TW201001837A - Safety power socket with digital automatic-monitoring and power- interruption - Google Patents

Description

201001837 九、發明說明： 種以數位監控技術達 【發明所屬之技術領域】 本發明係一種電源插座，尤指 到自動斷電及供電之安全電源插座 i无丽技術】 電源插座型式係依據使用需求而有不 電電源或電源供應裝置 ° -句作為市 電源插=插接於電源插座後，獲得工作電源。 的 以至内壁肷式電源插座 ^ 上以與牆壁内預埋 電源插座係埋設於牆壁 住宅内的總電源斷路器力…肖電女全的監控則由 量支H 路益加以監控之，即當住宅整體用電電 里知過女全值， π 宅内所有m 開斷路，而切斷住 信m 压的電源。直到整體用電電量低於安全 全值 益，…、而，一般住宅用電電量超過安 -…疋因？同—時間使用太多高功率電器產品，因此 相^方=斷路器切斷全部電源插座的電源，則使用上 /乂電力》配③（卩。體Distribution Unit)之電源插頭 J兄：由於分散式電源供應器於一外殼内設有複數斷路 ::硬數電源插座及電源管理模組，纟中複數斷路器係共 同連^至外部電源線與對應電源插座之間，以將外部電源 、-在的电源分配予各電源插座，該電源管理模組係包含有— 網路連接H串列連接埠，以將電力分配器的電力狀態 201001837 予以儲存’並供連接至網路連接琿或串列連接璋的遠端及 近端監視電腦，方便取得電力分配器的電力狀態以進行管 理；雖然目前電力分配器内建有電源管理模組，然而其對 外資料的傳送仍採用網路協定或簡單串列協定，故對ς監 視電腦來說仍需要相關的網路設定及網路線的佈設。 【發明内容】 有鐘於上述缺點，本發明主要目的係提供_種數 自動監控及斷電之安+ I、，s # # .. ^ 电 < 女王電源插座，係直接監視與插座 之電源線的電力壯能，& 士、证* > „ 电刀狀悲，右有過流或過载情況產生，即立 切斷插座及電源線的連接。 欲達上述目的所使用的主要技術手段係令該數位式自 動诚控及斯電之安全電源插座包含有： 外部;=頭::設有-電連接座，係供電力線連細及 間；冑源切換開關’係串聯於該電連接座與電力線之 接广叙：1电源i控電路’係設置於該外殼内，係與電連 :、°、接以取得電力狀態，又該數位電源監控電路係 啟:源:換開關的觸發端電連接’以控制電源切換開關的 接座耗==訊電路’係設置於外殼"與電連 電力狀態資料並加^理㈣合載人至與㈣連 5 201001837 的電力線上。 上述本發明係主要於電源插座内直接設 監控電路及電源切換開關，以直接監視該插座是否過^ 過載，若是則直接控制電源切換開關切斷電連接座鱼電二 直到該數位電源監控電路判斷目前電力狀態回 覆到女王範圍值内，再驅動電源切換開關閉合 座恢復供應電源。再者，兔古庙、土山 為方便通端電力管理主機取得各 電源插座的電力狀態’本發明令該電力線數據通訊電路盘 該數位電源監控電路電連接，將取得電力狀態資料並加；； 處理後輕合載入至與該電連接座連接的電力線上， 力線對外傳送電力狀態資料，·是以^ ’通鳊電力管理主機即 可透過電力線取得複數電源插座的電力狀態資料，毋需盆 它網路線或串列連接線的設置，達到遠端電力管理效果。