一种轻载保护式插座的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于轻载情况下的安全保护插座，属于安全电源插座领域。
【背景技术】
[0002]随着科学技术的进步，家用电器及办公用电设备的普及度的越来越大，而且诸多电器都带有遥控关机或待机功能。但是，在几乎所有的电器在遥控关机后，待机电路仍在工作状态，长期下去势必会影响电器的寿命，同时也造成电能的浪费。例如，随着智能设备的不断增加，充电工具诸如手机的USB数据线等，很多用户充电完成后往往只拔走手机而将数据线继续带电插接，若此时数据线的接口处在一个潮湿的环境，就极容易发生触电现象，造成事故。
[0003]而假如电器在进入待机状态或负载功耗低于某个值后，应当设计一个可以使供电电源自动关闭的装置，例如手机充电完成后，对应的插座能实现自动断电，这样既能起到很好的节能效果，同时又能起到安全保护的作用。
[0004]因此，提供一种可以在特定低功耗下能够自动切断电源，并且可以随时由人工控制恢复供电的智能插座也是很有意义的。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种轻载/空载安全保护的智能插座，当负载在特定低功耗下时，插座自动断电，插座断电后可随时通过开关按键或外部终端设备(例如，手机或遥控器)等工具重新恢复供电，这样既增加了电气安全，又能起到节能的作用。
[0006]为了实现这种目的，在本发明的一个实施例中，一种轻载保护式插座包括设于交流电力源与负载间供电通路上的开关，又包括:接入所述供电通路的信号采集电路，用于采集和测量该供电通路上的轻载交流信号；连接所述开关的保护电路，用于在所述开关断开时保护所述开关；以及连接在所述信号采集电路与开关间的控制电路，根据所述轻载交流信号驱动所述开关的通断。
[0007]在本发明的另一个实施例中，一种无线控制式插座包括设于交流电力源与负载间供电通路上的开关。这种插座还包括连接该开关的无线通信装置，其中所述的开关包括:接入所述供电通路的继电器；与继电器电性耦合的保护电路，用于在所述继电器断开时保护所述继电器；以及接入所述供电通路的过零检测电路，用于输出一个过零信号；所述无线通信装置包括:连接和控制所述继电器的控制电路，用于接收所述过零信号，以及根据该过零信号将继电器的通断动作控制在交流电力源的过零点附近；以及与所述控制电路电性耦合的无线收发器，用于连接外部终端设备。
[0008]本发明的优点在于:节约电能、保护电器、杜绝事故的发生。而且，本发明插座的无线通信装置可单独作为附件设备插接普通插座结构或作为一个集成电路板，便于扩展插座功能和推广。
【附图说明】
[0009]图1为本发明实施例的电气原理框图；
[0010]图2为本发明实施例中电源与LD0降压电路原理图；
[0011]图3为本发明实施例中继电器及其周围电路的电路原理图；
[0012]图4为本发明实施例中信号采集与处理部分的电路原理图；
[0013]图5为本发明插座的附加电路原理图；
[0014]图6为通过本发明插座对用电负载断电的方法流程图。
【具体实施方式】
[0015]根据上述技术方案，本发明公开的插座特征具有轻载或空载保护功能，对于排线插座、移动式开关插座或其他类型的取电插座来说是特别有效的，本发明实施例的保护电路根据用电电器设备的用电状态来选择工作模式，从而，对于已经完成充电或用电操作的电器，在轻载状态下可以得到更好的用电保护。或者，本发明的插座特征可作为一个特定集成电路板来安装在插座结构内。
[0016]参照图1，在本发明一个方面，轻载保护式插座主要包括设于交流电力源100与负载200间供电通路(例如，图1中所示的220VAC交流火线L、零线N)上的开关1。其中开关1的形式可以是继电器、可控硅或类似形式的电力通断器件。在一个较佳实施例中，插座还包括:
[0017]接入所述供电通路的信号采集电路，用于采集和测量该供电通路上的轻载交流信号，或者在一种变型中，可采集和测量在该供电通路上产生的负载电能能耗，并同时采集轻载交流信号；
[0018]连接所述开关的保护电路，在所述继电器1被断开时保护继电器1 ;以及
[0019]连接在所述信号采集电路与继电器1之间的控制电路3，根据所述轻载交流信号驱动所述继电器1的通断。
[0020]在一个实施例中，所述的轻载保护式插座还包括接入所述供电通路的电源，将所述交流电力源100转换为供给上述信号采集电路和控制电路3的直流电力。又结合参照图2，电源主要包括从交流电力源依次连接的输入保护电路、整流电路、滤波电路、AC/DC转换电路41和LD0稳压电路42。
