專利名稱：高精度過流保護插座的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種插座，尤其是一種具有過流保護、過壓低壓保護和過 溫保護功能的高精度插座，具體地說是一種高精度過流保護插座。
背景技術(shù)：
隨著社會的進步與發(fā)展，越來越多的用電器進入我們的家庭，而我們也越 來越追求高質(zhì)量的生活。很多高端的用電器使得我們的生活更加的簡單，而有 些時候這些高端的用電器出現(xiàn)故障，造成線路短路等事故，其付出的經(jīng)濟代價 也是十分嚴重的。在實際應(yīng)用中，如果一個用電器發(fā)生故障，最嚴重的是用電 器著火，而用電器著火的原因很多程度上歸結(jié)于用電器內(nèi)部短路，而短路的造 成的直接后果就是過流，而過流的電流也是逐漸增大的，因此，可以通過過流 保護保護電器的使用。目前，在市場上一般的插座只是一個延長電源線的功能，
而再好的就有了過流保護即設(shè)定了 10A或16A,精度不高，而且銷售價格高， 增加了生產(chǎn)成本。因此，現(xiàn)有的插座不具有高精度過流保護、過壓低壓保護和 過溫保護的功能，不能達到低成本高效益的要求，不能滿足現(xiàn)有生產(chǎn)技術(shù)的需 要。
發(fā)明內(nèi)容
本實用新型的目的是針對現(xiàn)有的插座設(shè)定的電壓值過高且精度低等缺點 提出一種在用電器發(fā)生故障或超過原先設(shè)定的電流值時能很精確辨別、迅速斷 去用電器的供電，保障用電的安全，高精度、生產(chǎn)成本較低的過流保護插座。
本實用新型的技術(shù)方案是
一種高精度過流保護插座，其特征是它包括過流保護模塊，過流保護模塊包括電流采樣電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、閾值設(shè)定電路、跳
變影響消除模塊、或門U9和通斷控制電路，電流采樣電路的信號輸入端與交 流通路的火線或零線無線連接，電流采樣電路的信號輸出端接電流/電壓轉(zhuǎn)換 模塊的信號輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端接電壓比較電路的信號 輸入端，電壓比較電路的另一個信號輸入端接閾值設(shè)定電路的信號輸出端，電 壓比較電路的信號輸出端接或門U9和跳變影響消除模塊的信號輸入端，跳變 影響消除模塊的信號輸出端接或門U9的另一個信號輸入端，或門U9的信號 輸出端接通斷控制電路的信號輸入端。
本實用新型的高精度過流保護插座，其特征是它還包括過壓低壓保護模 塊，過壓低壓保護模塊包括由變壓器T1、橋式整流器D1、電容C3-C6和電阻 R6-R8構(gòu)成的電壓采樣電路、由窗口比較器U5和或門U8構(gòu)成的窗口比較電 路和由跳變影響消除芯片U6構(gòu)成的跳變影響消除模塊，電壓采樣電路的信號 輸入即變壓器Tl的輸入端作為過壓低壓保護模塊的信號輸入端接交流通路的 火線和零線，變壓器T1的輸出端通過橋式整流器D1接并聯(lián)電容C3、 C4的兩 端，并聯(lián)電容C3、 C4的兩端接串聯(lián)電阻R6-R8，電阻R8的兩端接并聯(lián)電容 C5、 C6的兩端，電阻R7、 R8的連接點作為電壓采樣電路的信號輸出分別接 窗口比較電路的信號輸入即窗口比較器U5的兩個信號輸入端，窗口比較器U5 的各信號輸出端分別接或門U8的信號輸入端，或門U8的信號輸出端作為窗 口比較電路的信號輸出分別接跳變影響消除芯片U6的信號輸入端和過流保護 模塊的或門U9的對應(yīng)信號輸入端，跳變影響消除芯片U6的信號輸出端接過 流保護模塊的或門U9的對應(yīng)信號輸入端。
本實用新型的高精度過流保護插座，其特征是它還包括過溫保護模塊，過 溫保護模塊包括溫控開關(guān)，溫控開關(guān)安裝在插座底端的各插孔之間。
本實用新型的電流采樣電路包括電流互感器Ll,所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換模 塊包括由橋式整流器D2和電阻R1構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，由濾波電容Cl、 C2、電阻R2、 R3和運算放大器U1構(gòu)成的電壓放大電路，所述的電壓比較電 路包括電阻R4、 R5和運算放大器U2，所述的閾值設(shè)定電路包括閾值設(shè)定芯片UIO、電阻RIO、可變電阻R9和電容C11,所述的跳變影響消除模塊包括 跳變影響消除芯片U7和由開關(guān)S、電阻R9、復(fù)位芯片U10構(gòu)成的復(fù)位電路、 所述的通斷控制電路包括電阻RIO、三極管N1，繼電器E1和二極管F1。
