一种用电管理方法及系统与流程

本发明涉及电器开关领域，尤其涉及一种用电管理方法及系统。

背景技术：

目前节能降耗的LED灯已经走入普通家庭，原来几十瓦的节能灯的亮度，现在十几瓦甚至是几瓦的LED灯就能搞定，并且相比目前的灯泡、节能灯，LED灯的使用寿命特别长，通常能达到5～10年。然而LED灯使用的是低压直流电源，导致使用时每个LED灯具需配备专门的AC/DC转换装置；同时手机、相机等低压供电用电设备充电时都需要配备AC/DC转换装置。

目前的空气开关分为交流空气开关、直流空气开关两种。交流空气开关是用来保护交流用电设备的，直流空气开关是用来保护直流用电设备的。常用的交流空气开关出口电流仍为交流电，而具有交流直流直接转换的空气开关目前还没有发现。这样，很多直流用电设备需要再单独使用一套交流直流转换的电路，这样既增加了相关设备的成本，又由于交流电的存在而增加了不安全隐患。

技术实现要素：

为了解决现有技术中为直流用电设备低成本、低风险地供电的问题，本发明提供了一种用电管理方法及系统。

根据本发明的第一方面，提供了一种用电管理系统，所述用电管理系统包括控制模块、AC/DC转换模块，

所述控制模块包括处理器、电压监测电路、供电电源切换电路、输出电压切换电路、直流输入接口、交流输入接口、直流输出接口和交流输出接口，所述处理器分别与所述电压监测电路、所述供电电源切换电路、所述输出电压切换电路连接，所述电压监测电路与所述直流输入接口连接；

所述AC/DC转换模块包括交流-直流转换电路、直流-直流降压电路，所述交流-直流转换电路的输出端与所述直流-直流降压电路的输入端连接，所述直流-直流降压电路包括反馈电路；

所述直流输出接口与所述直流-直流降压电路的输入端连接，所述交流输出接口与所述交流-直流转换电路的输入端连接，所述处理器与所述反馈电路连接；

所述处理器用于判断所述电压监测电路检测到的直流输入接口输入的电压是否达到或超过电压阈值，若是，则控制所述供电电源切换电路的输入端与所述直流输入接口连接，并控制所述输出电压切换电路的输出端与所述直流输出接口连接，否则控制所述供电电源切换电路的输入端与所述交流输入接口连接，并控制所述输出电压切换电路的输出端与所述交流输出接口连接；

所述反馈电路用于从所述处理器接收设定电压，并将所述直流-直流降压电路的输出电压值调整为所述设定电压。

其中，所述直流-直流降压电路还包括功率变换电路、整流滤波电路，所述功率变换电路的输出端与所述整流滤波电路的输入端连接，所述整流滤波电路的输出端与所述反馈电路的输入端连接，所述反馈电路的输出端与所述功率变换电路的控制端连接。

其中，所述反馈电路包括依次连接的采样电路、误差放大电路、PWM控制电路，所述采样电路的输入端为所述反馈电路的输入端，所述PWM控制电路的输出端为所述反馈电路的输出端，所述PWM控制电路的调节端与所述处理器连接。

其中，所述功率变换电路为LLC串联谐振变换器，所述整流滤波电路为MOS管整流电路。

其中，所述交流-直流转换电路包括依次连接的防雷保护电路、滤波电路、整流稳压电路、功率因数校正电路，所述防雷保护电路的输入端为所述交流-直流转换电路的输入端，所述功率因数校正电路的输出端为所述交流-直流转换电路的输出端。

其中，所述控制模块还包括用于与外部控制设备通信的第一通信电路，所述第一通信电路与所述处理器连接。

其中，所述用电管理系统还包括触摸屏，所述控制模块还包括用于与所述触摸屏通信的第二通信电路，所述第二通信电路与所述处理器连接。

其中，所述控制模块还包括声光电路，所述声光电路与所述处理器连接。

其中，所述用电管理系统还包括AC/AC空气开关，所述控制模块还包括与所述AC/AC空气开关的输入端连接的第二交流输出接口，所述处理器还用于在用户选择交流输出电压时，控制所述供电电源切换电路的输入端与所述交流输入接口连接，并控制所述输出电压切换电路的输出端与所述第二交流输出接口连接。

