多功能墙壁插座的制作方法

要求保护的发明涉及一种用于导电的连接装置，特别涉及一种多功能墙壁插座，其支持包括dc(直流)电输出的多个电力输出和/或输出的无线可控开关切换。

背景技术：

现有的插座，如图1a中所示，通常包括插座盖1。插座盖1具有常规的电源连接器21'、22'。常规的电源连接器21'、22'用于连接到ac(交流)线路电源，其中常规的电源连接器22'包括两个带电孔。与常规的电源连接器22'相比，常规的电源连接器21'还包括接地孔。插座可以安装在墙上。如图1b中所示，常规的电源连接器21'也包括在现有技术中。该常规的电源连接器21'与如图1a中所示的常规的电源连接器21'的不同之处仅在于连接器形状的一定差异，但原理是相同的。

大多数现有的插座仅用于提供ac线路电源连接器，功能相对有限。需要一种具有更多功能的改进的插座。

技术实现要素：

所要求保护的发明的第一方面是提供一种多功能墙壁插座，以弥补功能相对有限的现有插座技术中的缺点，因为大多数现有插座仅用于提供ac线路电源连接器。

由所要求保护的发明实现的多功能墙壁插座包括插座盖，插座盖包括常规的电源连接器，常规的电源连接器用于连接到ac线路电源，其中：在所述插座盖中还布置有dc输出端口，在所述插座盖中布置有ac-dc(交流-直流)转换模块，所述ac-dc转换模块连接到ac线路电源连接器，输出端子输出dc并连接到dc输出端口。

所述ac-dc转换模块可以包括整流器滤波器模块、调制降压模块、电流采样和保护模块、参考电压模块和反馈控制模块，整流器滤波器模块和调制降压模块彼此连接，电流采样和保护模块与参考电压模块连接到反馈控制模块，反馈控制模块的输出端连接到调制降压模块，其中：

·所述整流器滤波器模块对ac输入进行整流和滤波处理，产生粗调dc以输出到调制降压模块；

·所述调制降压模块通过变压器和开关芯片产生调制信号，在整流和滤波后向电流采样和保护模块以及参考电压模块输出次级dc电压；

·所述电流采样和保护模块获取反馈电流，并将过电流信号发送到反馈控制模块，以控制反馈电流参数；

·所述参考电压模块向反馈控制模块发送电压信号，通过参考电压模块和反馈控制模块在dc输出端口输出预定dc电压；和

·所述反馈控制模块将电流控制信号和电压控制信号反馈到调制降压模块。

优选地，dc端口是usb端口，以使得预定dc电压与标准usb/特定端口的电参数一致。

在所述插座盖上可能还布置有指示灯，所述指示灯显示所述ac-dc转换模块的工作状态。

安全遮板可能布置在所述插座板中的常规电源连接器的位置处。

所述安全遮板可能包括对应于接地孔的滑动件，和偏压在所述滑动件上的线性弹簧，其中：

·在所述滑动件的中间设有开口，所述开口对应于常规的电源连接器的接地孔；

·所述滑动件可能覆盖常规的电源连接器的带电孔；和

·在外部插头插入接地孔和开口中之后，所述滑动件从带电孔的位置向旁边移开。

滑动件可能包括主体，其中：

·在所述主体的中间设有倾斜的开口；

·所述主体的一端附连有突出的杆，并且线性弹簧可以装配到突出的杆上；

·翼状件附连在主体另一端的两侧上，所述两个翼状件位于常规的电源连接器的两个带电孔处。

本发明的有益效果在于：在要求保护的发明中，在插座盖中还布置有usb端口，ac-dc转换模块布置在所述插座盖中，ac-dc转换模块的输入端子连接到ac线路电源，其输出端子输出dc电并与usb端口连接，以使得插座盖上的usb端口可以用作(带usb插头的)电器的充电端口，增加了插座的功能。

在所要求保护的发明中，还提供了一种用于控制电力的输送的无线通信模块。有利地和优选地，该电力输送控制模块可并入到多功能墙壁插座中，用于控制是否在常规的电源连接器处输送ac电和/或是否在dc输出端口处输送dc电。

电力输送控制模块包括一个或多个开/关式开关，每个开/关式开关都包括第一端子和第二端子。第一端子可连接到电源用于从其接收电力。单独的开关可通过控制信号来控制，以产生或断开第一端子和第二端子之间的电路径，以使得单独的开关可重新配置以将或不将电力提供给第二端子。该模块还包括无线收发器，其被配置为与外部路由器无线通信并且从其接收控制电力输送的指令。无线收发器可以支持下列与路由器无线通信的通信技术中的一种或多种：wi-fi；蓝牙；以及包括2.4g，3g和4g等在内的任何公共移动通信标准。此外，在该模块中包括计算处理器。计算处理器配置为在从路由器接收到指令时，确定在单独的开关中实现的电路径的产生或断开以响应该指令，并且为每个开关产生控制信号。