本實用新型的電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4和電容C7-C10，電源 模塊的信號輸入端均從電容C3的正極接入分別接電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信 號輸入端，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的接地端均與電容C3的負極相連，電壓轉(zhuǎn) 換芯片U3的輸出端和接地端與并聯(lián)電容C7、 C8相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4 的接地端接地，電壓轉(zhuǎn)換芯片U4的輸出端和接地端與并聯(lián)電容C9、 C10相連， 電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信號輸出端做為電源模塊的信號輸出為高精度過流保 護插座提供工作電源。
本實用新型的電流采樣電路還可為IC法電流采樣電路。
本實用新型的有益效果
1、 本實用新型采用跳變影響消除芯片使得系統(tǒng)的控制部分可以穩(wěn)定的工 作，采樣和比較部分也比較穩(wěn)定。因此，系統(tǒng)的穩(wěn)定性好、安全可靠。
2、 本實用新型通過在閾值設(shè)定電路更換電阻達到根據(jù)用戶需要自由的設(shè) 定過流、過壓、低壓的閥值的效果，使得產(chǎn)品更加的貼近用戶的實際，能為高 端用電器提供更加全面的保護，使得用電器的使用更加安全、方便。
3、 過溫保護不僅可以對插座連續(xù)打火導(dǎo)致的發(fā)熱起干預(yù)作用，而且當溫 度過高時候可以及時的斷電，保證用電器和線路的安全。
4、 本實用新型包括選擇性過流保護、過壓低壓保護、過溫保護三個部分。 其中過流保護部分通過將電流互感器采集電路中電流信息，然后將電流大小轉(zhuǎn) 換為直觀的電壓值，將該電壓值合理放大后送入比較器與比較電壓進行比較， 將比較器的輸出送至控制電路，用它來控制NPN三極管，從而達到控制繼電 器實現(xiàn)過流保護的作用。在過壓低壓保護部分，利用變壓器的特性，嵌入一個 過壓低壓判定電路，與過流控制部分相互獨立， 一起控制繼電器工作。溫控開 關(guān)的嵌入插座底端回路達到電線過溫保護的目的，過流保護精度控制在 士0.01A，過壓低壓保護控制在士1V。

圖l是本實用新型的原理框圖。
圖2是本實用新型的電原理圖。
圖3是本實用新型的IC法電流采樣電路圖。
圖4是本實用新型的復(fù)位電路圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖和實施例對本實用新型作進一步的說明。 如圖1所示，本實用新型的高精度過流保護插座，它包括過流保護模塊和 電源模塊，電源模塊為高精度過流保護插座提供工作電源，過流保護模塊包括 電流采樣電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、閾值設(shè)定電路、跳變影 響消除模塊、或門U9 (型號可為4072)和通斷控制電路，電流采樣電路的信 號輸入端與交流通路的火線或零線無線連接，電流采樣電路的信號輸出端接電 流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端接電壓比較 電路的信號輸入端，電壓比較電路的另一個信號輸入端接閾值設(shè)定電路的信號 輸出端，電壓比較電路的信號輸出端接或門U9 (型號可為4072)和跳變影響 消除模塊的信號輸入端，跳變影響消除模塊的信號輸出端接或門U9的另一個 信號輸入端，或門U9的信號輸出端接通斷控制電路的信號輸入端。
