简易用电保护器的制作方法

本实用新型涉及plc领域电气设备用电控制器，特别为用于家用电器、电动车充电器等前端保护的用电保护器。

背景技术：

目前市面上的用电设备在使用过程中经常会出现市电过压、欠压，用电设备短路、漏电等异常保护，最关键的原因是因为不能够在用电设备使用完成之后自动断电，使其有效避免电气设备使用完成之后没有及时断电导致的火灾事件发生。现有的技术目前并无针对性的可解决此问题的综合保护装置，如果采用纯硬件电路则无法解决延时开、关机问题；采用plc系统过于庞大不仅成本高还需要提高传感器要求，因此采用类似本实用新型的嵌入式解决方案是最合理的，也是廉价、高效的解决方案。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供一种简易用电保护器，能够在市电异常情况下保护终端用电设备安全，在终端设备异常时能够及时断开终端用电设备确保其他用电设备不受牵连，当终端设备使用完成之后能够及时断电，避免终端设备因长时间通电导致待机耗电及火灾事故小概率事件发生的可能。

本实用新型通过如下技术方案实现：一种简易用电保护器，其特征在于：包括依次连接的市电接入端口p1、市电开关s1、熔断保险丝f1和f2、电流互感器t1、漏电检测互感器t2、系统输出继电器k1和输出接线端子p2；其中所述市电接入端口p1包含市电火线、零线和地线接线端；市电开关s1采用2p-ac220v16a空气开关；电流互感器t1，用于对用电设备用电电流进行取样、隔离后变送传输给系统进行处理；漏电检测互感器t2，用于判断是否漏电，以便系统进行对应的处置；系统输出继电器k1，用于控制系统输出；输出接线端子p2，用于电器设备的接入；所述简易用电保护器还包括：压敏电阻r1，用于在出现市电电压超过270v时r1短接保险丝熔断避免后端设备过压损毁；供电电路，用于为系统提供dc5v和dc-5v两路供电；mcu控制电路，用于对整个简易用电保护器的控制。

进一步地，为了方便查看和使用该装置，所述简易用电保护器还设置指示灯电路，包括市电输入指示灯d5、系统供电输出指示灯d6、系统状态指示灯d1、系统辅助电源供电指示灯d2和d3；并且还配备蜂鸣报警指示器ls1，用于对系统操作和系统异常时做相应的报警。

进一步地，mcu控制电路采用的是stc单片机，规格型号为stc15w401as；为了方便前期调试系统保留isp编程调试接口p3和常规系统编程与升级接口p4。

进一步地，所述简易用电保护器的电流互感器t1和漏电检测互感器t2的输出信号串联一个高精度标准电阻将电流源转换成电压源后，采用双路高精度低噪声运放芯片u14558d将两路信号放大后，再将检测到的信号送往单片机处理的同时通往比较器lm339，当电压、电流、漏电流中的某一项指标超过预警值时输入比较器lm339方向输入端信号高于同相输入端，输出为低电平，protect脚对地短路驱动三极管集射结电势差为零，继电器k1线圈失电，继电器断开，系统停止对外供电，同时protect脚信号作为mcu外部中断1的信号源触发异常事件处理请求，系统快速响应异常事件处理请求，保证各设备安全。

进一步地，所述自复位按钮开关s2还连接中间继电器k2，当按下s2后中间继电器k2线圈k2a得电，4路继电器开关吸合，辅助电源供电由默认系统供电输出端ac_l_o和ac_n_o取点转向市电供电ac_l和ac_n，系统得电；同时触发系统控制信息sw_in，由低电平向高电平切换，在预设时间内触发系统开机，即单片机pin_14脚relay输出高电平，通过限流耦合电阻驱动驱动三极管q1，输出继电器k1线圈得电，常闭触点闭合，ac_l_o和ac_n_o得电向负载供电；操作指示灯d9也在继电器k2得电的同时常开触点1-3闭合后点亮；在正常用电下如需断开外部供电此时按下蘑菇头自复位按钮开关s2，辅助电源由输出供电切换到市电输入供电、开关信号sw_in由低电平向高电平切换、操作指示灯d9点亮、mcu响应外部中断into，系统默认程序为开关s1按下100ms系统停止对外供电5秒，当开关s1长按3秒，系统关闭直到下次开机。

进一步地，所述供电电路，采用超宽输入电压的开关电源模块u2对外输出dc5v和dc-5v的电压，额定输出功率为10w。

进一步地，当用电器设备上电瞬间会产生超大电流导致继电器触点异常时，需要将该系统输出继电器k1换成相应规格的交流接触器。

进一步地，为了人身安全，输出接线端子p2应连接接地保护线。

进一步地，所述电流互感器t1采用的是10a量程，并可根据需要更换互感器规格。

进一步地，漏电检测互感器t2通过互感器的零线和火线电流之和不为零则可判断为漏电。

较之前技术而言，本实用新型的有益效果为：

1.更加节能：本实用新型可以及时断开终端设备，减少待机耗电；本系统真正实现0待机功耗；

2.更加安全：主要表现在以下几个方面，a、避免终端设备未使用却长期通电，较少发生火灾、漏电等突发事件的发生；b、在供电异常或端设备异常时能够及时断开设备与电网的连接，避免事件升级；c、多一道漏电保护墙，进一步减轻触电事故发生后果；d、对于电动车等需要在户外用电的设备，充完电之后及时断电能够有效避免被窃电即其他安全事故；e、使用需要授权。

