零功耗绿色电源综合配电控制箱的制作方法
【专利摘要】一种零功耗绿色电源综合配电控制箱，具有防雷电、漏电保护、电能显示、可编程开关定时和无线遥控及人体多普勒感应控制，用电设备负载超过设定值后及用电设备关机后插座会自动断电，使得用电设备待机耗能为零，实现了静态零功耗功能。采用了磁保持继电器、电子分励脱扣器、高效锂电池及低功耗器件，在自身待机工作中用锂电池即可维持其工作真正做到节能。同时具有短路、过载保护功能，每路配电线路具有独立开、停功能，整个控制箱具有总的开、停功能，以确保设备安全。本零功耗绿色电源综合配电控制箱，具有极强实际实用性，可以取代现有家庭或办公场地的电源配电箱，用户可根据自己需求增加或减少开关控制路数。
【专利说明】零功耗绿色电源综合配电控制箱
【技术领域】
[0001]本发明属于电源【技术领域】，特别涉及一种在家庭及办公领域应用的智能电源箱配电管理技术。
【背景技术】
[0002]随着家用电器、视听产品的普及，办公自动化的广泛应用和网络化的不断发展，越来越多的产品具有了待机功能，具有待机能耗的电器设备主要有空调、电脑与通讯系统(包括电脑遥控发射器、显示屏、电脑音响、打印机、扫描仪、充电器、路由器等)、家庭视频与音频系统(包括电视机、DVD、VCD、音响、功放、机顶盒、卫星接收器等)。为了避免频繁插拔电器插头的麻烦，或是为了保存对电器使用状态的设置，许多用户很习惯地采用不断开电源而仅用遥控器方便的闭合电器，使电器长期处于待机状态。待机功能在为居民用户提供便利的同时，也造成了大量的能源浪费。
[0003]举例而言，一般家庭电脑的待机能耗在6瓦左右，一年大概就耗电52度多，这是很惊人的。还有一些人们容易忽视的设备如路由器、无绳电话等都会产生待机能耗。美国要求所有电器的待机能耗控制在I瓦以内，我国现在做得最好的已能达到0.6瓦。常用电器待机能耗(会因具体电器有所差异)，数字电视的待机能耗在I?5W左右，机顶盒待机能耗20?40W左右，空调8瓦-30瓦左右，个人计算机和显示器待机能耗5?IOW左右，手机充电器待机能耗0.5?IW左右。根据国际经济合作组织的一项调查称，各国因待机而消耗的能量约占能耗总数的3%?13%。统计数据为:澳大利12%左右，韩国11%左右，德国10%左右，英国8%左右，日本7%左右，美国5%左右，芬兰5%左右。目前我国城市家庭的平均待机能耗已经占到了家庭总能耗的10%左右，相当于每个家庭使用着一盏15?30W的“长明灯”。待机能耗像一只隐形的吸血虫，在浪费能源的同时形成了巨大的环保压力。
[0004]据上海电力公司近期组织的一项调查显示，该市空调、家庭视频与音频系统、电脑与通讯系统这三类主要家用电器的待机能耗总量约为7亿千瓦时，如果平均每发电I千瓦时，需要消耗468克原煤，那么将白白浪费30多万吨原煤。每年7亿千瓦时的待机能耗，直接造成消费者约3亿元电费支出的浪费。
[0005]针对解决待机功耗市场上出现了零功耗或超微功耗节能插座或转换器之类的产品和专利，经查，专利号为CN 101635515 A “静态零功耗安全节能转换器”、专利号为CN107 635518 A “超微功耗待机安全节能转换器”、专利号为CN 101635578 R “超微功耗待机安全节能转换器”、专利号为CN 101640347 A “超微待机功耗定时器插座”、专利号为CN201466359 U “全自动节能型智能插座”、专利号为CN 101662109A “超微待机功耗无线遥控插座”等等的专利文件中都对此进行了阐述，这些插座或转换器在节能和安全上具有了一定的功能，但还是具有以下一些不足:
一、待机时插座一样存在待机能耗。
[0006]二、防雷电路简单，在雷雨天气用电设备可能出现被雷击的现象，从而损坏设备和造成人身伤害。[0007]三、当插座上用电设备负载过重，电流过大时，不能切断交流电源而存在安全隐患、O
[0008]四、抗浪涌电流能力差，当浪涌电流冲击用电设备时，可对用电设备造成损伤。
[0009]五、不能实时显示用电设备的运行参数。
[0010]六、大多数插座不具备漏电保护功能，对于漏电而引起的电气火灾、电气设备损坏事故和人身电击伤亡事故无能为力。
[0011]七、通用性差，一个插座只能对满足插在本插座上的用电设备需求，故而一个家庭或办公场地就需要多个插座来满足不同用电设备的需求，这一方面增加了用户的购买成本，另一方面在使用和维护上极不方便。
