本发明涉及一种交流(AC)电力线中的过电压保护，尤其涉及一种智能过电压保护电路和一种用于保护AC电力线中的电器避免受过电压状况的方法。
背景技术：
当特定安装区域的电压升高到该区域的额定电压以上时，会发生电器安装中的过电压状况。一般大于额定电压10％以上的电压波动被认为是过电压状况。在过电压状况下，连接到安装区域的电器和电子设备全部会受到损坏。由于电子和电器设备设计为在一定的额定电压下工作，因此持续的过电压可能会造成相当大的损坏，即电压高于设备额定电压。电器、电子和数字电路特别容易受长时间过电压的影响。
过电压状况以峰值电压和持续时间为特征。根据IEEE 1159/1995标准，在额定电压的110％至120％范围内增加的电压以及超过一分钟的持续时间被称为过电压状况。其他在范围从1KV到10KV甚至20KV电压幅度极高的高电压状态中，若持续时间非常短，则称为电涌(surge)或瞬变(spike)状态。对于电涌或瞬变状态，本领域已知一些解决方案，如电涌放电器(surge arrester)、瞬变抑制器(spike buster)。然而，仍然没有可靠的解决方案来保护AC电力线中的过电压状况。
因此，现有技术中仍然需要具有克服上述问题和缺点的过电压保护电路。
技术实现要素：
本发明提供了一种过电压保护电路及过电压保护方法。本发明提供有效的过电压保护，并允许记录电器安装区中的一个或多个AC电力线中的过电压状况的历史。
根据本发明一实施例，智能过电压保护电路包括AC电力线、连接到AC电力线的至少一开关以及连接到所述至少一开关和所述AC电力线的过电压检测模块。进一步的，所述过电压检测模块包括分压器，感应电路和控制模块，使得所述分压器被配置为对所述AC电力线的电压进行分压以得到分压电压，所述感测电路被配置为生成用于指示所述分压电压大于预定阈值的第一输出信号和用于指示所述分压电压小于所述预定阈值的第二输出信号，并且所述控制模块被配置为接收所述第一输出信号和所述第二输出信号，并且响应于接收到所述第一输出信号而将所述至少一开关从闭合位置转换到打开位置。
根据本发明的一实施例，所述控制模块被配置为响应于接收到所述第二输出信号而将所述至少一开关从所述打开位置转换到所述闭合位置。
根据本发明一实施例，所述控制模块被配置为向用户指示所述AC电力线的所述电压的状况。
根据本发明一实施例，所述智能过电压保护电路包括能量管理模块，其被配置为确定当所述至少一开关处于闭合位置时由所述AC电力线输送的电力的值，以及将所述电力的所述值传输到所述控制模块。此外，控制模块被配置在预定时间间隔完成时以及在接收到所述第一输出信号和所述第二输出信号的情况下记录时间戳和所述电力的所述值，以及存储所述时间戳和所述电力的所述值。
根据本发明一实施例，所述控制模块被配置为将所述时间戳和所述电力的所述值传送到中央储存库。
根据本发明一实施例，所述控制模块被配置为从用户接收所述预定阈值并且将所述预定阈值传达给所述感测电路。
根据本发明一实施例，所述控制模块被配置为使用连接到远程负载的远程通信设备管理所述远程负载。
根据本发明一实施例，一种用于智能过电压保护的方法包括以下步骤：提供AC电力线；连接至少一开关到所述AC电力线；以及连接过电压检测模块到所述至少一开关和所述AC电力线。进一步的，所述过电压检测模块包括分压器，感测电路和控制模块，使得所述分压器对所述AC电力线的电压进行分压以得到分压电压，所述感测电路生成用于指示所述分压电压大于预定阈值的第一输出信号和用于指示所述分压电压小于所述预定阈值的第二输出信号，并且所述控制模块接收所述第一输出信号和所述第二输出信号，并且响应于接收到所述第一输出信号而将所述至少一开关从闭合位置转换到打开位置。
根据本发明一实施例，响应于接收到所述第二输出信号，所述控制模块将所述至少一开关从所述打开位置转换到所述闭合位置。
根据本发明一实施例，所述控制模块向用户指示所述AC电力线的所述电压的状况。