根据本发明的第二方面，提供了一种用电管理方法，所述方法包括以下步骤：

监测直流供电电源的电压是否达到或超过电压阈值；

若是，则接入该直流供电电源；否则接入交流供电电源，并将接入的所述交流供电电源的交流电压转换为直流电压；

将所述直流供电电源的直流电压或所述交流供电电源经转化后的直流电压降至设定电压并输出。

本发明中的用电管理方法和系统，直接将交流电转换为直流电输出到供电线路上，供低压用电设备使用；或者直接使用清洁能源所产生的直流电，例如太阳能、水力发电的电能，作为直流电源。这样，不仅可以节省为每个直流用电设备配备的开关电源等交直流转换装置，同时可以使用清洁能源所产生的直流电，降低社会的资源消耗。此外，由于采用低压供电，不会再有人体触电的隐患。

附图说明

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是根据本发明的用电管理系统的模块图；

图2是根据本发明的AC/DC转换模块12的结构图；

图3是根据本发明的功率变换电路和整流滤波电路的电路图；

图4是根据本发明的控制模块的模块图；

图5是根据本发明的用电管理方法的流程图；

图6是根据本发明的用电管理方法的具体实施例的流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互任意组合。

本发明提供了一种用电管理系统，该用户管理系统可以与普通的交流空气开关集成在一起。

图1是根据本发明的用电管理系统的模块图。如图1所示，该用电管理系统包括控制模块11、AC/DC转换模块12。其中，控制模块11包括处理器111、电压监测电路112、供电电源切换电路113、输出电压切换电路114、直流输入接口115、交流输入接口116、直流输出接口117和交流输出接口118。处理器111分别与电压监测电路112、供电电源切换电路113、输出电压切换电路114连接，电压监测电路112与直流输入接口115连接。

AC/DC转换模块12包括交流-直流转换电路121、直流-直流降压电路122。交流-直流转换电路121的输出端与直流-直流降压电路122的输入端连接。直流-直流降压电路122包括反馈电路123。直流输出接口117与直流-直流降压电路122的输入端连接，交流输出接口118与交流-直流转换电路121的输入端连接，处理器111与反馈电路123连接。

电压监测电路112通过直流输入接口115监测直流供电电源的电压，并将该监测到的直流电压发送给处理器111。处理器111判断电压监测电路112检测到的电压是否达到或超过设定的电压阈值，例如该电压阈值可以设定为，例如，30V、24V、12V等。如果达到或超过电压阈值，则处理器111控制供电电源切换电路113的输入端与直流输入接口115连接，即将该达到或超过电压阈值的直流电源接入该用电管理系统为直流用电设备供电，同时控制输出电压切换电路114的输出端与直流输出接口117连接。如果小于阈值电压，则处理器111控制供电电源切换电路113的输入端与交流输入接口116连接，即由交流供电电源为直流用电设备供电，同时控制输出电压切换电路114的输出端与交流输出接口118连接。由此可以看出，供电电源切换电路113可选地与直流输入接口115、交流输入接口116连接，输出电压切换电路114可选地与直流输出接口117和交流输出接口118连接。

这样，在直流供电电源的电压不足时，可以自动切换到交流供电电源进行供电。需要说明的是，这里的直流电源可以是传统的蓄电池，也可以是清洁能源产生的直流电源，例如太阳能、水利发电的电能等，并且多个直流电源可以并联使用。

反馈电路123与控制模块11的处理器111连接，以从处理器111接收用户的设定电压，并将直流-直流降压电路122的输出电压值调整为用户的设定电压，以对直流用电设备进行供电。后面会参考直流-直流降压电路122的具体结构以及反馈电路123的具体结构，详细描述如何将输入直流-直流降压电路122的直流电压调整为用户的设定电压。

图2是根据本发明的AC/DC转换模块12的结构图。如图2所示，直流-直流降压电路122还包括功率变换电路1221、整流滤波电路1222。其中，功率变换电路1221的输出端与整流滤波电路1222的输入端连接，整流滤波电路1222的输出端与反馈电路123的输入端连接，反馈电路123的输出端与功率变换电路1221的控制端连接。即，功率变换电路1221除了输入端和输出端外，还有控制端，以通过控制端调整输出的电压。