- 本i明-人-目的係提供遠端遙控啟閉電源功能的電源 插座，由於上述電力後數赭；s 、 刀線數據相電路係具有取得電力線上 所載的網路封包，故遠减雷六总 通而電力官理主機可將控制特定電源 插座内電源切換開關的啟閉合人 旳啟閉p 7加以處理後，載入電力線 中，待該電源插座内雷Λ錄鉍姑 門ι力線數據通訊電路自電力線上取得 啟閉命令封包後，即可將朴一叫人 將此啟閉命令傳送至該數位電源 監控電路，由該數位電源監和雷 电席瓜徑电路依據啟閉命令，控制該 電源切換開關作出啟閉動作’達到遠端遙控啟閉電源的目 的。 【實施方式】 6 201001837 ^明配合參閱第一至三圖所示，係本發明電源插座（1q 第車又佳實施例，該電源插座（1〇)為一壁嵌式電源插 (1〇) ’其包含有： 、一外殼（11)，其内設有—電連接座（12)，隸電力線連 接以及外部電線插頭插接； 一電源切換開關（13)，係串聯於該電連接座（12)與電力 線之間’該電源切換開關係可為一機電式繼電器(Reiay)或 固態繼電器（SSR); 一 一數位電源監控電路（20)，係設置於該外殼（n)内，係 與電連接座（12)麵合連接以取得電力狀態，又該數位電源 ^控電路（2G)係與電源切換開關（13)觸發端（如機電式繼電 放磁線圈）電連接，以控制電源切換開關⑼的啟閉； 電力線數據通訊電路（3〇)，係設置於外殼内，係 與電連接座（12)_合連接，並與該數位電源監控電路⑽電 連接’以取得電力狀態資料並加以處理後㉝合載人至與該 電連接座（12)連接的電力線（5〇)上。 上述數位電源監控電路（2〇)係包含有·· -電源檢知單70(21)，係轉合連接於電連接座⑽上， :檢知目前與電連接座(12)連接之電力線上的電力狀態， 包含有電壓、電流及功率等電力狀態； 、、一控制早凡（22)，係電連接於該電源檢知單元（21)及電 /原切換開關（13)之間’該控制單元（22)係主要包含有一微處 理器、-場域可程式化開陣列(FpGA)或單晶片(如 7 201001837 A司，PIC系列），纟中該控制單元（22)係將電源檢知單元 (知的電力狀態訊號轉換為對應的電力狀態資料，並 與預設的電力安全值進行比對判斷。 上述控制單元（22)將電力狀態資料與預設的電力安全 值進行比對判_，若判斷為異常電力狀態，則驅動該電源 切換開關(U)切換’直到檢判斷電力狀態正"，再驅動 電源切換開關。3)關閉。又’該數位電源監控電路⑼)可進 -步加人溫度檢知器（22)或濕度檢知器（23)，令其分別與該 艇動電路連接’以反應各電源插座⑼）内部溫度及濕度予 驅動電路。 上述電力線數據通訊電路（3〇)包含有： ▲ -類比前端處理單元(31) ’係透過一耦合器耦合連接 至3亥電連接座（12); 數位處理單凡（32)，係與類比前端處理單元（3 ^電連 接，並與該數位電源監控電路（2〇)的控制單元（22)連接，以 一仔電力貝料及,皿度及濕度；於本實施例中該數位處理單 :(32)係包含有GPSI或代介面，以與具有相同介面的微 处理器、FPGA或PIC單晶片的控制單元（22)連接，進行錐 向資料傳送； 夂 一網路封包處理罝； 早70 (33)，係主要包含有一實體層處 理器⑽）及-網路連接埠（332)，其中該實體層處理器⑽） 係連接至該數位處理單元(32)與該網路連 (332)(RJ45);及 一交流轉直流電源電路⑽，係電連接至電連接座(12) 8 201001837 取侍电力線的交流電源、’再將交流電源轉換為直流電源 供上述各電路及單元作為卫作電源；該交流轉直流電源 電路（34)可為交換式電源電路； ’、 _本發明電力線數據通訊電路（川）係主要以數位處理單 :(32)與數位電源監控電路⑽）的控制單元（切連接，以取 電力線目刖的電力狀態，並加以處理再由類比前端處理 單元⑴德行調變後’載入電力線中向外傳送；此外，上 述控制單το (22)係可透過—實體層晶片（221)連接與實體層 处理為（3 31)直接連接，如此待實體層處理器(331)接收電力 狀心後亦可進-步傳送至該數位處理單元（32)。