点和本地地线的终点；单片机的VDD脚、PA6脚和VSS脚均连接降压模块，单片机的AIN7脚连接输入模块，单片机的PA5脚连接输出模块，单片机的PB3脚连接第二指示灯的正极，单片机的PB2脚连接第三指示灯的正极，第二指示灯的负极和第三指示灯的负极均接本地地线。

5.根据权利要求4所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述差分单元包括第一差分放大器、第二差分放大器、第三差分放大器、第四差分放大器、第五差分放大器和第六差分放大器；

所述第一差分放大器的同相输入端连接火线和第三差分放大器的同相输入端；第一差分放大器的反相输入端连接第二差分放大器的反相输入端、第五差分放大器的反相输入端、第六差分放大器的反相输入端和共用地线；第一差分放大器的输出端连接单片机的AIN0脚，第二差分放大器的同相输入端连接零线和第三差分放大器的反相输入端，第二差分放大器的输出端连接单片机的AIN1脚，第四差分放大器的同相输入端连接第六差分放大器的同相输入端、本地地线的终点和第一电阻的另一端，第四差分放大器的反相输入端连接第五差分放大器的同相输入端和本地地线的起点，第三差分放大器的输出端连接单片机的AIN2脚，第四差分放大器的输出端连接单片机的AIN3脚，第五差分放大器的输出端连接单片机的AIN4脚，第六差分放大器的输出端连接单片机的AIN5脚。

6.根据权利要求5所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述降压模块包括电源芯片、第二电阻和开关；所述电源芯片的VIN+脚连接补集器的火线脚、输入模块和火线输入端；电源芯片的VIN-脚连接补集器的零线脚、输入模块和零线输入端；电源芯片的OUT脚连接供电端、第二电阻的一端和单片机的VDD脚；电源芯片的GND脚连接开关的一端、单片机的VSS脚和本地地线，开关的另一端连接第二电阻的另一端和单片机的PA6脚。

7.根据权利要求6所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述输入模块包括电压衰减器，所述电压衰减器的第1脚连接火线输入端和电源芯片的VIN+脚，电压衰减器的第2脚连接零线输入端和电源芯片的VIN-脚，电压衰减器的第3脚连接单片机的AIN7脚，电压衰减器的第4脚接本地地线。

8.根据权利要求7所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述输出模块包括继电器，所述继电器的线圈的一端连接供电端，继电器的线圈的另一端连接单片机的PA5脚，继电器的第一公共点连接电压衰减器的第2脚和零线输入端，继电器的第一常开触点连接零线输出端和输出插座，继电器的第二公共点连接电压衰减器的第1脚和火线输入端，继电器的第二常开触点连接火线输出端和输出插座。

9.根据权利要求4所述的显示数值的安全电源开关装置，其特征在于，所述显示模组包括显示芯片、第一数码管、第二数码管、第三数码管、第四指示灯、第五指示灯、第六指示灯和第七指示灯；所述显示芯片的DIG1脚连接第四指示灯的负极、第五指示灯的负极、第六指示灯的负极和第七指示灯的负极；显示芯片的SCL脚连接单片机的PB4脚，显示芯片的SDA脚连接单片机的PB5脚，显示芯片的GND脚接地，显示芯片的DIG2脚连接第一数码管的com脚，显示芯片的DIG3脚连接第二数码管的com脚，显示芯片的DIG4脚连接第三数码管的com脚；显示芯片的A/K11脚连接第一数码管的a脚、第二数码管的a脚和第三数码管的a脚；显示芯片的B/K12脚连接第一数码管的b脚、第二数码管的b脚、第三数码管的b脚和第四指示灯的正极；显示芯片的C/K13脚连接第一数码管的c脚、第二数码管的c脚和第三数码管的c脚；显示芯片的D/K14脚连接第一数码管的d脚、第二数码管的d脚和第三数码管的d脚；显示芯片的E/K15脚连接第一数码管的e脚、第二数码管的e脚、第三数码管的e脚和第五指示灯的正极；显示芯片的F/K16脚连接第一数码管的f脚、第二数码管的f脚、第三数码管的f脚和第七指示灯的正极；显示芯片的G/K17脚连接第一数码管的g脚、第二数码管的g脚、第三数码管的g脚和第六指示灯的正极；显示芯片的DP/KP脚连接第一数码管的dp脚、第二数码管的dp脚和第三数码管的dp脚，显示芯片的VDD脚连接供电端。

10.一种配电箱，其特征在于，包括一壳体，所述壳体内安装有漏电保护器、漏电空气开关、若干个插座、零排、地排、第二电源线和如权利要求1-9任一项所述的显示数值的安全电源开关装置；

所述第二电源线的一端带有电源插头，第二电源线的另一端伸入壳体一侧并连接漏电保护器和零排，所述漏电保护器连接漏电空气开关；用电保护装置的电源输入插头插入任一个插座中，漏电空气开关连接若干个插座，零排和地排均连接用电保护装置。

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