[0012]八、功能单一，不能提供综合性的电源配电及管理。
【发明内容】
[0013]本发明的目的在于克服现有智能节能电源插座存在的上述问题而提供一种零功耗绿色电源综合配电控制箱，为实现上述目的，本发明的技术方案如下:一种零功耗绿色电源综合配电控制箱(以四路配电控制为例)，其特征在于:交流电源首先输入到防雷单元I后送入总空气开关2，总空气开关2输出送入漏电保护单元4，漏电保护单元4的输出分别送入第一空气开关14、第二空气开关16、第三空气开关18、第四空气开关20和第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34。
[0014]第一空气开关14和第一磁保持继电器31通过电能传感器21将交流电源送入a房间电器交流支路25 ;第二空气开关16和第二磁保持继电器32通过电能传感器22将交流电源送入b房间电器交流支路26 ;第三空气开关18和第三磁保持继电器33通过电能传感器23将交流电源送入c房间电器交流支路27 ;第四空气开关20和第四磁保持继电器34通过电能传感器24将交流电源送入d房间电器交流支路28。
[0015]所述总空气开关2的输出送入充电开关5，充电开关5的输出送入AC/DC变换单元6经变换后输出到充电电源7对锂电池8进行充电。所述微处理器12通过传感器9检测锂电池8的电能，输出控制信号给充电开关5开启或关闭对锂电池8的充电通道；微处理器12通过传感器21检测通过a房间25电器交流电能、通过传感器22检测通过b房间26电器交流电能、通过传感器23检测通过c房间27电器交流电能、通过传感器24检测通过d房间28电器交流电能。
[0016]所述微处理器12与电能计量单元3进行通信，电能计量单元3通过电能传感器35采集总线路电能参数；所述微处理器12与漏电保护单元4进行通信，与键盘11通信接收其输入指令，与显示屏连接控制其显示数据和方式。
[0017]所述无线接收器29和多普勒接收器30输出并联连接，无线接收器36和多普勒接收器37输出并联连接，无线接收器38和多普勒接收器39输出并联连接，无线接收器40和多普勒接收器41输出并联连接，接收无线遥控发送信号和人体红外信号，两者的输出信号送入第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34。
[0018]所述微处理器12输出控制信号分别控制第一分励脱扣器13,用于控制第一空气开关14的通断；第二分励脱扣器15用于控制第二空气开关16的通断；第三分励脱扣器17用于控制第三空气开关18的通断；第四分励脱扣器19用于控制第四空气开关20的通断。
[0019]所述锂电池单元8分别向各需要直流供电的工作单元提供工作直流电源。
[0020]本发明的有益效果:
1、本零功耗绿色电源综合配电控制箱通过新型防雷电路抑制雷电和电网中的瞬变、浪涌等，保护了用电设备不受其干扰、损坏，提高了用电质量，保证了用电设备的稳定运行，延长了用电设备的使用寿命，降低了用电设备的故障率及维修费用，达到了对用电设备节电和保护的双重功效。
[0021]2、本零功耗绿色电源综合配电控制箱通过显示屏能够直观地观察用电设备正在运行或待机时的电气参数，使用户对于用电设备节电情况一目了然，更具有实用性及方便性。
[0022]3、本零功耗绿色电源综合配电控制箱在用电设备关机后插座会自动断电，使得用电设备待机耗能为零，实现了静态零功耗功能。
[0023]4、本零功耗绿色电源综合配电控制箱由于采用了磁保持继电器、电子分励脱扣器、高效锂电池及低功耗器件，在自身待机工作中用锂电池即可维持其工作真正做到节能。
[0024]5、本零功耗绿色电源综合配电控制箱具有漏电保护功能，可以有效保护使用用电设备人员的安全。
[0025]6、本零功耗绿色电源综合配电控制箱具有漏电、短路、过载保护功能，每路配电线路具有独立开、停功能，整个控制箱具有总的开、停功能，以确保设备安全。
[0026]7、本零功耗绿色电源综合配电控制箱具有可编程开关定时、相关保护参数设置和无线遥控及人体多普勒红外线感应功能，方便用户不同需求。
[0027]8、本零功耗绿色电源综合配电控制箱安装简单、方便操作，工作可靠，适用性强，功能完善，无污染绿色环保、成本不高易于推广。
