專利名稱：電源線電壓監(jiān)測器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電源線電壓監(jiān)測器。本發(fā)明意圖保護(hù)電器不受電源線電壓波動的影響。
由電源供電的電器會受到低于正常電壓(稱為電谷brown-out)或是高于正常電壓(稱為電峰voltage spike)的供電電壓的危害。電谷和電峰均會對敏感電子設(shè)備以及電感性設(shè)備如發(fā)電機(jī)、電泵等造成損壞，可能使它們燒毀。
為了解決這些問題，已設(shè)計出各種類型的電壓監(jiān)測器。
澳大利亞專利579,383公開了一種具有內(nèi)置斷路器的電器插頭，用于在電峰出現(xiàn)時斷開與電器相連的電源線。但此發(fā)明沒有提供在電谷出現(xiàn)時的保護(hù)。
美國專利5,319,514公開了一種用于AC電源線的數(shù)字式電壓及相位監(jiān)測器，其中對電峰和電谷下的AC電壓均能監(jiān)測。無論出現(xiàn)的是電峰還是電谷，此電壓及相位監(jiān)測器均斷開與其連接的電器的AC電源線。為了防止美國專利5,319,514中所公開電路的振蕩，該電路在斷開電源和重新連接電源之間設(shè)置了內(nèi)置延時，以使在該電壓和相位監(jiān)測器中出現(xiàn)的振蕩衰減掉。在延時期間監(jiān)測AC電源線電壓，以保證在重新接入電源之前，該電壓在可接受的電壓范圍內(nèi)。
雖然美國專利5,319,514中所描述的監(jiān)測器可以保護(hù)大多數(shù)的電器，但對電感性負(fù)載如電機(jī)、電泵等會出現(xiàn)一定的問題。具體說，在重新接入電源時，電機(jī)或電泵會引起顯著的電流，從而導(dǎo)致瞬時的AC電源線電壓的下降。在某些情況下，這會使監(jiān)測器重新觸發(fā)，因為它認(rèn)為出現(xiàn)了電谷。這將導(dǎo)致沖擊效應(yīng)，即，每當(dāng)重新施加電源，監(jiān)測器就會接通然后斷開。沖擊效應(yīng)會使該電路所連接的電機(jī)或電泵過分疲勞而損壞。
按照本發(fā)明的一個方面，提供一種電源線電壓監(jiān)測器，包括開關(guān)裝置，與電源線相連接；控制電路，響應(yīng)于電源線，產(chǎn)生對應(yīng)于電源線電壓的信號；控制電路包括比較裝置，用于判斷所述信號是否在規(guī)定的可接受信號值范圍內(nèi)；控制電路與開關(guān)裝置通信來控制開關(guān)裝置的操作；控制電路用于控制開關(guān)裝置在所述信號不在所述規(guī)定的可接受信號值范圍內(nèi)時斷開電源線；控制電路還包括第一延時裝置，用于在電源線斷開狀態(tài)下，提供在所述信號返回所述規(guī)定的可接受值范圍內(nèi)與控制電路控制開關(guān)裝置重新連接電源線之間的第一規(guī)定延時；以及第二延時裝置，用于在電源線重新連接的狀態(tài)下，提供在控制電路要再次斷開電源線之前的第二規(guī)定延時。
最好是，開關(guān)裝置包括一個繼電器。
最好是，繼電器在斷電時處于正常開啟狀態(tài)。
最好是，所述電壓監(jiān)測器設(shè)置在一殼體內(nèi)，該殼體包括用于與主電源輸出端連接的插頭，以及用于接受被保護(hù)電器插頭的插座。
最好是，在第一延時期間，控制電路響應(yīng)于電源電壓信號，在電源電壓信號超出可接受范圍時，重新啟動第一延時。
最好是，電壓監(jiān)測器還包括一個狀態(tài)指示器，用于指示電源線電壓是在可接受范圍內(nèi)，還是低于此范圍或是高于此范圍。
最好是，所述控制電路包括處理器裝置。
最好是，第一及第二延時通過處理器裝置中的計數(shù)電路或計時器來實現(xiàn)。
最好是，處理器裝置可使?fàn)顟B(tài)指示器在第一延時到期之前閃動一規(guī)定的時間。