根据本发明一实施例，所述方法包括提供能量管理模块的步骤。此外，能量管理模块确定当所述至少一开关处于所述闭合位置时由所述AC电力线输送的电力的值，以及将所述电力的所述值传输到所述控制模块。此外，所述控制模块在预定时间间隔完成时以及在接收到所述第一输出信号和所述第二输出信号的情况下记录时间戳和所述电力的所述值，以及存储所述时间戳和所述电力的所述值。
根据本发明的一实施例，所述控制模块将所述时间戳和所述电力的所述值传输到中央储存库。
根据本发明一实施例，所述控制模块从用户接收所述预定阈值，以及将所述预定阈值传达给所述感测电路。
根据本发明一实施例，所述控制模块使用连接到远程负载的远程通信设备来管理所述远程负载。
上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。
附图说明
图1为根据本发明实施例的智能过电压保护电路。
图2为根据本发明实施例的过电压检测模块。
图3为根据本发明实施例的控制模块。
图4为根据本发明实施例的能量管理模块。
图5为根据本发明另一实施例的智能过电压保护电路的一部分。
图6为根据本发明实施例的用于过电压保护的方法。
图7为根据本发明示例性实施例的智能过电压保护电路。
图8为根据本发明另一示例性实施例的智能过电压保护电路。
具体实施方式
虽然在此通过使用实施例和说明性附图的示例来描述本发明，但是本领域的技术人员将认识到，本发明不限于所描述的附图或附图的实施例，且并不打算代表各种组件的规模。此外，为了便于说明，可能形成本发明的一部分的一些组件可能不在某些图中示出，并且这样的省略不限制以任何方式概述的实施例。应该理解的是，附图和其详细描述并非旨在将本发明限制于所公开的特定形式，相反的，本发明将覆盖落入由所附权利要求限定的本发明的范围内的所有修改、等同物和替换。如贯穿本说明书所使用的，词语“可以”以宽容的含义(即，意味着有潜力)而不是强制性意义(即，意味着必须)来使用。此外，除非另有说明，词语“一”或“一个”意味着“至少一个”，词语“多个”意味着“一个或多个”。此外，这里使用的术语和措辞仅用于描述目的，如“包括”、“包含”、“具有”、“含有”或“涉及”及其变型的语言旨在于宽泛的并且涵盖其后列出的主题、等价物、以及未列举的其他主题，并且不意图排除其他添加剂、组分、整体或步骤。同样，术语“包含”对于适用的法律目的而言被认为与术语“包括”或“含有”是同义的。文件、行为、材料、系统、文章等仅仅是为了提供本发明的上下文的目的而包括在本说明书中。没有暗示或表示任何或所有这些事物构成现有技术基础的一部分，或者是与本发明相关的领域中的普通常识。
在本公开中，无论何时在使用过渡短语“包括”及之后的组合物或要素或一组要素时，此处应该理解的是，亦可考虑在组合物或要素或一组要素之前使用过渡短语“由......组成”、“由...组合”、“包括”或“是”，反之亦然。
以下参照附图通过各种实施例来描述本发明，其中在附图中使用的附图标记对应于整个说明书中的相同元件。然而，本发明可以以许多不同的形式来实施，并且不应该被解释为限于在此阐述的实施例。相反，提供实施例是为了使本公开透彻和完整，并将本发明的范围充分地传达给本领域技术人员。在以下详细描述中，数值和范围的提供是为描述本发明的实现的各个方面。这些数值和范围仅作为示例来，并不意图限制权利要求的范围。另外，许多材料被确定为适合于实现的各个方面。这些材料应被视为示例性的，并不意图限制本发明的范围。
请参考附图，现在将更详细地描述本发明。根据本发明一实施例，如图1所示的智能过电压保护电路(100)包括AC电力线(110)。AC电力线(110)可以连接到可以服务于全市要求的AC电网网络。AC电力线(110)提供为负载(150)供电所需的AC电流。AC电流经由连接到AC电力线(110)的至少一开关(120)被提供给负载(150)。所述至少一开关是但不限于继电器(relay)或断路器(circuit breaker)之一。此外，智能过电压保护电路(100)包括连接到所述至少一开关(120)和AC电力线(110)的过电压检测模块(130)。过电压检测模块(130)可以从下图中详细了解。