[0028]9、本零功耗绿色电源综合配电控制箱具有极强实际实用性，可以取代现有家庭或办公场地的电源配电箱，用户可根据自己需求增加或减少开关控制路数。
[0029]本发明的特征及优点将通过实施例结合附图进行详细说明。
【专利附图】
【附图说明】
[0030]图1:零功耗绿色电源综合配电控制箱系统框图 图2:常规方式配电控制箱系统框图
图3:分励脱扣器控制 图4:充电开关控制原理图 图5:磁保持继电器与空气开关连接示意图 图6:AC/DC控制原理图 图7:交流采样及电能计量电路图 图8:漏电保护单元电路图 图9:无线发射电路图 图10:无线接收电路图 图11:多普勒
图12:无线遥控发射器外形示意图 图13:电能计量原理框图。
【具体实施方式】
[0031 ] 一种零功耗绿色电源综合配电控制箱系统框图如图一所示，交流电源首先输入到防雷单元1，在正常情况下其输出送入总空气开关2，如果遇到雷击或大的瞬变、浪涌时，防雷单元I将会自行保护，切断通往总空气开关2的交流电源，以保护整个系统和用电电器不会受到损坏。
[0032]电能传感器35采集总线路的交流电能参数送入电能计量单元3，电能计量单元3对检测的信号进行计算，微处理器12与电能计量单元3进行双向通信，读取电能计量单元3数据，经过处理后送往显示屏10予以显示相关电能参数，比如输入电压、输出电压、有功功
率等等。
[0033]a房间电器的耗电能通过电能传感器21检测送往微处理器12，b房间电器的耗电能通过电能传感器22检测送往微处理器12，c房间电器的耗电能通过电能传感器23检测送往微处理器12，d房间电器的耗电能通过电能传感器24检测送往微处理器12，当微处理器12检测到某一房间电流超过设定值时，微处理器12将发出动作指令给控制该房间的分励器迅速关断对应的空气开关切断该房间的电源，同时发出警示声音和在显示屏10上予以显示。
[0034]通过总空气开关的交流电源输入到充电开关5的输入端,充电开关5是一个磁保持继电器，它接收来自微处理器12的动作指令开启或关闭输出到AC/DC转换单元的交流通道。AC/DC转换单元将220V交流电源变换为12V直流电源送往充电单元7，充电单元采用恒流/恒压充电的充电器电路芯片CN3703对锂离子电池进行充电管理，输出电压送入锂电池8对其进行充电。传感器9用于检测锂电池8的电能并送入微处理器12，当锂电池8的电能高于设定值之时微处理器12将输出控制信号给充电开关单元5关闭交流通道，停止给锂电池8充电，当锂电池8的电能低于设定值之时微处理器12将输出控制信号给充电开关单元5打开交流通道给锂电池8充电。
[0035]通过总空气开关2的交流电源送入漏电保护单元4，当各个房间的电器设备发生漏电(漏电流超过设定值)后，微处理器将发出动作指令给第一分励器13、第二分励器15、第三分励器17、第四分励器19，用于关断第一空气开关14、第二空气开关16、第三空气开关18、第四空气开关20，使得各房间的交流通道全部断开，保护设备和人员的安全。作为进一步的改进，可以在每一个房间的交流通道上设置一个漏电保护单元，分别检测每一条支路的漏电流，当出现漏电流超过设定值时，关断相应的交流通道而不影响其它通道内电器设备的使用。
[0036]第一空气开关14通过电能传感器21将交流电源送入a房间25 ;第二空气16开关通过电能传感器22将交流电源送入b房间26 ;第三空气18开关通过电能传感器23将交流电源送入c房间27 ;第四空气20开关通过电能传感器24将交流电源送入d房间28。
[0037]第一分励脱扣器13动作机构与第一空气开关14的锁扣连在一起，第二分励脱扣器15动作机构与第二空气开关16的锁扣连在一起，第三分励脱扣器17动作机构与第三空气开关18的锁扣连在一起，第四分励脱扣器19动作机构与第四空气开关20的锁扣连在一起，脱扣器属于电磁脱扣部件的I种，它是通过外加电信号完成断路器受控脱扣的功能。如异常状态下需要切断正常供电回路，通过直流电压信号施加在断路器的分励脱扣器线圈上，使断路器分断，断路器与分励脱扣器可以是一体的，也可以是组合装配的。在本发明中第一分励脱扣器13、第二分励脱扣器15、第三分励脱扣器17、第四分励脱扣器19受控于微处理器12，当微处理器12有脱扣信号输出时，对应的分励脱扣器动作关断对应的空气开关，以切断通向各个房间的交流电源。