最好是，第一延時可從第一規(guī)定延時表中選擇。
最好是，第一規(guī)定延時表包括0分鐘、1分鐘、3分鐘及5分鐘的延時。
最好是，第二延時可從第二規(guī)定延時表中選擇。
最好是，第二規(guī)定延時表包括0秒或800毫秒的延時。
下面將參照本發(fā)明的兩個實施例并結(jié)合附圖對本發(fā)明進(jìn)行具體說明，附圖中

圖1和2示出了本發(fā)明實施例裝置的外殼；圖3為第一優(yōu)選實施例的原理圖；圖4為本發(fā)明第二實施例的原理圖。
此發(fā)明的實施例是針對用于AC電源線的電壓監(jiān)測器，同時應(yīng)理解本發(fā)明同樣也可用于DC電源線。
圖1和2是兩個實施例的通用外殼10的外觀圖。外殼10上具有一個插座12及一個插頭14。插頭14具有用于插入主電源插座的插腳16。所述的插腳16適用于澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)，當(dāng)然它可以按照其它國家及地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)改裝，而不脫離本發(fā)明。
插座12包括三個插孔18，用于接收與電壓監(jiān)測器連接的電器插頭的插腳。同樣地，圖示的是澳大利亞標(biāo)準(zhǔn)，可以按照其它國家及地區(qū)的標(biāo)準(zhǔn)改裝而不脫離此發(fā)明。
圖3中示出第一實施例，包括一般用20表示的電壓監(jiān)測器。所示的三條電源線22’、22”及22分別連接于插腳16及對應(yīng)插孔18之間。在圖3所示的實施例中，電源線22’代表火線，電源線22”代表中線，22代表地線。
電壓監(jiān)測器20包括一個繼電器24形式的開關(guān)裝置、以及包括一個微處理器26的控制電路。
控制電路包括由AC電容28及正溫度系數(shù)電阻30組成供電線，它與火線22’串連起到保險絲作用。24伏齊納二極管32連接于電阻30及中線22”之間。二極管34及電容36分別提供半波整流和平滑，以提供24伏DC電壓線。5伏電壓調(diào)節(jié)器38通過電阻40與24伏DC電壓線連接以在42提供5伏的電壓線。
繼電器24通過LED44與24伏電壓線連接。當(dāng)繼電器24活動時，LED44就作為狀態(tài)指示器。二極管46與繼電器24及信號燈44以反向偏置連接以減少繼電器24開關(guān)時產(chǎn)生的EMF效應(yīng)。繼電器24同時與晶體管48連接，晶體管48由微處理器26通過電阻50進(jìn)行控制。
通過微處理器26開啟或關(guān)閉晶體管48，繼電器24會相應(yīng)開啟或關(guān)閉從而連接或斷開火線22’。當(dāng)晶體管48被開啟，能量通過二極管44流經(jīng)繼電器24與火線22’接通。相應(yīng)地，作為狀態(tài)指示器的LED44顯示表明火線22’已連接。繼電器24處于正常開啟狀態(tài)，提供可靠操作，這樣直到電壓監(jiān)測器要被修理或更換時，火線22’才被斷開。
控制電路還包括一分壓裝置，由在火線22’及中線22”之間串聯(lián)的電阻器52、54及56和二極管60組成。一個12伏的齊納二極管58與二極管60及電阻器56并聯(lián)，用于限制輸入給微處理器的電壓，這將下面說明。通過選擇電阻器52、54及56的阻值，使得通過電阻器56的電壓只是火線22’上電壓的一部分。
二極管60提供半波整流以在正向周期中在其輸出端提供與火線22’電壓成比例的電壓。二極管60的輸出端與一π型網(wǎng)絡(luò)連接，π型網(wǎng)絡(luò)由兩個鉭電容器62和64以及電阻器66組成。電容器62和64以及電阻器66對二極管60的輸出電壓進(jìn)行平滑。電容器64上的電壓通過一個緩沖電阻器68輸入微處理器26的模擬/數(shù)字輸入端。
通過緩沖電阻器68提供給微處理器26的模擬/數(shù)字端的電壓形成對應(yīng)于火線22’上電壓的信號。