图2示出了根据本发明一实施例的过电压检测模块(130)。如图2所示，过电压检测模块(130)包括分压器(210)、感测电路(220)和控制模块(230)。分压器(210)被配置为分压AC电力线(110)的电压以获得分压电压。根据一实施例，分压器(210)包括构造成在任何中间点打开和关闭的一系列电阻器和/或电容器。通过根据预先定义的设置打开和关闭电阻器和/或电容器，分压器(210)被配置为将电压的大小减小到预先定义的一部分。此过程是必需的以便可以容易地测量电压。具体而言，分压器(210)可以以非常高的幅度将电压缩小到感测电路(220)的输入范围。这样分压器(210)特别适用于检测过电压状况。
感测电路(220)配置为生成用于指出分压电压大于预定阈值的第一输出信号。此外，感测电路(220)被配置为生成用于指出分压电压小于预定阈值的第二输出信号。根据一实施例，感测电路(220)包括被配置为测量分压的电压计(voltmeter)，并且基于分压的测量生成第一输出信号和第二输出信号。根据另一实施例，感测电路(220)包括具有蚀刻到集成电路上的多个逻辑门(logic gate)的集成电路。
图3示出了根据本发明一实施例的控制模块(230)。控制模块(230)包括控制器(310)、存储器(320)、计时器(330)和通信设备(340)。控制器(310)可操作地连接到存储器(320)、计时器(330)和通信设备(340)。根据一实施例，控制器(310)是具有处理器、微处理器或微控制器之一但不限于此的逻辑单元。存储器(320)是非易失性存储器(non-volatilememory)，例如但不限于EPROM、EEPROM和闪存。此外，计时器(330)是石英振荡器或硅振荡器之一，但不限于此。此外，通信设备(340)能够通过多种通信介质例如但不限于GSM、Wi-Fi、蓝牙和Ru-Bee等进行通信。
根据本发明一实施例，控制模块(230)的配置包括将要由控制器(310)所执行的多个指令写入存储器(320)。
控制模块(230)被配置为接收第一输出信号和第二输出信号，并响应于接收到第一输出信号而将所述至少一开关(120)从闭合位置转换到打开位置。根据一实施例，通过多个指令使控制器(310)能将所述至少一开关(120)从闭合位置转换到打开位置。可以理解的是，预定阈值对应于智能过电压保护电路(100)所设计最大可允许的电压范围。
根据本发明一实施例，控制模块(230)被配置为响应于接收到第二输出信号而将所述至少一开关(120)从打开位置转换到闭合位置。根据一实施例，通过多个指令使控制器(310)能将所述至少一开关(120)从打开位置转换到闭合位置。
根据本发明一实施例，控制模块(230)被配置为向用户指示AC电力线(110)的电压的状况。根据一实施例，多个在由控制器(310)所执行的指令使控制器(310)能向用户指示AC电力线(110)的电压状况。在一实施例中，控制器(310)通过接通连接到控制器(310)的红色LED指示器来指示过电压状况。类似地，控制器(310)通过接通绿色LED指示器来指示正常电压状况。此外，控制器(310)通过接通黄色LED指示器来指示过电压检测模块(130)的激活状态。值得注意的是，当控制器(310)从感测电路(220)接收到针对至少两个连续实例的第一输出信号时，过电压检测模块(130)被激活。
根据本发明一实施例，智能过电压保护电路(100)包括能量管理模块(160)。能量管理模块(160)被配置为当所述至少一开关(120)处于闭合位置时确定由AC电力线(110)输送的电力的值。图4示出了根据本发明一实施例的能量管理模块(160)。如图4所示，能量管理模块(160)包括电流传感器(410)和电压传感器(420)。
当所述至少一开关(120)处于闭合位置时，电流传感器(410)测量提供给负载(150)的电流的值，并且电压传感器(420)测量AC电力线(110)中电压的值。能量管理模块(160)根据电流的值和电压的值来确定电力的值。此外，能量管理模块(160)被配置为将电力的值传输到控制模块(230)。