本實用新型還包括過壓低壓保護模塊，過壓低壓保護模塊包括由變壓器 Tl、橋式整流器D1、電容C3-C6和電阻R6-R8構(gòu)成的電壓采樣電路、由窗口 比較器U5 (型號可為TLV2252AID)和或門U8 (型號可為74F32)構(gòu)成的窗 口比較電路和由跳變影響消除芯片U6 (型號可為74F161A)構(gòu)成的跳變影響 消除模塊，電壓采樣電路的信號輸入即變壓器T1的輸入端作為過壓低壓保護 模塊的信號輸入端接交流通路的火線和零線，變壓器T1的輸出端通過橋式整 流器D1接并聯(lián)電容C3、C4的兩端，并聯(lián)電容C3、C4的兩端接串聯(lián)電阻R6-R8， 電阻R8的兩端接并聯(lián)電容C5、 C6的兩端，電阻R7、 R8的連接點作為電壓 采樣電路的信號輸出分別接窗口比較電路的信號輸入即窗口比較器U5的兩個信號輸入端，窗口比較器U5的各信號輸出端分別接或門U8的信號輸入端， 或門U8的信號輸出端作為窗口比較電路的信號輸出分別接跳變影響消除芯片 U6的信號輸入端和過流保護模塊的或門U9 (型號可為7042)的對應(yīng)信號輸入 端，跳變影響消除芯片U6的信號輸出端接過流保護模塊的或門U9的對應(yīng)信 號輸入端。跳變影響消除芯片U6的復(fù)位信號端接復(fù)位電路的信號輸出端，如 圖4所示。
本實用新型還包括過溫保護模塊，過溫保護模塊包括溫控開關(guān)，溫控開關(guān) 安裝在插座底端的各插孔之間。
本實用新型的電流采樣電路包括電流互感器Ll，所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換模 塊包括由橋式整流器D2和電阻R1構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，由濾波電容Cl、 C2、電阻R2、 R3和運算放大器U1 (型號可為OP07A)構(gòu)成的電壓放大電路， 所述的電壓比較電路包括電阻R4、 R5和運算放大器U2 (型號可為TLV3501), 所述的閾值設(shè)定電路包括閾值設(shè)定芯片U10(型號可為TPS70302)、電阻RIO、 可變電阻R9和電容Cll，所述的跳變影響消除模塊包括跳變影響消除芯片U7 (型號可為74LS161A)和由開關(guān)S、電阻R9、復(fù)位芯片U10 (型號可為 TPS70302)構(gòu)成的復(fù)位電路、所述的通斷控制電路包括電阻RIO、三極管Nl (型號可為NPN卯13)，繼電器E1 (型號可為9436-1C-5DS)和二極管F1。 跳變影響消除芯片U7的復(fù)位信號端接復(fù)位電路的信號輸出端，如圖4所示。
本實用新型的電源模塊包括電壓轉(zhuǎn)換芯片U3(型號可為UA7805)、U4(型 號可為78L06)和電容C7-C10，電源模塊的信號輸入端均從電容C3的正極接 入分別接電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信號輸入端，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的接地 端均與電容C3的負極相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3的輸出端和接地端與并聯(lián)電容 C7、 C8相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的接地端接地，電壓轉(zhuǎn)換芯片U4的輸出 端和接地端與并聯(lián)電容C9、 C10相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信號輸出端 做為電源模塊的信號輸出為高精度過流保護插座提供工作電源。
本實用新型的電流采樣電路還可為IC法電流采樣電路，如圖3所示。
具體實施時本系統(tǒng)采用電流互感器L1 (型號可為TA093-2M)采樣電流，再通過電流 /電壓轉(zhuǎn)換電路將電流轉(zhuǎn)換成電壓，進而可以更加直觀的判別。本電路具有兩 種典型的電路以電阻法采樣電路為例，如圖2所示操作簡便，電路簡潔明 了、成本非常低；而采樣誤差控制在0.2%之內(nèi)、額定采樣電壓為1.5V，誤差 對系統(tǒng)的整體誤差影響不大，而且可以通過后面的電路來改善并減少影響。以 IC法采樣電路為例，如圖3所示電路精度高，誤差^).1%，額定采樣電壓大。