通過將電位器70及72分別連接于5伏電線42與中線22”之間，設(shè)定了可接受的信號值范圍。電位器70及72的可變輸出分別通過緩沖電阻器74及76從另外兩個模擬/數(shù)字輸入端輸入微處理器26。電位器70設(shè)定信號的可接受信號值的上限，電位器72設(shè)定可接受信號值的下限。
三個LED78、80及82分別通過電阻器84、86及88與微處理器26的輸出端連接。作為狀態(tài)指示器的LED78、80及82分別指示火線22’上電壓處于高、低及電壓監(jiān)測器20處于延時模式操作的狀態(tài)，這將在下面進(jìn)行解釋。
電壓監(jiān)測器20還包括第一延時選擇器90及第二延時選擇器92。在此實施例中，延時選擇器90及92設(shè)置為印刷電路板上的連線，而在另一個實施例中則可設(shè)置如DIP開關(guān)的開關(guān)。
在使用中，微處理器26通過信號監(jiān)測火線22’上的電壓，并將該信號與從電位器70及72接收的參考信號相比。如果所監(jiān)測信號在參考信號值之間，則認(rèn)為電壓可接受并繼續(xù)監(jiān)測。
如果該電壓信號高于電位器70提供的參考信號或低于電位器72提供的參考信號，則分別存在電峰或電谷狀態(tài)。在此情況下，微處理器26關(guān)閉晶體管48從而使繼電器24喪失能量而返回正常開啟狀態(tài)。于是，任何與插座18連接的電器從火線22’上斷開。而且，相應(yīng)的LED78或80分別會導(dǎo)通以提供電壓狀態(tài)指示。
接下來，微處理器26會繼續(xù)通過該信號監(jiān)測火線22’上的電壓。當(dāng)該信號恢復(fù)到電位器70和72信號所確定的可接受值范圍內(nèi)時，開始第一延時周期。延時周期長度由延時選擇器90決定，可以選擇0秒(無延時)、1分鐘、3分鐘或5分鐘。然后LED78及80關(guān)閉。
如果由第一延時選擇器90指定的第一延時周期為0，則一旦火線22’上電壓恢復(fù)到可接受范圍內(nèi)，微處理器26會立即導(dǎo)通晶體管48。
否則，LED82通電指示微處理器26處于延時周期。在第一延時周期，晶體管48及繼電器24繼續(xù)處于關(guān)閉狀態(tài)，微處理器26監(jiān)測火線22’上的電壓。如果整個第一延時周期內(nèi)火線22’上的電壓保持在可接受值范圍內(nèi)，延時周期結(jié)束，并且晶體管48導(dǎo)通，啟動繼電器24從而重新接通火線22’。在接近第一延時周期結(jié)束時，微處理器26會指示LED82閃動以提示用戶。當(dāng)延時周期結(jié)束時，將LED82斷電。
當(dāng)在第一延時周期結(jié)束晶體管48開啟從而帶動繼電器24重新連接火線22’時，微處理器26進(jìn)入第二延時周期。第二延時選擇器92決定第二延時周期的長度，可為0秒或800毫秒。在第二延時周期內(nèi)，無論火線22’的電壓電平正常與否，微處理器26均不會關(guān)閉晶體管48，不斷開火線22’。這個特性用于解決諸如電機(jī)或電泵等電感性負(fù)載，在重新連接火線22’后由于該電感性負(fù)載吸收大量電流產(chǎn)生電壓降時，防止電壓監(jiān)測器立即斷開火線22’。在第二延時周期結(jié)束時，微處理器恢復(fù)正常操作，繼續(xù)對火線22’上電壓進(jìn)行上述的監(jiān)測。
在此情況下，應(yīng)注意電容器62及64在火線22’上出現(xiàn)電壓與到達(dá)微處理器26的信號之間產(chǎn)生一個短暫的延時。由于微處理器26有效的控制，在此實施例中這種延時是非常短暫的。
圖4示出了第二實施例，與圖3的第一實施例相同功能的部件采用相同的標(biāo)號。兩個實施例的根本區(qū)別在于，第一實施例中的微處理器26在第二實施例中由運算放大器代替。