控制模块(230)被配置为在预定时间间隔完成时以及在接收到第一输出信号和第二输出信号的情况下记录时间戳(timestamp)和电力的值。此外，控制模块(230)被配置为存储时间戳和电力的值。根据一实施例，在预定时间间隔完成时以及在接收到第一输出信号和第二输出信号的情况下，多个指令使得控制器(310)能够使用计时器(330)来记录时间戳和从能量管理模块(160)接收的电力的值。此外，控制器(310)能够将时间戳和电力的值存储在存储器(320)中。
根据本发明一实施例，预定时间间隔取决于电路要求，并且可以从10ms到1s的范围，但不限于此。
根据一实施例，控制模块(230)被配置为将时间戳和电力的值传送到中央储存库(central repository)(140)。根据一实施例，多个指令使控制器(310)能够使用通信设备(340)将时间戳和电力的值传输到中央储存库(140)。此外，根据本发明一实施例，中央储存库(140)是数据库服务器，被配置为将时间戳和电力的值存储在数据库中。
根据本发明一实施例，控制模块(230)被配置为在定期的时间间隔之后监视AC电力线(110)中的电压。所述定期的时间间隔可以在1分钟到2小时之间变化，但不限于此。根据一实施例，能量管理模块(160)被配置为在定期的时间间完成时将电压的值传输到控制模块(230)。此外，多个指令使得控制器(310)能够从能量管理模块(160)接收电压的值。而且，多个指令使得控制器(310)能够将电压的值传送到中央储存库(140)。
根据一实施例，控制模块(230)被配置为从用户接收预定阈值，并将预定阈值传送到感测电路(220)。根据一实施例，多个指令使控制器(310)能够使用通信设备(340)从用户接收预定阈值。而且，多个指令使所述控制器能够将预定阈值传送给感测电路(220)。
图5示出了根据本发明一实施例(500)的智能过电压保护电路的一部分。如图5所示，远程负载(510)连接到远程通信设备(520)。远程通信设备(520)能够通过诸如但不限于GSM、Wi-Fi、蓝牙和Ru-Bee等多种通信介质进行通信。控制模块(230)还与远程通信设备(520)进行通信。控制模块(230)被配置为使用远程通信设备(520)来管理远程负载(510)。根据一实施例，多个指令使得控制器(310)能够使用通信设备(340)与远程通信设备(520)进行通信，以管理远程负载(510)。远程负载(510)的管理包括但不限于开启和关闭远程负载(510)、调节到远程负载(510)的电力供应、并追踪在城市的广大安装区中的远程负载(510)的位置。
图6示出了根据本发明一实施例的用于智能过电压保护的方法(600)。所述方法开始于步骤610。在步骤610，提供AC电力线(110)。AC电力线(110)可以连接到可以服务于全市要求的AC电网网络。AC电力线(110)提供为负载(150)供电所需的AC电流。
在步骤620，至少一开关(120)连接到AC电力线(110)。在步骤430，过电压检测模块(130)连接到所述至少一开关(120)和AC电力线(110)。过电压检测模块(130)包括分压器(210)、感测电路(220)和控制模块(230)。分压器(210)分压AC电力线(110)的电压以获得分压电压。此外，感测电路(220)生成用于指出分压电压大于预定阈值的第一输出信号和用于指出分压电压小于预定阈值的第二输出信号。而且，控制模块(230)接收第一输出信号和第二输出信号，并响应于接收第一输出信号而将所述至少一开关(120)从闭合位置转换到打开位置。根据一实施例，控制器(310)将所述至少一开关(120)从闭合位置转换到打开位置。
根据本发明一实施例，响应于接收到第二输出信号，控制模块(230)将所述至少一开关(120)从打开位置转换到闭合位置。根据一实施例，控制器(310)将所述至少一开关(120)从打开位置转换到闭合位置。