本實用新型的閾值設(shè)定電路，以閾值設(shè)定芯片UIO (型號可為TPS70302) 為例，如圖l所示閾值設(shè)定芯片U10的輸出電壓可通過改變電阻R9設(shè)定， 輸入到運算放大器U2 (型號可為TLV3501)的反向比例信號輸入端，與同向 比例信號輸入端的采樣電壓進行比較，再通過跳變影響消除芯片U7 (型號可 為74LS161)記數(shù)幫助保護。而低壓和過壓保護利用雙比較器芯片構(gòu)成窗口比 較器(型號可為TLV2252AID或TLC3702)，采用一個電壓與上下兩個閥值相 比，低或高都出高電平，將結(jié)果通過或門U9 (型號可為CD4072)與通斷控制 電路一起控制繼電器工作。使用模數(shù)混合電路使得電路的成本大大降低，而且 功能強大。
閾值設(shè)定芯片U10以TPS70302為例，由于TPS70302芯片的輸出電壓范 圍為(1.22V， 5.5V)。我們需要將電壓放大到此范圍內(nèi)，故選擇放大4倍，使 用R4為IOK和R3為30K的兩個電阻。而考慮到運放的使用的線性范圍與供 電的現(xiàn)實環(huán)境，故給U1 (型號為OP07)以+6V的單電源供電。而比較器U2 (型號為TLV3501)的反向比例信號輸入端通過一個閾值設(shè)定電路，輸出任意 電壓值。
閾值設(shè)定芯片UIO (型號可為TPS70302)的輸出電壓可調(diào)，如圖4所示， 輸出公式為R9= (V0UT/VREF-1) XRIO， (VREF = 1.224 V );我們選擇 R10為30K,通過調(diào)節(jié)R9的大小以達到輸出我們需要的比較電壓目標。由于電 路干擾，電阻阻值精度范圍影響等問題的干擾，需要通過對運放輸出端的電壓 進行測試，并通過設(shè)定的值分別調(diào)節(jié)個部分的R9大小以達到目的。
對于電路電流為2A時R9= (1.83/1.224-1) *30K=14.85KQ ，考慮到實際電阻的阻值等問題我們選擇R9為15K。
對于電路電流為3A時:R9= (2.67/1.224-1) *30K-35.44KQ ，考慮到實 際電阻的阻值等問題我們選擇R9為35.5K。
對于電路電流為4A時:R9= (3.56/1.224-1) *30K=57.25KQ ，考慮到實 際電阻的阻值等問題我們選擇R9為57K。
當電線溫度超過65'C時，電線外圍的絕緣層塑料可能因發(fā)熱可能產(chǎn)生燃 燒，最終導(dǎo)致電力系統(tǒng)的破壞，而電線的導(dǎo)體為銅絲，具有較好的熱傳遞特性。 故我們通過在插座內(nèi)的各插孔連接處嵌入一個5A, 65'C的溫控開關(guān)以達到防 止溫度過高而引起的電線短路的事故的發(fā)生。
本實用新型未涉及部分均與現(xiàn)有技術(shù)相同或可采用現(xiàn)有技術(shù)加以實現(xiàn)。
權(quán)利要求1、一種高精度過流保護插座，其特征是它包括過流保護模塊，過流保護模塊包括電流采樣電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、閾值設(shè)定電路、跳變影響消除模塊、或門U9和通斷控制電路，電流采樣電路的信號輸入端與交流通路的火線或零線無線連接，電流采樣電路的信號輸出端接電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的信號輸出端接電壓比較電路的信號輸入端，電壓比較電路的另一個信號輸入端接閾值設(shè)定電路的信號輸出端，電壓比較電路的信號輸出端接或門U9和跳變影響消除模塊的信號輸入端，跳變影響消除模塊的信號輸出端接或門U9的另一個信號輸入端，或門U9的信號輸出端接通斷控制電路的信號輸入端。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度過流保護插座，其特征是它還包括過壓低壓 保護模塊，過壓低壓保護模塊包括由變壓器T1、橋式整流器D1、電容C3-C6 和電阻R6-R8構(gòu)成的電壓采樣電路、由窗口比較器U5和或門U8構(gòu)成的窗口 比較電路和由跳變影響消除芯片U6構(gòu)成的跳變影響消除模塊，電壓采樣電路 的信號輸入即變壓器Tl的輸入端作為過壓低壓保護模塊的信號輸入端接交流 通路的火線和零線，變壓器Tl的輸出端通過橋式整流器Dl接并聯(lián)電容C3、 C4的兩端，并聯(lián)電容C3、 C4的兩端接串聯(lián)電阻R6-R8，電阻R8的兩端接并 聯(lián)電容C5、 C6的兩端，電阻R7、 R8的連接點作為電壓采樣電路的信號輸出 分別接窗口比較電路的信號輸入即窗口比較器U5的兩個信號輸入端，窗口比 較器U5的各信號輸出端分別接或門U8的信號輸入端，或門U8的信號輸出端 作為窗口比較電路的信號輸出分別接跳變影響消除芯片U6的信號輸入端和過 流保護模塊的或門U9的對應(yīng)信號輸入端，跳變影響消除芯片U6的信號輸出 端接過流保護模塊的或門U9的對應(yīng)信號輸入端。