此外，由 於違數位處理單凡（32)亦可透過類比前端處理單元⑴）自電 力線中取仔來自遠端電力管理主機的啟閉命令網路封包， 紅解a周後由該數位處理單元（32)將其中啟閉命令取出後輪 。亥控制單it (22)，此時該控制單元（22)會依據啟閉命令 控制電源切換開關(13)啟閉’達到遠端遙控的目的。 請配合參閱第四圖所示，係為上述交流轉直流電源電 路（34)及電源檢知單元（21)詳細電路圖，#包含有： ;一全波整流器（341)，係連接至電連接座（12)取得交流 電源後，將之全波整流後透過一濾波電容（c)輪出直流電 源； 一變壓器，其一次側係連接至該濾波電容，而二次側 係為該交流轉直流電源電路（34)的直流電源輸出端（vdc)， 供上述數位電源監控電路（2〇)及電力線數據通訊電路電 源；及 9 201001837 :電源切換器(343)’係透過一光叙合器(344)連接至該 源輸出端叫依據直流電源的電壓變化調整變壓 斋-次側的電流大小’輸出穩定電壓的直流電源。 至於電源檢知單元（21)則包含有一分壓器（2⑴、一檢 流且^電力量測器(213)，纟中該電力量測器(213)係透 、刀塵$ (2 11)連接至電連接座（12)，以取得電力線電屡； 又該檢流電阻係串聯於電連接座（12)與電力線之間，故該 電力量測IU2U)係透過限流電阻（212)取得電力線之電流， :、中/電力里測态(213)係連接至該控制單元(22)，以將電 壓、電流及功率資料傳送至該控制單元（22)。 μ由上述說明可去口，本發明係'主要於電源插座⑽内直 接又置有數位電源監控電路(2〇)及電源切換開關(1 3)，以直 接監視該插^是否過流或過載，^是則直接控制電源切換 開關（13)切斷電連接座⑽與電力線的連接，直到該數位電 源監控電路(20)判斷目前電力狀態回覆到安全範圍值内， 再驅動電源切換開關（13)閉合，令電源插座⑽恢復供應電 源三再者’為方便遠端電力管理主機取得各電源插座（10) 的電力狀態，本發明令該電力線數據通訊電路（3())與該數 位電源監控電路（2G)電連接，將取得電力狀態資料並加以 處理後_合载人至與該電連接座（12)連接的電力線上，藉 由電力線對外傳送電力狀態資料；是以，遠端電力管理主 機即可透過電力線取得複數電源插座（1〇)的電力狀態資 料，毋需其它網路線或串列連接線的設置，達到遠端電力 管理效果。 10 201001837 請參閱第五圖所示，係為本發明第二較佳實施例，即 將上述電源插座⑽應用於_電力分配器⑽）中，由於電力 刀配器(40)係於一盒體(41)内設有複數個電源插座。〇)及複 數斷路器’其中電源插座（1G)係、外露於盒體（4ι)，又該盒體 (41) 係設有一外部電力線（42);其中電力分配器（4〇)係可使 用上述電源插座（1G)，請配合參閱第六圖所示，係為單電 源插座⑽㈣部電路方塊圖’其巾該電連接座（12)與對應 斷路器（43)連接’纟中複數斷路器（43)再連接外部電力線 (42) ’以取得交流電源。