[0038]无线接收器单元29和多普勒接收器单元30的输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器36和多普勒接收器37输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器38和多普勒接收器39输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器40和多普勒接收器41输出并联连接成为逻辑“与”的关系，分别接收无线遥控发射信号和人体红外信号，两者的输出信号送入第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34。由于无线接收器和多普勒接收器输出并联连接成为逻辑“与”的关系，当二者其中一个有信号输出，则会控制磁保持继电器的动作。
[0039]送入微处理器12，为什么要采用无线遥控和人体多普勒红外线感应技术呢？其原因如下:在通往每间房间的交流通道中都安放有电能传感器21、22、23、24，当这些传感器检测到流过的电流小于设定值后，微处理器12将发出动作指令使得相应分励脱扣器动作使得相应空气开关分断，相应的房间交流电源将被关闭。而空气开关在关断后需要人工复位方可恢复接通状态，假设晚间需要开灯或开启其他什么设备时，如果需要使用者起床走到配电控制箱前复位空气开关开启电源势必显得太不方便了，怎么处理此类问题呢？本发明采用了无线遥控和多普勒人体红外线感应接收技术。
[0040]在图1中可以看到交流电源经防雷单元1、总空气开关2、漏电保护单元4后送入到第一空气开关14和第一磁保持继电器31上，实际接线如图5所示，空气开关触头和磁保持继电器触头是并联关系，在正常工作状态下，空气开关触头处于闭合，交流电源经空气开关的两个触头向负载提供电源，当负载电流小于设定值后微处理器发出指令给分励脱扣器使其空气开关触头跳起断开了通往负载的交流电源通路，当需要开启负载交流电源时，使用无线遥控发射器或人体感应发出信号，无线遥控接收器和多普勒无线接收器收到信号后给磁保持继电器一个驱动信号，使其触头闭合将交流电源送往负载。
[0041]键盘11与微处理器12相连用于人机对话，通过键盘可以设置通往每一房间电流的大小、最小负荷用电能、漏电流大小、锂电池的充放电电压高低、定时关闭某个房间或几个房间的交流供电、以及时间设置等。
[0042]图2是常规房间配电控制箱示意图，控制箱很简单就几个空气开关。
[0043]图3是分励脱扣器工作原理图，微处理器发出动作指令给驱动单元，动作信号经驱动单元功率转换后将驱动电压加在分励脱扣器线圈两端，分励脱扣器线圈得电后产生电磁吸力带动分励脱扣器动作，将空气开关触头断开，交流通道被阻断无交流电压输出，为检测分励脱扣器线圈是否工作正常，在分励脱扣器线圈上还有一个微动开关，当分励脱扣器线圈正常动作时微动开关闭合，将此信号作为分励脱扣器线圈的状态返回信号回传给微处理器，如果分励脱扣器线圈动作不正常，微动开关不会闭合也就无状态返回信号回传给微处理器，此时微处理器将予以报警予以警示。
[0044]图4是充电开关控制原理图，本发明采用BL8023双向继电器驱动集成电路，用于控制磁保持继电器的工作，它具有输出电流大，静态功耗小的特点。工作电压在5-16V静态功耗电流〈ΙΟηΑ，输入高低转换电平在2V左右，与各种微处理器兼容，工作温度适用范围:-40°C — 80°C。
[0045]输入A(3P)输入B(7P)外接电阻4R1、4R2到地，保持低电平。这样需要继电器工作就可以在A端加高电平，反之在B端加高电平，按功能表状态工作。BL8023双向继电器驱动集成电路管脚功能如下:
(O输入A.接触发脉冲，也可接电平触发。(2)输入B.接触发脉冲，也可接电平触发。(3) 2脚、6脚是空脚。(4)输出QA接继电器的线包一端。(5)输入QB接继电器的线包另一端。(6) Vdd加继电器工作电压正端。(7) V ss加继电器工作电压负端。在图中可以看到微处理器输出经驱动电路和二极管4D1、4D2送入ICl双向继电器驱动集成电路BL8023的3脚输入A和7脚输入B，控制磁保持继电器Jl的动作开启或关闭。
[0046]吃保持继电器状态工作功能表__
【权利要求】