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度過流保護插座，其特征是它還包括過溫保護 模塊，過溫保護模塊包括溫控開關(guān)，溫控開關(guān)安裝在插座底端的各插孔之間。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度過流保護插座，其特征是所述的電流采樣電路包括電流互感器Ll，所述的電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊包括由橋式整流器D2和電 阻R1構(gòu)成的電流/電壓轉(zhuǎn)換電路，由濾波電容C1、 C2、電阻R2、 R3和運算 放大器U1構(gòu)成的電壓放大電路，所述的電壓比較電路包括電阻R4、 R5和運 算放大器U2，所述的閾值設(shè)定電路包括閾值設(shè)定芯片UIO、電阻RIO、可變 電阻R9和電容Cll，所述的跳變影響消除模塊包括跳變影響消除芯片U7和 由開關(guān)S、電阻R9、復(fù)位芯片U10構(gòu)成的復(fù)位電路、所述的通斷控制電路包 括電阻RIO、三極管N1，繼電器E1和二極管F1。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的高精度過流保護插座，其特征是所述的電源模塊包 括電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4和電容C7-C10，電源模塊的信號輸入端均從電容C3 的正極接入分別接電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信號輸入端，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的接地端均與電容C3的負極相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3的輸出端和接地端與 并聯(lián)電容C7、 C8相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的接地端接地，電壓轉(zhuǎn)換芯片 U4的輸出端和接地端與并聯(lián)電容C9、 C10相連，電壓轉(zhuǎn)換芯片U3、 U4的信號輸出端做為電源模塊的信號輸出為高精度過流保護插座提供工作電源。
6、 根據(jù)權(quán)利要求l或4所述的高精度過流保護插座，其特征是所述的電流采樣 電路還可為IC法電流采樣電路。
專利摘要一種高精度過流保護插座，它包括過流保護模塊、過壓低壓保護模塊、過溫保護模塊，其中過流保護模塊包括電流采樣電路、電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊、電壓比較電路、閾值設(shè)定電路、跳變影響消除電路、或門U9和通斷控制電路，電流采樣電路的輸出端接電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端，電流/電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸出端接電壓比較電路的輸入端，電壓比較電路的另一個輸入端接閾值設(shè)定電路的輸出端，電壓比較電路的輸出端接或門U9和跳變影響消除模塊的輸入端，跳變影響消除模塊的輸出端接或門U9的另一個輸入端，或門U9的輸出端接通斷控制電路的輸入端。本實用新型在用電器發(fā)生故障或超過預(yù)先設(shè)定的電壓閥值后可以很迅速的斷電，使用電器不工作，具有保證用電安全，節(jié)約生產(chǎn)成本和精度高的優(yōu)點。
文檔編號H02H5/00GK201349072SQ200820214708
公開日2009年11月18日 申請日期2008年12月22日 優(yōu)先權(quán)日2008年12月22日
發(fā)明者唐貴進, 曹念超 申請人:南京郵電大學(xué)