由於電力分配（4())器通常供機房内 的伺服器連接，以提供穩定的交流電源、，因此必須具有電 源管理的功能；又該斷路器(43)再並聯有一訊號麵合器 (44) ’供切換電力時仍能將電力狀態資料透過訊號耗合器 (44)向外傳送》 由於本發明的電力分配器（4 G)的電源插座⑽係使用上 述電源插座（10)的結構，故各電源插郎G)具有利用電力線 傳运其電力狀態資料，請配合參閱第六圖所示，各電力八 配器（40)即可透過電力線（5〇)連結至本地電力線主機⑴）: 再由本地電力線主機（51)透過網際網路連結至遠端電力管 理主機（52);同理，由於各電力分配器_之各電源開關^ 的電力線數據通訊電路⑽可自電力線中取得網路封包， 故遠端電力管理主機（52)即可對特定電力分㈣⑽）的特定 電源插座⑽發出啟閉命令網路封包，達到遠端遙控 電源的目的。 t 11 201001837 【圖式簡單說明】 第一圖：係本發明電源插座一較佳實的外觀圖。 第二圖：係本發明電源插座内部結構示意圖。 第三圖：係本發明電源插座内之電路方塊圖。 第四圖：係第三圖的部份詳細電路圖。 第五圖：係本發明電力分配器部份内部立體外觀圖。 第六圖：係第五圖單插座内之電路方塊圖。 弟七圖·係複數電力分gp哭|、貪0 +丄 刀刀配崙與遇·编電力管理主機的連 線架構圖。 【主要元件符號說明】 (Π)外殼 (13)電源切換開關 (2 1)電源檢知單元 (2 12)限流電阻 (22) 控制單元 (23) 溫度檢知器 (10)電源插座 (12)電連接座 (20)數位電源監控電路 (211)分壓器 (2 13)電力量測器 L. (221)實體層晶片 (24)濕度檢知器 (30)電力線數據通訊電路（31)類比前端處理單元 (32)數位處理單元 （33)網路封包處理單元 (331)實體層處理器 （332)網路連接埠 (34)交流轉直流電源電路（341)全波整流器 (342)功率因素校正控制器（35)(35a)直流對直流轉換器 (35 1 )(35 1 a)變壓器 （352)(352a)主動開關 12 201001837 (3 5 3)(3 5 3 a)脈寬調變控制器（3 5 4)(3 54a)光耦合器 (355)穩壓器 (40)電力分配器 (41)盒體 (42)外部電力線 (44)訊號耦合器 (43)複數斷路器 (5 0)電力線 (52)遠端電力管理主機 (5 1)本地電力主機 13

Claims (1)

1. 201001837 十、申請專利範圍： 1 —種數位式自h t 包含有·· 動成控及斷電之安全電源插座，其 電連接座，係供電力線連接 一外殼，其内設有— 以及 外部電線插頭插接用； -電源切換開關，係串 广 間； π電連接座與電力線之 一數位電源監控電路 接座叙合連接以取得電力狀^又置於該外或内，係與電連 與電源切換開關的觸發端電:又1 2亥數位電源監控電路係 啟閉； ％連接，以控制電源切換開關的 一電力線數據通訊雷故 ^ 接座叙合連接，並_數位雷係设置於外殼内，係與電連 電力狀態資料並加以處電連接，以取得 的電力線上；及 曼耦。载入至與該電連接座連接 一父流轉直流電源雪 電力線的交流電源，、一、，、电連接至電連接座以取得 鼓柄 “、 將父流電源轉換為直流電、@德彳j£兮 原：：電路及電力線數據通訊 14 1 ·如申請專利範圍第丄項所作电源。 電之安全電.肩# 、"數位式自動監控及斷 2 :電源插座，該數位電源監控電路係包含有： 電源檢知單元，你叙入、击4立 目前與電連接座遠桩、〇捿於電連接座上，以檢知 參、電流及功率等電力狀態； “狀態，包含有電 —控制單元，係電連接於该 亥電源檢知單元及電源切換 201001837 開關之間，以將電源檢知單元檢知的電力狀態訊號轉換為 對應的電力狀態請，並與預設的電力安全值比 斷。 