可选地，该模块还包括可连接到ac线路电源的电力调节器。电力调节器将ac线路电源转换为dc稳压电源，以给无线收发器和计算处理器供电。

如下文中的实施方案所示，披露了本发明的其它方面。

附图说明

图1a是现有技术中的插座设计的示意图。

图1b是现有技术中的另一种插座设计的示意图。

图2是所要求保护的发明的示意图。

图3是所要求保护的发明的电路连接原理图。

图4是所要求保护的发明的ac-dc转换模块的示意图。

图5是指示灯的电路连接的示意图。

图6是所要求保护的发明的另一种连接器应用的设计的示意图。

图7是用于控制电力输送的无线通信模块的示意图。

图8描绘了一个实例，其示出了通过智能电话在家中控制器具的方便性，其中使用了多功能墙壁插座，每个多功能墙壁插座都具有内置的电力输送控制模块。

具体实施方式

以下根据附图和实施方案进一步详细描述所要求保护的发明。

本发明的第一方面是提供一种用于安装在墙壁中或标准安装盒中并且配置为用电线连接到常规的ac线路电源的多功能墙壁插座，该墙壁插座具有插座盖，插座盖具有常规的电源连接器，所述常规的电源连接器可连接到ac线路电源。特别地，所述插座盖还布置有dc输出端口和ac-dc转换模块，其中ac-dc转换模块的输入端子可连接到ac线路电源，并且其输出端子可连接到dc输出端口以向其输出预定dc电压。

优选地，dc输出端口是usb端口，并且预定dc电压是与标准usb端口的电参数一致的电压。在下文中的描述中，usb端口用作dc输出端口的实例以便描述本发明。

根据图2、图3和图4，要求保护的发明包括插座盖1。如图2中所示，常规的电源连接器2和usb端口3布置在插座盖1上。常规的电源连接器2用于连接到ac线路电源。ac-dc转换模块布置在插座盖1中。ac-dc转换模块的输入端子连接到ac线路电源。ac-dc转换模块的输出端子与usb端口3相连。可选地，ac-dc转换模块的输出端子也可以与其间的连接指示灯5相连。如图3中所示，常规的电源连接器2直接连接到ac线路电源，ac-dc转换模块4包括安全模块rf1(未示出)、整流器滤波器模块41、调制降压模块42、电流采样和保护模块43、参考电压模块44和反馈控制模块45。安全模块rf1、参考电压模块44和反馈控制模块45连接在一起。电流采样和保护模块43和参考电压模块44和反馈控制模块45相连。反馈控制模块45的输出端连接到调制降压模块42。

如图3和图4中所示，整流器滤波器模块41对ac输入进行整流和滤波处理，产生输出到调制降压模块42的粗调dc。如图4中所示，ac线路电源被输入到整流器滤波器模块41，整流器滤波器模块41通过二极管桥式整流器，然后通过lc滤波器，将终端节点e、f处的粗调dc输出到调制降压模块42。

如图3和图4中所示，调制降压模块42通过变压器t2和脉冲宽度调制芯片u1产生调制信号，在整流和滤波之后将次级dc电压输出到电流采样和保护模块43以及参考电压模块44。

如图4中所示，调制降压模块42包括转换器电路、续流子模块、控制子模块和次级整流滤波器子模块。

如图4中所示，转换器电路包括高频变压器t2及其初级线圈2-3，和开关芯片u1。转换器电路将dc转换为调制ac，即：通过高频变压器t2的初级线圈2-3，将dc电流从正极端子施加到开关芯片u1(使用tny274p)的漏极端子d。dc电流流过u1中的开关晶体管，从开关芯片u1的源极端子s流出到电源的负极。开关芯片u1中的开关晶体管以一定频率执行开/关操作。结果，变压器t2的初级线圈2-3产生接通和断开的脉冲电流，通过变压器t2的电磁感应在变压器t2的其它线圈中产生一定幅度的交流电压。

如图4中所示，续流子模块包括续流二极管d5、限流电阻器r2、和与电容器c4并联连接的电阻器r1。当开关芯片u1中的开关晶体管为“关(off)”时，在变压器t2的初级线圈中产生反电动势(backemf)。通过续流二极管d5和限流电阻器r2的反电动势与由电阻器r1和电容器c4形成的波形调节电路一起形成电流回路，提供用于释放初级线圈中的反电动势的电能的通道并为次级线圈的负半周期提供电能。