根据本发明一实施例，控制模块(230)向用户指示AC电力线(110)的电压的状况。根据一实施例，控制器(310)通过接通连接到控制器(310)的红色LED指示器来指示过电压状况。类似地，控制器(310)通过接通绿色LED指示器来指示正常电压状况。此外，控制器(310)通过接通黄色LED指示器来指示过电压检测模块(130)的激活状态。值得注意的是，当控制器(310)接收到针对至少两个连续实例的第一输出信号时，过电压检测模块(130)被激活。
根据本发明一实施例，提供了能量管理模块(160)。当所述至少一开关(120)处于闭合位置时，能量管理模块(160)确定由AC电力线(110)输送的电力的值。根据一实施例，当所述至少一开关(120)处于闭合位置时，电流传感器(410)测量供应给负载(150)的电流的值，并且电压传感器(420)测量值AC电力线(110)中的电压。能量管理模块(160)根据电流的值和电压的值来确定电力的值。此外，能量管理模块(160)将电力的值传送给控制模块(230)。
此外，控制模块(230)在预定时间间隔完成时以及在接收到第一输出信号和第二输出信号的情况下记录时间戳和电力的值。此外，控制模块(230)存储时间戳和电力的值。根据一实施例，在预定时间间隔完成时以及在接收到第一输出信号和第二输出信号的情况下，控制器(310)使用计时器(330来记录时间戳和从能量管理模块(160)接收的电力的值。此外，控制器(310)将时间戳和电力的值存储在存储器(320)中。
根据本发明一实施例，控制模块(230)将时间戳和电力的值传送到中央储存库(140)。根据一实施例，控制器(310)使用通信设备(340)将时间戳和电力的值传输到中央储存库(140)。此外，根据本发明一实施例，中央储存库(140)是数据库服务器，被配置为将时间戳和电力的值存储在数据库中。
根据本发明的一实施例，控制模块(230)从用户接收预定阈值并将预定阈值传送给感测电路(220)。根据一实施例，控制器(310)使用通信设备(340)从用户接收预定阈值。此外，控制器(310)将预定阈值传送给感测电路(220)。
根据本发明一实施例，控制模块(230)使用连接到远程负载(510)的远程通信设备(520)来管理远程负载(510)。根据一实施例，控制器(310)使用通信设备(340)与远程通信设备(520)进行通信，以管理远程负载(510)。
图7示出了根据本发明一示例性实施例(700)的智能过电压保护电路(100)。如图7所示，实施例(700)包括AC电力线(702)。电涌放电器(surge arrester)(704)连接到AC电力线(702)。电涌放电器(704)被配置为保护实施例(700)免受AC电力线(702)中的电涌或瞬变状况的影响。此外，实施例(700)包括两个继电器(relay)，第一继电器(706)和第二继电器(710)。第一继电器(706)连接到第一电源(708)，第一电源(708)额定为以较低电势向内部电路递送DC电力。第二继电器(710)连接到第二电源(712)，第二电源(712)额定为以较高电势向内部电路递送DC电力。
在一示例性实施例中，第一电源(708)额定为递送90-300VAC之间的DC电力，并且第二电源(712)额定为递送300-600VAC之间的DC电力。第一继电器(706)和第二继电器(710)被配置为基于检测到的过电压状况来打开和关闭智能过电压保护电路(100)的实施例(700)。此外，实施例(700)包括断路器(circuit breaker)(714)。断路器(714)是自动操作的电器开关，其被设计成保护电器免受过电压状况的损害。断路器(714)通常响应于检测到供电线路中的过电压状况而动作，并且可断开以中断到电器的AC电力供应。断路器(714)的操作细节在本领域是公知的，因此为了本公开的简洁在此不再重复描述。