1.一种零功耗绿色电源综合配电控制箱，其特征在于:交流电源首先输入到防雷单元I后送入总空气开关2，总空气开关2输出送入漏电保护单元4，漏电保护单元4的输出分别输入第一空气开关14、第二空气开关16、第三空气开关18、第四空气开关20和第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34 ;第一空气开关14和第一磁保持继电器31通过电能传感器21将交流电源送入a房间电器交流支路25 ；第二空气开关16和第二磁保持继电器32通过电能传感器22将交流电源送入b房间电器交流支路26 ;第三空气开关18和第三磁保持继电器33通过电能传感器23将交流电源送入c房间电器交流支路27 ;第四空气开关20和第四磁保持继电器34通过电能传感器24将交流电源送入d房间电器交流支路28 ;总空气开关2的输出送入充电开关5,充电开关5的输出送入AC/DC变换单元6经变换后输出到充电电源7对锂电池8进行充电；微处理器12通过传感器9检测锂电池8的电能，输出控制信号给充电开关5开启或关闭对锂电池8的充电通道；微处理器12通过传感器21检测通过a房间25电器交流电能、通过传感器22检测通过b房间26电器交流电能、通过传感器23检测通过c房间27电器交流电能、通过传感器24检测通过d房间28电器交流电能；微处理器12与电能计量单元3进行通信，电能计量单元3通过电能传感器35采集总线路电能参数；微处理器12与漏电保护单元4进行通信，与键盘11通信接收其输入指令，与显示屏连接控制其显示数据和方式；无线接收器29和多普勒接收器30输出并联连接，无线接收器36和多普勒接收器37输出并联连接，无线接收器38和多普勒接收器39输出并联连接，无线接收器40和多普勒接收器41输出并联连接，接收无线遥控发送信号和人体红外信号，两者的输出信号送入第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34 ;微处理器12输出控制信号分别控制第一分励脱扣器13用于控制第一空气开关14的通断、第二分励脱扣器15用于控制第二空气开关16的通断、第三分励脱扣器17用于控制第三空气开关18的通断、第四分励脱扣器19用于控制第四空气开关20的通断；锂电池单元8分别向各需要直流供电的工作单元提供工作直流电源。
2.根据权利要求1所述一种零功耗绿色电源综合配电控制箱，其特征在于:通过总空气开关2的交流电源送入漏电保护单元4，当各个房间的电器设备发生漏电(漏电流超过设定值)后，微处理器将发出动作指令给第一分励器13、第二分励器15、第三分励器17、第四分励器19，用于关断第一空气开关14、第二空气开关16、第三空气开关18、第四空气开关20，使得各房间的交流通道全部断开，保护设备和人员的安全。
3.根据权利要求1所述一种零功耗绿色电源综合配电控制箱， 其特征在于:第一分励脱扣器13、第二分励脱扣器15、第三分励脱扣器17、第四分励脱扣器19受控于微处理器12，当微处理器12有脱扣信号输出时，对应的分励脱扣器动作关断对应的空气开关，以切断通向各个房间的交流电源。
4.根据权利要求1所述一种零功耗绿色电源综合配电控制箱，其特征在于:采用了无线遥控和多普勒人体红外线感应接收技术，无线接收器单元29和多普勒接收器单元30的输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器36和多普勒接收器37输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器38和多普勒接收器39输出并联连接成为逻辑“与”的关系，无线接收器40和多普勒接收器41输出并联连接成为逻辑“与”的关系，分别接收无线遥控发射信号和人体红外信号，两者的输出信号送入第一磁保持继电器31、第二磁保持继电器`32、第三磁保持继电器33、第四磁保持继电器34，由于无线接收器和多普勒接收器输出并联连接 成为逻辑“与”的关系，当二者其中一个有信号输出，则会控制磁保持继电器的动作。
【文档编号】H02J13/00GK103560587SQ201310573205
【公开日】2014年2月5日 申请日期:2013年11月15日 优先权日:2013年11月15日
【发明者】陈军, 许祝, 冯伟, 杨波 申请人:重庆瑞升康博电气有限公司