专利名称：电源线电压监测器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电源线电压监测器。本发明意图保护电器不受电源线电压波动的影响。
由电源供电的电器会受到低于正常电压(称为电谷brown-out)或是高于正常电压(称为电峰voltage spike)的供电电压的危害。电谷和电峰均会对敏感电子设备以及电感性设备如发电机、电泵等造成损坏，可能使它们烧毁。
为了解决这些问题，已设计出各种类型的电压监测器。
澳大利亚专利579,383公开了一种具有内置断路器的电器插头，用于在电峰出现时断开与电器相连的电源线。但此发明没有提供在电谷出现时的保护。
美国专利5,319,514公开了一种用于AC电源线的数字式电压及相位监测器，其中对电峰和电谷下的AC电压均能监测。无论出现的是电峰还是电谷，此电压及相位监测器均断开与其连接的电器的AC电源线。为了防止美国专利5,319,514中所公开电路的振荡，该电路在断开电源和重新连接电源之间设置了内置延时，以使在该电压和相位监测器中出现的振荡衰减掉。在延时期间监测AC电源线电压，以保证在重新接入电源之前，该电压在可接受的电压范围内。
虽然美国专利5,319,514中所描述的监测器可以保护大多数的电器，但对电感性负载如电机、电泵等会出现一定的问题。具体说，在重新接入电源时，电机或电泵会引起显著的电流，从而导致瞬时的AC电源线电压的下降。在某些情况下，这会使监测器重新触发，因为它认为出现了电谷。这将导致冲击效应，即，每当重新施加电源，监测器就会接通然后断开。冲击效应会使该电路所连接的电机或电泵过分疲劳而损坏。
按照本发明的一个方面，提供一种电源线电压监测器，包括开关装置，与电源线相连接；控制电路，响应于电源线，产生对应于电源线电压的信号；控制电路包括比较装置，用于判断所述信号是否在规定的可接受信号值范围内；控制电路与开关装置通信来控制开关装置的操作；控制电路用于控制开关装置在所述信号不在所述规定的可接受信号值范围内时断开电源线；控制电路还包括第一延时装置，用于在电源线断开状态下，提供在所述信号返回所述规定的可接受值范围内与控制电路控制开关装置重新连接电源线之间的第一规定延时；以及第二延时装置，用于在电源线重新连接的状态下，提供在控制电路要再次断开电源线之前的第二规定延时。
最好是，开关装置包括一个继电器。
最好是，继电器在断电时处于正常开启状态。
最好是，所述电压监测器设置在一壳体内，该壳体包括用于与主电源输出端连接的插头，以及用于接受被保护电器插头的插座。
最好是，在第一延时期间，控制电路响应于电源电压信号，在电源电压信号超出可接受范围时，重新启动第一延时。
最好是，电压监测器还包括一个状态指示器，用于指示电源线电压是在可接受范围内，还是低于此范围或是高于此范围。
最好是，所述控制电路包括处理器装置。
最好是，第一及第二延时通过处理器装置中的计数电路或计时器来实现。
最好是，处理器装置可使状态指示器在第一延时到期之前闪动一规定的时间。
最好是，第一延时可从第一规定延时表中选择。
最好是，第一规定延时表包括0分钟、1分钟、3分钟及5分钟的延时。
最好是，第二延时可从第二规定延时表中选择。
最好是，第二规定延时表包括0秒或800毫秒的延时。
下面将参照本发明的两个实施例并结合附图对本发明进行具体说明，附图中
图1和2示出了本发明实施例装置的外壳；图3为第一优选实施例的原理图；图4为本发明第二实施例的原理图。
此发明的实施例是针对用于AC电源线的电压监测器，同时应理解本发明同样也可用于DC电源线。
图1和2是两个实施例的通用外壳10的外观图。外壳10上具有一个插座12及一个插头14。插头14具有用于插入主电源插座的插脚16。所述的插脚16适用于澳大利亚标准，当然它可以按照其它国家及地区的标准改装，而不脱离本发明。