3.更加方便：本实用新型可以实现自动断电；延时断电(开启系统后有足够时间开启终端设备)；还可以按需开机。

附图说明

图1为本实用新型所述简易用电保护器的系统电路图。

具体实施方式

下面结合附图说明对本实用新型做详细说明：

本实用新型为嵌入式综合保护装置，能够在市电异常情况下保护终端用电设备安全，在终端设备异常时能够及时断开终端用电设备确保其他用电设备不受牵连，当终端设备使用完成之后能够及时断电，避免终端设备因长时间通电导致待机耗电及火灾事故小概率事件发生的可能。

如图1所示，本实用新型通过如下技术方案及工作原理如下：本系统中p1为市电接入端口，包含市电火线、零线和地线接线端；s1为市电开关，本实用新型中采用的2p-ac220v16a空气开关；f1、f2为熔断保险丝；r1为压敏电阻，在出现雷击或者市电因缺相等原因导致的市电电压超过270v时r1短接保险丝熔断避免后端设备过压损毁；t1为电流互感器，对用电设备用电电流进行取样、隔离后变送传输给系统进行处理，系统中该传感器采用的是10a量程，可根据需要更换互感器规格；t2为漏电检测互感器，当通过互感器的零线和火线电流之和不为零则可判断为漏电，系统进行对应的处置，按照相关法规及实际情况，本系统对不平衡电流动作点为30ma，此时输出电流为90ua；k1为系统输出继电器，当用电器设备为大功率用电设备或具有大容量滤波电容等上电瞬间会产生超大电流导致继电器触点异常的设备时需要将该继电器换成相应规格的交流接触器；p2为输出接线端子，为了人身安全请连接接地保护线！

根据系统使用需要，本系统需要dc5v和dc-5v两路供电，因此系统采用超宽输入电压的开关电源模块u2，该开关电源模块u2能够对外输出dc5v和dc-5v额定输出功率为10w；为了方便查看、使用该装置，该装置设置市电输入指示灯d5、系统供电输出指示灯d6、系统状态指示灯d1、系统辅助电源供电指示灯d2和d3，并配备蜂鸣报警指示器ls1，对系统操作和这系统异常时做相应的报警。

本系统的mcu控制电路采用的是stc单片机，规格型号为stc15w401as；本系统关闭的同时也将关闭整个控制器的供电，既可以降低系统带来的额外用电，可以避免系统长时间通电产生的意外事件，还能避免因未及时断电而导致被盗窃用电的可能，为了方便前期调试系统保留isp编程调试接口p3和常规系统编程与升级接口p4，这两个接口对应批量生产的产品可以省略。

其使用原理如下：(1)当终端设备需要用电时，直接按下蘑菇头自复位按钮开关s2即可，当按下自复位按钮开关s2后中间继电器k2线圈k2a得电，4路继电器开关吸合，辅助电源供电由默认系统供电输出端ac_l_o和ac_n_o取点转向市电供电ac_l和ac_n，系统得电；同时触发系统控制信息sw_in，由低电平向高电平切换，在预设时间内触发系统开机，即单片机pin_14脚relay输出高电平，通过限流耦合电阻驱动驱动三极管q1，输出继电器k1线圈得电，常闭触点闭合，ac_l_0和ac_n_o得电向负载供电；操作指示灯d9也在继电器k2得电的同时常开触点1-3闭合后点亮；在正常用电下如需断开外部供电此时按下蘑菇头自复位按钮开关s2，辅助电源由输出供电切换到市电输入供电、开关信号sw_in由低电平向高电平切换、操作指示灯d9点亮、mcu响应外部中断into，系统默认程序为开关s1按下100ms系统停止对外供电5秒，当开关s1长按3秒，系统关闭直到下次开机。

(2)异常处置：传感是系统检测异常的关键，本系统通过电压检测、电流检测和漏电流检测三处检测同时监测实时保障系统安全，对于电流检测和漏电流检测因传感器输出为电流输出型，需要将输出信号串联一个高精度标准电阻将电流源转换成电压源即将t1电流输出转换成0-5v之间的电压输出，将t2的漏电流检测输出转换成0-5v之间的电压输出，根据传感器的负载能力，转化完之后的电压信号t1输出为1v，t2输出为9mv远远不能满足mcu的ad转换需求，因此系统采用双路高精度低噪声运放4558d，将两路信号放大放大倍数由r13、r14、r16、r17比例决定。单片机虽然实时处理速度比较快本系统采用的是单周期指令型51内核单片机，但ad转换时间不容忽视，对于短路、过压等异常突发事件处置上响应时间很难控制在毫秒级以下，因此系统引入外部硬件处理机制，将检测到的信号送往单片机处理的同时通往比较器lm339，当电压、电流、漏电流中的某一项指标超过预警值时输入比较器方向输入端信号高于同相输入端，输出为低电平，protect对地短路驱动三极管集射结电势差为零，继电器k1线圈失电，继电器断开，系统停止对外供电，同时protect信号作为mcu外部中断1的信号源触发异常事件处理请求，系统快速响应异常事件处理请求，保证各设备安全。

(3)正常自动关闭系统，这也是本实用新型的关键，当系统开机后检测到系统无电流输出或超低电流输出(即用电器没用在工作或者进入待机状态)时，系统进入自动关机准备状态，当3分钟内没有检测到正常工作电流时系统将自动关机。

尽管本实用新型采用具体实施例及其替代方式对本实用新型进行示意和说明，但应当理解，只要不背离本实用新型的精神范围内的各种变化和修改均可实施。因此，应当理解除了受随附的权利要求及其等同条件的限制外，本实用新型不受任何意义上的限制。