功率变换电路1221的具体电路结构如图3所示。其中，功率变换电路1221为LLC串联谐振变换器。图3中，IC1为驱动芯片，R1、R2为驱动电阻，M1和M3为MOS管，C1为谐振电容，L1为谐振电感，T1为EE65变压器，D1\E1组成整流稳压电路，为芯片的工作提供VCC。该谐振电路可以实现MOS管的零电压导通，大大降低了导通损耗，并且可传输高达1KW的功率。由于没有开关损耗，开关频率可以提高，从而减小了磁性元件的体积和滤波电容的容量，大大降低了成本。通常情况下，该LLC串联谐振变换器可输出36V/30A的功率。当然用户可以根据实际需求，选择输出的直流供电电压。

整流滤波电路1222的具体电路结构如图3所示。其中，整流滤波电路1222包括整流MOS管M2、M4。由于输出电流较大，使用普通的二极管整流方式，会引起较大的损耗，所以采用MOS管代替二极管，并且使用同步整流方式，可以实现M2、M4的零电流关闭，大大降低了关断损耗。

再次参照图2所示，反馈电路123包括依次连接的采样电路1225、误差放大电路1224、PWM控制电路1223。采样电路1225的输入端为反馈电路123的输入端，PWM控制电路1223的输出端为反馈电路123的输出端。PWM控制电路1223的调节端与处理器111连接，以从处理器111接收用户的设定电压。

此处，反馈电路123还用于稳定系统的输出，并且在检测到过压、过流、欠压等异常情况发生时，通过及时把整流滤波电路1222中MOS管的栅极电压断开，以关闭该MOS管，停止输出。

另外，在根据用户的设定电压调整输出的直流电压值时，由PWM控制电路1223根据其调节端从处理器111接收到设定电压来调整脉冲占空比，进而来调整输出电压。调整的输出电压范围可以是0～24V，以满足不同负载的使用要求。

在图1及图2中只示出了只有一路直流-直流降压电路122的情形，实际使用中，可以在该用电管理系统中设置多路直流-直流降压电路，以便对需要不同直流供电电压的多个直流用电设备进行供电。其中每路直流-直流降压电路可以采用BUCK降压方式，并在反馈电路中采用电压反馈和电流反馈的方式来稳定输出。

再次参照图2所示，交流-直流转换电路121包括依次连接的防雷保护电路1211、滤波电路1212、整流稳压电路1213、功率因数校正电路1214。防雷保护电路1211的输入端为交流-直流转换电路121的输入端，功率因数校正电路1214的输出端为交流-直流转换电路121的输出端。

防雷保护电路1211用于抗高压脉冲和浪涌电流等，以保护后级电路，具体可以包括保险丝、NTC电阻、压敏电阻、空气放电管等。滤波电路1212可以为EMI滤波电路，用于防止和抑制电磁干扰，具体可以包括X电容、Y电容、共模电感、差模电感等。整流稳压电路1213用于将交流电转化为直流电，具体可以包括整流桥、电解电容、CBB电容等。功率因数校正电路1214用于功率因数校正，强迫电流与电压相位接近，这是因为整流时给电解电容充电，会导致电压与电流发生相位偏移，产生无功功率。

图4示出了根据本发明的控制模块11的结构图。其中，控制模块11还包括用于与外部控制设备通信的第一通信电路1191，第一通信电路1191与处理器111连接。外部控制设备可以是手机、遥控器等无线控制设备，或者线控器等有线控制设备，以对该用电管理系统进行控制。同时也可以由用电管理系统将其运行状况发送给该外部控制设备以在其上进行显示。第一通信电路1191可以通过UART通信模式与外部控制设备进行通信，这种通信可以是有线通信也可以是无线通信。具体工作是，外部控制设备将用户的设定电压通过第一通信电路1191传输给控制器111，控制器111再将该设定电压传输给反馈电路123以对输出的直流电压值进行变换。

另外，用电管理系统还包括触摸屏，控制模块11包括与该触摸屏通信的第二通信电路1192，该第二通信电路1192与处理器111连接。触摸屏将用户输入的设定电压通过第二通信电路1192传输给控制器111，控制器111再将该设定电压传输给反馈电路123以对输出的直流电压值进行变换。同时，控制器也可以将相关状态信息通过第二通信电路1192传输给触摸屏以进行显示。