如图4中所示，控制子模块包括二极管d6、电容器c5和电阻器r3。二极管d6和电阻器r3与变压器t2的次级线圈4、5的两个端子相连，电容器c5连接在次级线圈4、5的输出端子之间，电阻器r3与开关芯片u1(tny274p)的bp/m端子相连。

二极管d6、电容器c5和电阻器r3向开关芯片u1提供dc操作电源。输出电压的大小由耦合自光耦合器u2a、u2b(使用pc817a)的调节/差分信号控制。开关芯片u1中的开关晶体管的开/关占空比实现在脉冲宽度调制模式(具有恒定的开关频率)下调节电压大小和稳定电压的功能。

如图4中所示，第二整流滤波器子模块包括由二极管d7和电容器c6形成的半波整流电路和滤波电容器c7，半波整流电路在变压器t2的线圈8、10的环路处连接，滤波电容器c7与次级线圈8、10的两个端子并联连接，在终端节点m、n处输出次级dc电压。

如图3中所示，电流采样和保护模块43获得回路电流，并将过电流信号发送到反馈控制模块45以控制回路电流参数。参考电压模块44将电压信号发送到反馈控制模块45，通过参考电压模块44和反馈控制模块45输出与标准usb端口3的电参数一致的dc电压，反馈控制模块45将电流控制信号和电压控制信号反馈到调制降压模块42。

如图4中所示，电流采样和保护模块43包括采样子模块和信号放大器子模块。采样子模块包括电阻器r7和电阻器r8，信号放大器子模块通过将三个晶体管q1、q2、q3连接在一起而形成。当有过电流时，电阻器r7、r8上的电压降会增大，q2截止，q1和q3导通。过剩电流被发送到反馈控制模块45。电流控制信号通过反馈控制模块45反馈到调制降压模块42，降低电源电压以便获得保护。

如图4中所示，当电路中的电压增加时，参考电压模块44的电压保持不变，并且通过光耦合器u2a的电流增加。类似地，当存在过电流时，光耦合器u2a的电流增大。通过光耦合器u2a的耦合信号被发送到开关芯片u1的en/uv端子以控制脉冲宽度调制的占空比，从而使电路中的电压降低以实现用于稳定电流、稳定电压的反馈控制。

如图2和图3中所示，指示灯5可以布置在插座盖1上。指示灯5显示ac-dc转换模块4的工作状态。

如图5中所示，指示灯5包括发光二极管d9、d10。发光二极管d9可以发出红光，并并联连接在ac-dc转换模块4的输出端子p、q之间。发光二极管d10可以发出绿光，并串联连接到ac-dc转换模块4和标准usb端口3的输出回路。这样，输出端子out1、out2和标准usb端口3的电源连接端子直接连接。

当ac-dc转换模块与ac线路电源导通时，发光二极管d9保持接通，表示电力输出正常。

当电器被插入usb端口3中以开始充电时，发光二极管d10接通。随着充电电流逐渐变小，发光二极管d10逐渐变暗，当电器充满电时，发光二极管d10熄灭。

当与图2相比时，如图6中所示的另一种类型连接器的设计在图中的差异只是连接器形状的一些差异。其在基本结构、原理、方法方面与上述实施方案相似，在这里不再多余地重复。

本发明的第二方面是一种用于控制电力的输送的无线通信模块。特别地，模块可由外部计算设备通过经由该外部设备和模块之间的无线通信信道发送给模块的指令而进行控制。优选地，该电力输送控制模块被并入到上面披露的多功能墙壁插座中，用于控制是否在常规的电源连接器2处输送ac电力和/或是否在dc输出端口(例如，usb端口3)处输送dc电力。因此，提供了用于插座的一个或多个电力输出的开-关切换。当多功能墙壁插座包括这样的模块时，一个实际的优点是墙壁插座的最终用户能够使用诸如智能电话的移动计算设备来指示墙壁插座将ac或dc电力提供或停止提供给连接到墙壁插座的电器。