插座12包括三个插孔18，用于接收与电压监测器连接的电器插头的插脚。同样地，图示的是澳大利亚标准，可以按照其它国家及地区的标准改装而不脱离此发明。
图3中示出第一实施例，包括一般用20表示的电压监测器。所示的三条电源线22’、22”及22分别连接于插脚16及对应插孔18之间。在图3所示的实施例中，电源线22’代表火线，电源线22”代表中线，22代表地线。
电压监测器20包括一个继电器24形式的开关装置、以及包括一个微处理器26的控制电路。
控制电路包括由AC电容28及正温度系数电阻30组成供电线，它与火线22’串连起到保险丝作用。24伏齐纳二极管32连接于电阻30及中线22”之间。二极管34及电容36分别提供半波整流和平滑，以提供24伏DC电压线。5伏电压调节器38通过电阻40与24伏DC电压线连接以在42提供5伏的电压线。
继电器24通过LED44与24伏电压线连接。当继电器24活动时，LED44就作为状态指示器。二极管46与继电器24及信号灯44以反向偏置连接以减少继电器24开关时产生的EMF效应。继电器24同时与晶体管48连接，晶体管48由微处理器26通过电阻50进行控制。
通过微处理器26开启或关闭晶体管48，继电器24会相应开启或关闭从而连接或断开火线22’。当晶体管48被开启，能量通过二极管44流经继电器24与火线22’接通。相应地，作为状态指示器的LED44显示表明火线22’已连接。继电器24处于正常开启状态，提供可靠操作，这样直到电压监测器要被修理或更换时，火线22’才被断开。
控制电路还包括一分压装置，由在火线22’及中线22”之间串联的电阻器52、54及56和二极管60组成。一个12伏的齐纳二极管58与二极管60及电阻器56并联，用于限制输入给微处理器的电压，这将下面说明。通过选择电阻器52、54及56的阻值，使得通过电阻器56的电压只是火线22’上电压的一部分。
二极管60提供半波整流以在正向周期中在其输出端提供与火线22’电压成比例的电压。二极管60的输出端与一π型网络连接，π型网络由两个钽电容器62和64以及电阻器66组成。电容器62和64以及电阻器66对二极管60的输出电压进行平滑。电容器64上的电压通过一个缓冲电阻器68输入微处理器26的模拟/数字输入端。
通过缓冲电阻器68提供给微处理器26的模拟/数字端的电压形成对应于火线22’上电压的信号。
通过将电位器70及72分别连接于5伏电线42与中线22”之间，设定了可接受的信号值范围。电位器70及72的可变输出分别通过缓冲电阻器74及76从另外两个模拟/数字输入端输入微处理器26。电位器70设定信号的可接受信号值的上限，电位器72设定可接受信号值的下限。
三个LED78、80及82分别通过电阻器84、86及88与微处理器26的输出端连接。作为状态指示器的LED78、80及82分别指示火线22’上电压处于高、低及电压监测器20处于延时模式操作的状态，这将在下面进行解释。
电压监测器20还包括第一延时选择器90及第二延时选择器92。在此实施例中，延时选择器90及92设置为印刷电路板上的连线，而在另一个实施例中则可设置如DIP开关的开关。
在使用中，微处理器26通过信号监测火线22’上的电压，并将该信号与从电位器70及72接收的参考信号相比。如果所监测信号在参考信号值之间，则认为电压可接受并继续监测。
如果该电压信号高于电位器70提供的参考信号或低于电位器72提供的参考信号，则分别存在电峰或电谷状态。在此情况下，微处理器26关闭晶体管48从而使继电器24丧失能量而返回正常开启状态。于是，任何与插座18连接的电器从火线22’上断开。而且，相应的LED78或80分别会导通以提供电压状态指示。