需要说明的是，外部控制设备和触摸屏对处理器111传输的信息包括但不限于用户的设定电压，还可以包括相关的参数设置等。

控制模块11还包括与处理器111连接的声光电路1193。当出现异常情况时，例如电路过大、短路，处理器111通知声光电路1193进行响应以提醒用户采取相应的处理操作。

此外，控制模块还包括异常监测电路，该异常监测电路与处理器111连接，当发生电流过大、短路等情况时，处理器111控制供电电源切换电路113断开与直流输入接口115和交流输入接口116的连接。

该用电管理系统还包括AC/AC空气开关，控制模块11还包括与AC/AC空气开关的输入端连接的第二交流输出接口，处理器还用于在用户选择交流输出电压时，控制供电电源切换电路的输入端与交流输入接口连接，并控制输出电压切换电路的输出端与第二交流输出接口连接。即，当用户选择为交流用电设备供电时，通知处理器，处理器则控制将输入的交流电传输到AC/AC空气开关，以由AC/AC空气开关为交流用电设备提供电源。

本发明的AC/DC转换模块整体大小与交流空气开关大体相同，便于同交流空气开关一同装配。

本发明还公开了一种用电管理方法。参照图5所示，该方法包括：

监测直流供电电源的电压是否达到或超过电压阈值；

若是，则接入该直流供电电源；否则接入交流供电电源，并将接入的交流供电电源的交流电压转换为直流电压；

将直流供电电源的直流电压或交流供电电源经转化后的直流电压降至设定电压并输出。

需要说明的是，当没有从反馈电路收到其反馈的设定电压时，则直接输出直流供电电源的直流电压或所述交流供电电源经转化后的直流电压。

图6示出了本发明的用电管理方法一个具体实施例。现说明如下：

步骤601，系统上电；

步骤602，上电后，系统读取原先配置的参数，如AC/DC转换模块输出口供电电压、版本型号等；

步骤603，对相关变量进行初始化；

步骤604，检测直流供电电压是否达到或超过设置的阈值，当检测到直流供电电压达到或超过阀值时，执行步骤606，否则执行步骤605；

步骤605，切换到AC/DC转换模块进行供电，将接入的交流电转换为直流电，并接着执行步骤606；

步骤606，判断用户是否设置了设定电压，如果设置，则执行步骤607，如果没有则执行步骤608；

步骤607，将直流供电电压转换为设定电压，并执行步骤608；

步骤608，直接按照直流电源电压进行供电，并显示通讯有关的报文；

步骤609，判断是否有参数设置、按键等，从而进行参数的设置、控制的执行等处理，如果有执行步骤610，没有则执行步骤612；

步骤610，进行按键处理；

步骤611，进行数据存储；

步骤612，判断是否需要进行UART(通用异步收发器)通讯，如果需要执行步骤613，否则执行步骤614；

步骤613，进行UART通讯，主要处理无线、有线通讯模块发送来的串口数据，从而实现手机、遥控器等无线设备以及线控器等有线设备对智能用电管理空气开关的控制，同时将相关运行状况发送给手机等显示设备；

步骤614，进行节电处理；

步骤615，进行声光处理，主要用来当异常发生时，提醒用户采取相应的操作；

步骤616，进行异常处理，主要指发生过电流、短路等情况时，断掉供电电源等处理。

采用本发明的用电管理系统和方法，直接将交流电转换为直流电输出到供电线路上，供低压用电设备使用；或者直接使用清洁能源所产生的直流电，例如太阳能、水力发电的电能，作为直流电源。这样，不仅可以节省为每个直流用电设备配备的开关电源等交直流转换装置，同时可以使用清洁能源所产生的直流电，降低社会的资源消耗。此外，由于采用低压供电，不会再有人体触电的隐患。当该用电管理系统与传统的交流空气开关集成在一起时，可以同时为需要交流电源和直流电源的不同用电设备同时供电，降低了成本和出现安全隐患的风险。

上面描述的内容可以单独地或者以各种方式组合起来实施，而这些变型方式都在本发明的保护范围之内。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，仅仅参照较佳实施例对本发明进行了详细说明。本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。