運算放大器100將通過電阻器68’的信號與電位器70提供的參考信號進(jìn)行比較。運算放大器102將通過電阻器68”的信號同電位器72提供的參考信號進(jìn)行比較。反饋電阻器104及106對運算放大器100及102提供正反饋。
運算放大器100及102的輸出分別通過緩沖電阻器108及110連接在一起形成運算放大器112的非反向輸入。提拉電阻器114同時與運算放大器112的非反向輸入端連接。運算放大器112的反向輸入端具有由電阻器116及118組成的分壓器。運算放大器112的輸出通過電阻器50來控制晶體管48的開關(guān)。當(dāng)火線22’上電壓信號在電位器70及72設(shè)定的可接受范圍內(nèi)時，運算放大器100及102的輸出為高。結(jié)果使運算放大器112的輸出也為高，使得晶體管48處于導(dǎo)通狀態(tài)。
第一延時周期由運算放大器120設(shè)置，其輸出端與運算放大器112的非反向輸入端通過電阻器122連接。運算放大器120的輸出通過電阻器124、二極管126及電阻器128與其反向輸入端連接。電容器130及電阻器132并聯(lián)設(shè)置并與二極管126及電阻器128的連接點連接。當(dāng)火線22’上電壓在電位器70及72規(guī)定的可接受范圍內(nèi)時，電容器130通過電阻器124及二極管126充電。運算放大器102的非反向輸入端通過電阻器134與24伏供電線相連，并通過電阻器136與運算放大器120的輸出端連接。運算放大器112的輸出端通過電容器138及反向偏置的二極管140與運算放大器120的非反向輸入端相連。電阻器142連接于24伏供電線與二極管140及電容器138的連接點之間。
在第二實施例中，5伏電壓調(diào)節(jié)器由12伏電壓調(diào)節(jié)器144取代。
在使用中，運算放大器100及102對火線22’上的電壓進(jìn)行監(jiān)測。當(dāng)火線22’上的電壓在電位器70及72規(guī)定的容許電壓范圍內(nèi)時，運算放大器100及102的輸出為高。這樣，與運算放大器120的反向輸入端連接的電容器130經(jīng)二極管126及電阻器124充電。運算放大器112的輸出為高從而導(dǎo)通晶體管48，啟動繼電器24從而接通火線22’。
當(dāng)火線22’上的電壓高于電位器70設(shè)定的容許上限或低于電位器72設(shè)定的容許下限時，相應(yīng)運算放大器100及102的輸出為低。然后，相應(yīng)的二極管78或80點亮，并且運算放大器的輸出被拉低，從而關(guān)閉晶體管48，致使繼電器24釋放而斷開與火線22’的連接。當(dāng)運算放大器112的輸出由高變低時，一個脈沖通過電容器138送給運算放大器120的非反向輸入端，致使運算放大器120的輸出變低。運算放大器120的輸出會保持低電平，直到電容器130通過電阻器132被放電為止。相應(yīng)地，運算放大器120、電容器130及電阻器132以及相連的偏置電路提供了第一延時周期。
所需的第二個延時周期由具有足夠電容量的電容器64提供。這種提供第二延時周期的方式的延時效果不如第一實施例中的延時效果，因此第一實施例比第二實施例更理想。
應(yīng)理解，本發(fā)明的范圍不應(yīng)局限于以上的具體實施例。
在說明書中，除非說明文字需要，所用詞語“包括”、“包含”等應(yīng)被理解為意指包容所述整數(shù)和整數(shù)集合，但也不排除任何其它的整數(shù)或整數(shù)集合。
權(quán)利要求