接下来，微处理器26会继续通过该信号监测火线22’上的电压。当该信号恢复到电位器70和72信号所确定的可接受值范围内时，开始第一延时周期。延时周期长度由延时选择器90决定，可以选择0秒(无延时)、1分钟、3分钟或5分钟。然后LED78及80关闭。
如果由第一延时选择器90指定的第一延时周期为0，则一旦火线22’上电压恢复到可接受范围内，微处理器26会立即导通晶体管48。
否则，LED82通电指示微处理器26处于延时周期。在第一延时周期，晶体管48及继电器24继续处于关闭状态，微处理器26监测火线22’上的电压。如果整个第一延时周期内火线22’上的电压保持在可接受值范围内，延时周期结束，并且晶体管48导通，启动继电器24从而重新接通火线22’。在接近第一延时周期结束时，微处理器26会指示LED82闪动以提示用户。当延时周期结束时，将LED82断电。
当在第一延时周期结束晶体管48开启从而带动继电器24重新连接火线22’时，微处理器26进入第二延时周期。第二延时选择器92决定第二延时周期的长度，可为0秒或800毫秒。在第二延时周期内，无论火线22’的电压电平正常与否，微处理器26均不会关闭晶体管48，不断开火线22’。这个特性用于解决诸如电机或电泵等电感性负载，在重新连接火线22’后由于该电感性负载吸收大量电流产生电压降时，防止电压监测器立即断开火线22’。在第二延时周期结束时，微处理器恢复正常操作，继续对火线22’上电压进行上述的监测。
在此情况下，应注意电容器62及64在火线22’上出现电压与到达微处理器26的信号之间产生一个短暂的延时。由于微处理器26有效的控制，在此实施例中这种延时是非常短暂的。
图4示出了第二实施例，与图3的第一实施例相同功能的部件采用相同的标号。两个实施例的根本区别在于，第一实施例中的微处理器26在第二实施例中由运算放大器代替。
运算放大器100将通过电阻器68’的信号与电位器70提供的参考信号进行比较。运算放大器102将通过电阻器68”的信号同电位器72提供的参考信号进行比较。反馈电阻器104及106对运算放大器100及102提供正反馈。
运算放大器100及102的输出分别通过缓冲电阻器108及110连接在一起形成运算放大器112的非反向输入。提拉电阻器114同时与运算放大器112的非反向输入端连接。运算放大器112的反向输入端具有由电阻器116及118组成的分压器。运算放大器112的输出通过电阻器50来控制晶体管48的开关。当火线22’上电压信号在电位器70及72设定的可接受范围内时，运算放大器100及102的输出为高。结果使运算放大器112的输出也为高，使得晶体管48处于导通状态。
第一延时周期由运算放大器120设置，其输出端与运算放大器112的非反向输入端通过电阻器122连接。运算放大器120的输出通过电阻器124、二极管126及电阻器128与其反向输入端连接。电容器130及电阻器132并联设置并与二极管126及电阻器128的连接点连接。当火线22’上电压在电位器70及72规定的可接受范围内时，电容器130通过电阻器124及二极管126充电。运算放大器102的非反向输入端通过电阻器134与24伏供电线相连，并通过电阻器136与运算放大器120的输出端连接。运算放大器112的输出端通过电容器138及反向偏置的二极管140与运算放大器120的非反向输入端相连。电阻器142连接于24伏供电线与二极管140及电容器138的连接点之间。
在第二实施例中，5伏电压调节器由12伏电压调节器144取代。
在使用中，运算放大器100及102对火线22’上的电压进行监测。当火线22’上的电压在电位器70及72规定的容许电压范围内时，运算放大器100及102的输出为高。这样，与运算放大器120的反向输入端连接的电容器130经二极管126及电阻器124充电。运算放大器112的输出为高从而导通晶体管48，启动继电器24从而接通火线22’。