此外，实施例(700)包括连接到AC电力线(702)、第一继电器(706)、第二继电器(710)和断路器(714)的过电压检测模块(716)。过电压检测模块(716)被配置为在过电压状况期间使用第一继电器(706)、第二继电器(710)和断路器(714)来致动智能过电压保护电路(100)的实施例(700)。过电压检测模块(716)还被配置为使用第一指示器(718)、第二指示器(720)和第三指示器(722)向用户指示AC电力线(702)的电压的状况。第一指示器(718)可以是绿色LED，第二指示器(720)可以是黄色LED，并且第三指示器(722)可以是红色LED。
图8示出了根据本发明一示例性实施例(800)的智能过电压保护电路(100)。如图8所示，实施例(800)包括AC电力线(802)。此外，实施例(800)包括两个继电器，第一继电器(806)和第二继电器(810)。第一继电器(806)连接到第一电源(808)，第一电源(808)额定为以较低电势向内部电路递送DC电力。第二继电器(810)连接到第二电源(812)，第二电源(812)额定以较高电势向内部电路递送DC电力。
在一示例性实施例中，第一电源(808)额定为递送90-300VAC之间的DC电力，第二电源(812)额定为递送300-600VAC之间的DC电力。第一电涌放电器(804)连接到第一电源(808)，第二电涌放电器(804')连接到第二电源(812)。第一电涌放电器(804)和第二电涌放电器(804')被配置为分别保护实施例(800)免受第一电源(808)和第二电源(812)中的电涌或瞬变状况的影响。第一继电器(806)和第二继电器(810)被配置为基于检测到的过电压状况来打开和关闭智能过电压保护电路(100)的实施例(800)。此外，实施例(800)包括断路器(814)。断路器(814)是自动操作的电器开关，其被设计成保护电器免受过电压或由于过电压状况引起的短路造成的损坏。断路器(814)通常响应于检测到供电线路中的过电压状况而动作，并且可断开以中断到电器的AC电力供应。断路器(814)的操作细节在本领域是公知的，因此为了本公开的简洁在此不再重复描述。
此外，实施例(800)包括连接到AC电力线(802)、第一继电器(806)、第二继电器(810)和断路器(814)的过电压检测模块(816)。过电压检测模块(816)被配置成在过电压状况期间使用第一继电器(806)、第二继电器(810)和断路器(814)来致动智能过电压保护电路(100)的实施例(800)。过电压检测模块(816)还被配置为使用第一指示器(818)、第二指示器(820)和第三指示器(822)向用户指示AC电力线(802)的电压的状况。第一指示器(818)可以是绿色LED，第二指示器(820)可以是黄色LED，并且第三指示器(822)可以是红色LED
智能过电压保护电路和过电压保护方法具有多个优点。本发明的智能过电压保护电路和智能过电压保护方法可以被配置为检测AC电力线中的过电压状况并且保护连接到AC电力线的电器免受这种状况的影响。进一步地，智能过电压保护电路和过电压保护方法可配置为记录电器安装区域中的一个或多个AC电力线中的过电压状况的历史。
智能过电压保护电路和过电压保护方法可以配置为将包括过电压状况的时间记录在内的记录信息传输到中央数据库服务器。所述特征可以特别用于诊断目的。例如，在一实施例中，城市中的每30个家庭可以安装本发明的智能过电压保护电路。在这种情况下，中央数据库服务器可接收到每个家庭的过电压状况记录，并且一般会收到城市每个电器安装区域的过电压状况记录。城市的电路板可以使用这些信息来诊断出现过电压状况更频繁的电力线和相关单元。此外，所述特征可以特别用于计数过电压状况的事件并返回到正常状态以获得智能过电压保护电路的开关的寿命估计。这个功能可以用来及时维护机电操作的开关。
根据说明书和附图，对这些实施例的各种修改对于本领域技术人员来说是显而易见的。与这里描述的各种实施例相关联的原理可以应用于其他实施例。因此，本文公的描述并不意图限于与附图一起示出的实施例，而是将提供与本文公开或提出的原理和新颖性和创造性特征一致的最广泛的范围。因此，本发明和所附权利要求的范围内的所有其他这样的替代、修改和变化将落入本发明。