示例性地，借助于图7说明模块如下，图7表示模块的示意图。可无线通信的电力输送控制模块900包括一个或多个开/关式开关(如被表示为一个开关910和一可选的开关915)。以开关910作为参考以便说明。开关910包括第一端子922和第二端子923，第一端子922可连接到电源以从其接收电力。开关910可由控制信号925控制，以在第一端子922和第二端子923之间产生或断开电路径924。因此，开关910可重新配置以将电力提供或不提供给第二端子923。模块900还包括无线收发器940，其配置为通过无线通信信道971与外部路由器970进行无线通信，并且从路由器970接收控制电力输送的指令。注意，外部路由器970不是模块900的一部分。路由器970是被配置为与无线收发器940无线通信的任何电子计算设备。此外，模块900另外包括计算处理器950，其配置为当接收到来自路由器970的指令时，确定在开关910中实现的电路径924的产生或断开以响应该指令，并产生控制信号925。控制信号925由开关910接收，从而执行接收到的指令。

在模块900的一些实现方式中，开关910可实现为机械继电器或固态开关。

取决于模块900的实际实现方式，第一端子922和第二端子923可以形成为在物理形式上基本相似，以使得两个端子922、923是可互换的。如果例如开关910是具有一对对称端子的机械继电器，则该交换是可能的。替代地，在诸如某些类型的单向固态开关的一些实现方式中，第一端子922配置为仅用于接收电力，而第二端子923被严格地配置为用于提供电力。

无线收发器940用于与路由器970通信。无线收发器940可以支持与路由器970进行通信的通信技术的实例包括wi-fi，蓝牙和任何公共移动通信标准，例如2.4g、3g和4g。在大多数应用场景中，路由器970连接到互联网975，以使得路由器是启用互联网的。相应地，无线收发器940被进一步配置为用于与启用互联网的路由器970进行通信。

可选地，在模块900中包括可连接到ac线路电源的电力调节器955，以将ac线路电源转换成dc稳压电源，用于为无线收发器940和计算处理器950供电。电力调节器955是可选的特征，因为当如上所述在多功能墙壁插座中使用模块900时，插座提供dc电力(参见图4和上面的相应描述)。

电力输送控制模块900可并入到上面披露的多功能墙壁插座的任何实施方案中。在第一配置中，开关910具有连接到ac线路电源的第一端子922和连接到插座的常规的电源连接器的第二端子923。在第二配置中，开关910具有连接到ac-dc转换模块的输出端子的第一端子922和连接到dc输出端口的第二端子。在基本上是第一和第二配置的组合的第三配置中，开关910和另一个开关915分别用于控制ac电力输出和dc电力输出。

作为阐明使用所披露的模块900的实际优点的实例，具有内置的电力输送控制模块900的多功能墙壁插座的终端用户可以通过简单地通过终端用户的启用互联网的智能电话、或通过个人计算机、或甚至通过公共计算机发出指令，来方便地控制ac或dc电力输送到与插座相连的电器。

图8表示一个实例，其示出了通过智能电话/便携式设备/计算机在家中控制器具的方便性，其中使用了所披露的具有内置的电力输送控制模块的多功能墙壁插座。家1005具有安装的多功能墙壁插座1010、1020，每个多功能墙壁插座都可与wifi路由器1030无线通信，wifi路由器1030又连接到基于家庭的调制解调器1040。调制解调器1040经由互联网1042连接到服务于该调制解调器1040的服务器1045。当家庭用户在家1005附近时，可以使用启用wifi的智能电话1070将指令直接发送到路由器1030，以打开或关闭插座之一的ac输出，比方说插座1010。在从智能电话/便携式设备/计算机1070接收到指令时，路由器1030将该指令转送到插座1010进行执行。当家庭用户远离家1005时，智能电话/便携式设备/计算机1070不再能够直接与路由器1030通信。而是，该指令可以从智能电话/便携式设备/计算机1070发送到移动通信系统1047，其可以是gsm、3g或4g系统。然后，移动通信系统1047通过服务器1045将指令转送到调制解调器1040，路由器1030可从调制解调器1040获取指令。然后，指令从路由器1030转发到插座1010进行执行，以便相应地打开或关闭其ac输出。

本文所述的计算处理器可以被实现为一个或多个通用处理器或一个或多个专用计算设备、计算机处理器、微控制器或电子电路，包括但不限于数字信号处理器(dsp)、专用集成电路(asic)、现场可编程门阵列(fpga)，以及根据本公开的教导配置或编程的任何其它可编程逻辑器件。在通用或专用计算设备、计算机处理器、微控制器或可编程逻辑器件中运行的计算机指令或软件代码可以由软件或电子技术领域的技术人员基于本公开的教导容易地准备。

总而言之，通过上述实施方案具体描述了本发明的基本结构、原理和控制方法。在不偏离所要求保护的发明的主要思想的前提下，本领域技术人员可以在不进行任何创造性工作的情况下实现各种变型/替代形式或组合。