当火线22’上的电压高于电位器70设定的容许上限或低于电位器72设定的容许下限时，相应运算放大器100及102的输出为低。然后，相应的二极管78或80点亮，并且运算放大器的输出被拉低，从而关闭晶体管48，致使继电器24释放而断开与火线22’的连接。当运算放大器112的输出由高变低时，一个脉冲通过电容器138送给运算放大器120的非反向输入端，致使运算放大器120的输出变低。运算放大器120的输出会保持低电平，直到电容器130通过电阻器132被放电为止。相应地，运算放大器120、电容器130及电阻器132以及相连的偏置电路提供了第一延时周期。
所需的第二个延时周期由具有足够电容量的电容器64提供。这种提供第二延时周期的方式的延时效果不如第一实施例中的延时效果，因此第一实施例比第二实施例更理想。
应理解，本发明的范围不应局限于以上的具体实施例。
在说明书中，除非说明文字需要，所用词语“包括”、“包含”等应被理解为意指包容所述整数和整数集合，但也不排除任何其它的整数或整数集合。
权利要求
1.一种电源线的电压监测器，包括开关装置，与电源线相连接；控制电路，响应于电源线，产生对应于电源线电压的信号；该控制电路包括比较装置，用于判断所述信号是否在规定的可接受信号值范围内；控制电路与开关装置通信来控制开关装置的操作；控制电路用于控制开关装置在所述信号不在所述规定的可接受信号值范围内时断开电源线；控制电路还包括第一延时装置，用于在电源线断开状态下，提供在所述信号返回所述规定的可接受值范围内与控制电路控制开关装置重新连接电源线之间的第一规定延时；以及第二延时装置，用于在电源线重新连接的状态下，提供在控制电路要再次断开电源线之前的第二规定延时。
2.如权利要求1所述的电压监测器，其中，在第一延时期间，所述控制电路响应所述信号，从而当该信号超过容许范围时，重新启动第一延时。
3.如前述权利要求之一所述的电压监测器，还包括一个状态指示器，用于指示所述电源线电压是处于可接受范围内还是高于所述范围或低于所述范围。
4.如前述权利要求之一所述的电压监测器，其中，所述控制电路包括处理器装置。
5.如权利要求4所述的电压监测器，其中，使用所述处理器装置中的计数电路或计时器来获得第一延时及第二延时。
6.如权利要求4或5所述的电压监测器，其中，所述处理器装置使状态指示器在第一延时结束前闪动一定时间。
7.如前述权利要求之一所述的电压监测器，其中，所述第一延时可从第一规定延时表中选择。
8.如权利要求7所述的电压监测器，其中，所述第一规定延时表包括0秒、1分钟、3分钟和5分钟的延时。
9.如前述权利要求之一所述的电压监测器，其中，所述第二延时可从第二规定延时表中选择。
10.如权利要求9所述的电压监测器，其中，所述第二规定延时表包括0秒或800毫秒的延时。
11.如前述权利要求之一所述的电压监测器，其中，所述开关装置包括继电器。
12.如权利要求11所述的电压监测器，其中，所述继电器在没有电源施加其上时处于正常开启状态。
13.如前述权利要求之一所述的电压监测器，其中，所述电压监测器的外壳包括用于与主电源出口连接的插头、以及接受被保护电器插头的插座。
全文摘要
一种电源线电压监测器,包括:与电源线连接的开关装置;响应电源线电压并产生对应信号的控制电路。控制电路包括用于判断该电压信号是否在设定的容许范围内的比较装置;控制电路控制开关装置的操作,在该电压信号超过容许信号范围时,断开电源线。控制电路还包括:第一延时装置,使得在断开电源后在电源电压信号恢复正常与重新接通电源线之间有一定延时;以及第二延时装置,使得在电源接通后控制电路再次断开电源前有一定延时。
文档编号H02H3/00GK1248704SQ9811967
公开日2000年3月29日 申请日期1998年9月22日 优先权日1998年9月18日
发明者威利·内里森 申请人:澳大利亚保护电子有限公司