1.一種電源線的電壓監(jiān)測器，包括開關(guān)裝置，與電源線相連接；控制電路，響應(yīng)于電源線，產(chǎn)生對應(yīng)于電源線電壓的信號；該控制電路包括比較裝置，用于判斷所述信號是否在規(guī)定的可接受信號值范圍內(nèi)；控制電路與開關(guān)裝置通信來控制開關(guān)裝置的操作；控制電路用于控制開關(guān)裝置在所述信號不在所述規(guī)定的可接受信號值范圍內(nèi)時斷開電源線；控制電路還包括第一延時裝置，用于在電源線斷開狀態(tài)下，提供在所述信號返回所述規(guī)定的可接受值范圍內(nèi)與控制電路控制開關(guān)裝置重新連接電源線之間的第一規(guī)定延時；以及第二延時裝置，用于在電源線重新連接的狀態(tài)下，提供在控制電路要再次斷開電源線之前的第二規(guī)定延時。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓監(jiān)測器，其中，在第一延時期間，所述控制電路響應(yīng)所述信號，從而當(dāng)該信號超過容許范圍時，重新啟動第一延時。
3.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，還包括一個狀態(tài)指示器，用于指示所述電源線電壓是處于可接受范圍內(nèi)還是高于所述范圍或低于所述范圍。
4.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述控制電路包括處理器裝置。
5.如權(quán)利要求4所述的電壓監(jiān)測器，其中，使用所述處理器裝置中的計數(shù)電路或計時器來獲得第一延時及第二延時。
6.如權(quán)利要求4或5所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述處理器裝置使?fàn)顟B(tài)指示器在第一延時結(jié)束前閃動一定時間。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述第一延時可從第一規(guī)定延時表中選擇。
8.如權(quán)利要求7所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述第一規(guī)定延時表包括0秒、1分鐘、3分鐘和5分鐘的延時。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述第二延時可從第二規(guī)定延時表中選擇。
10.如權(quán)利要求9所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述第二規(guī)定延時表包括0秒或800毫秒的延時。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述開關(guān)裝置包括繼電器。
12.如權(quán)利要求11所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述繼電器在沒有電源施加其上時處于正常開啟狀態(tài)。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測器，其中，所述電壓監(jiān)測器的外殼包括用于與主電源出口連接的插頭、以及接受被保護(hù)電器插頭的插座。
全文摘要
一種電源線電壓監(jiān)測器,包括:與電源線連接的開關(guān)裝置;響應(yīng)電源線電壓并產(chǎn)生對應(yīng)信號的控制電路?？刂齐娐钒ㄓ糜谂袛嘣撾妷盒盘柺欠裨谠O(shè)定的容許范圍內(nèi)的比較裝置;控制電路控制開關(guān)裝置的操作,在該電壓信號超過容許信號范圍時,斷開電源線?？刂齐娐愤€包括:第一延時裝置,使得在斷開電源后在電源電壓信號恢復(fù)正常與重新接通電源線之間有一定延時;以及第二延時裝置,使得在電源接通后控制電路再次斷開電源前有一定延時。
文檔編號H02H3/00GK1248704SQ9811967
公開日2000年3月29日 申請日期1998年9月22日 優(yōu)先權(quán)日1998年9月18日
發(fā)明者威利·內(nèi)里森 申請人:澳大利亞保護(hù)電子有限公司