J ^ 3如申μ專利範圍第2項所述數位式自動監控及斷 =之女全電源插座’該控制單元係進—步連接—溫度檢測 态及濕度檢知器，以取得外殼内的溫度及濕度。 4 ·如申請專利範圍第2或3項所述數位式自動監控 j斷電之文全電源插座，該控制單元係包含有一微處理 器、- FPGA或pic微控制器。 + $ ·如中請專利範圍第4項所述數位式自動監控及斷 女王電源插座，該電源檢知單元係包含有一分壓器、 一檢流電阻；5 —帝a θ , 费· 电力置測器，其中該電力量測器係透過分 ，器連接至電連接座，以取得電力線電壓；又該檢流電阻 糸串聯於電連接座與電力線之間，故該電力量測器係透過 限流電阻取得雷七姑a & ^ 〇α 力線之電'"IL，其中該電力量測器係連接至 °亥控制早兀’以將電壓及電流資料傳送至該控制單元。 :f ·如申請專利範圍第2項所述數位式自動監控及斷 電之女全電源插座’該電力線數據通訊電路包含有： #比μ ^處理單元，係透過一輕合II _合連接至該 電連接座；及 數位處理單元，係與類比前端處理單元電連接，並 共該數位電源監控電路的控制單元連接，以取得電力資 料。 、 7 ·如中請專利範圍第6項所述數位式自動監控及斷 15 201001837 電之安全電源插座，該 -網路封包處理單元： 、'、丈據通訊電路進-步包含有 網路連接埠，纟中嗲 要包1 2 3有一實體層處理器及- 、w Λ體層處理器係連接至今备你考 元與該網路連接埠， μ數位處理單 運㈣_料接埠係外露於外殼外。 .如t請專利範㈣2項所錢 電之安全電源插座，4、目勖血控及斷 ^该電力線數據通訊電路 一網路封包處理單元^步包含有 “主要包含有一實體；虛理哭芬 網路連接埠，其中該實 a爽里态及一 -_ 处理器係連接至該數位處理單 70、該網路連接埠及控 处早 y 4制早兀，以取得電力資料後再交教 位處理單元處理後再 數 於外殼外。 丈伐千1尔外路 .如申請專利範圍第6或7項所述數位式自動監控 及斷電之安全電源插座，該控制單元及數位處理單元係分 別包含有GPSI或I2C介； ;丨面’而該網路連接埠係為RJ45。 10如申明專利範圍第8項所述數位式自動監控及

   斷電之安全電源插座，該控制單元係進-步包含有一實體 層晶片，以與該實體層處理器連接。 16 1 1 ·如申請專利範圍第6至8項任一項所述數位式 自動監控及斷電之安全電源插座，該交流轉直流電源電路 係包含有： 2 一全波整流器’係連接至電連接座取得交流電源後， 將之全波整流後透過一濾波電容輸出直流電源； 3 一變壓器’其一次側係連接至該濾波電容，而二次側 係為該交流轉直流電源電路的直流電源輸出端，供上述數 201001837 位電源監控電路及電力線數據通訊電路電源；及 一電源切換器，係透過一光耦合器連接至該直流電療 輸出端’依據直流電源的電壓變化調整變壓器一次側的電 流大小，輪出穩定電壓的直流電源。 數位式自動監控及斷電之安全電源插座數位式自動監 控及斷電之安全電源插座 1 2 ·如申請專利範圍第1項所述數位式自動監控及 斷電之安全電源插座，該電源切換開關為一機電式繼電器 或固態繼電器。 1 3 ·—種電力分配器，係包含有： 一盒體，係連接有一外部電力線； 複數斷路器，係設置於該盒體内，並與該外部電力線 連接’又各斷路器係並聯一訊號耦合器；及 複數電源插座，係分別連接至對應斷路器，並固定於 盒體上’其中各電源插座係如申請專利範圍第1 _丨2項所 述。 十一、圖式： 如次頁 17