[0021 ] 其中，针对插座使用的输入保护电路主要是由保险丝F1和接至L、N线之间的压敏电阻RV1组成。较佳的，整流电路DB1并接于压敏电阻RV1，可选用全桥整流芯片ABS6，其输出整流交流信号给滤波电路。在本实施例中，滤波电路可使用η型滤波电路，主要是由电感L1、电容器E2和E3组成。AC/DC转换电路主要由电源驱动芯片U2(例如SD6952型)及与之连接的变压器T1组成，变压器T1后级输出+5V直流电压，经滤波电容E1滤波后分别供给继电器1与后级LD0稳压电路42供电电压。较佳的，LD0稳压电路42可选用AMS1117-3.3型芯片U1，其将稳压后的+3.3V直流电压分别给信号采集电路和控制电路3供电电压。
[0022]保护电路
[0023]参照图3，在一个实施例中，所述保护电路包括:连接在所述供电通路的L线与继电器1之间的交流钳位元件，例如，压敏电阻RV2，将接入继电器1的电压钳位至合适值；以及并联于所述继电器1的电能泄放电路。例如，继电器1是由三端导体组成，如图3所示，继电器1的第一导体端和第二导体端(即图中标记的触点符号1和3)接设在L线供电通路上，而第三导体端RELAY则被设计为具有电磁效应的吸合导体(例如，电磁铁)，第三导体端RELAY对第二导体端的吸合力受控制电路3所激励的电平高低决定。
[0024]在连接上述插座的电器设备处于负载连接状态下，继电器1的第一、第二导体端连接，而在轻载或空载状态下(例如休眠、待机或充电循环完成)则第一导体端的衔铁被吸引至第三端RELAY或空接。由于继电器1的第三端RELAY线圈的电感特性，在继电器1被突然关断瞬间会产生一个很强的电动势来试图维持继电器1上的电流不变。此时，电能泄放电路就相当于给该电动势提供了泄放通路。
[0025]在一个实施例中，电能泄放电路由并接在线圈RELAY两端的保护二极管D4和连接至电源VCC的二极管D41组成。线圈RELAY产生的感应电动势通过二极管D4和该线圈构成的回路做功而被消耗掉，从而保护了该回路中的其它元器件安全，例如旁路的三极管Q1和电源VCC端，为了防止该电动势馈入上述LD0稳压电路，设置限流二极管D41来阻止这部分电流馈入，应当了解，在线圈RELAY的旁路(例如三极管Q1端)可设置限流二极管D41。在另一个实施例中，电能泄放电路可以是储能器件，储能器件连接至LD0稳压电路42，或可经过DC/DC电路接入LD0稳压电路42，用于将这部分电流重新反馈至电源而重复利用。
[0026]信号米集电路
[0027]结合参照图1至4，在一个实施例中，信号采集电路可包括:连接在所述供电通路L、N线与控制电路3之间的过零检测电路，用于输入给所述控制电路3 —个过零信号；接入所述供电通路L、N线的交流采样电路21 ;以及连接所述交流采样电路的测量电路22，用于根据所述交流采样电路所获交流电信号计算出轻载脉冲(例如，功率)。
[0028]如图4所示，交流采样电路21包括连接在L线上的电流采样器件，输出电流采样信号V1P和VIN给测量电路22，以及分压电阻R21至R24，输出电压采样信号V3P至测量电路22，其中上述采样信号通过ADC转换电路转换为测量电路22可识别的数字电平。如图4中所示，电阻R24为锰铜大电流采样电阻，R21至R27组成分压电路，将分压后电压信号输入测量电路22的电压采样通道。测量电路22主要包括测量芯片U3及其外围电路，例如时钟、电源。例如，测量芯片U3可选用ATT7053AU芯片，该芯片能同时支持三通道ADC采样数据输出，支持有功、无功、视在功率的数据输出，与控制电路3之间的通信是采用SPI接口来实现。
[0029]具体来说，测量芯片U3对轻载信号的判断应当满足关系式:
[0030]C = Σ SV1P.SV3P (1)
[0031]其中，C为轻载测量信号，SV1P和S V3P分别为对电流、电压的取样电压。
[0032]又参照图3，过零检测电路包括接入所述供电通路L、N线之间的限流电阻R13至R15，以及连接所述限流电阻R15输出端与零线N之间的整流电路DB2，整流后的交流电流输出给隔离光耦器件U4，隔离光耦U4是由上述电源供给+5V工作电源，其输出端在交流信号过零点时导通一个过零电平信号Z_cr0SS给控制电路3。
[0033]棹制电路
[0034]作为本实施例的一种变型，控制电路3可与上述信号采集电路电性耦合或集成，或作为同一个集成电路。根据前述实施例，控制电路3可被配置为:接