單相市電電壓控制器的製造方法
2023-09-20 04:00:55 4
單相市電電壓控制器的製造方法
【專利摘要】一種單相市電電壓控制器，通過主控電路基板來對市電進行採樣、並根據用電設備所允許的上/下限電壓進行比較，只有在上/下限範圍內的電壓才能由基板上的CPU控制電路輸出控制信號來使常開狀態的繼電器閉合後，才能給用電設備供電，這樣就可確保用電設備的安全。而一旦發生異常，CPU控制電路又即時控制繼電器斷開，並由狀態表示電路來發出聲、光的報警，從而能夠為工作人員及時排除險情提供幫助。因此本發明具有精度高，檢測靈敏，性能穩定可靠的特點。而且，還具有電路集成化高，體積較小，結構緊湊，布局簡潔，價格低廉，安全可靠的特點。在異常電壓瞬間加載時，都能及時有效地保護用電設備不受損壞，從而確保用電設備的安全。
【專利說明】單相市電電壓控制器
[0001]【【技術領域】】
本發明涉及一種對電壓實施實時監控的單相市電電壓控制器。
[0002]【【背景技術】】
因為不同國家和地區使用的單相工業電壓不同，如日本的單相電壓為100V/200V ；美國的單相電壓為115V/230V ;加拿大的單相電壓為120V/240V ;韓國的單相電壓為110V/220V。所以，為了滿足各國的需求，很多公司生產的產品按電壓也大致分為100V, 120V, 220V三種類型，為此，這些製造業工廠在生產時，其工廠配電也是有100V，120V和220V的區分的。而隨著工廠推進按需生產(Just In Time)的生產模式，不同電壓的產品間進行頻繁的生產切換成為必然，這也必然導致電壓誤插的情況經常發生，從而容易發生損壞產品等危險。為了消除隱患，降低由於產品返工帶來的生產影響和經濟損失，電壓管控工具的開發和應用勢在必行，為此本 申請人:開發出了一種單相市電電壓控制器。
[0003]【
【發明內容】
】
本發明的目的是在於克服現有技術的不足，提供了一種精度高，檢測靈敏，性能穩定可靠的單相市電電壓控制器，其能夠及時有效地保護用電設備不受損壞，從而確保用電設備的安全。
[0004]為了解決上述存在的技術問題，本發明採用下述技術方案:
一種單相市電電壓控制器，其包括有控制盒，安裝在控制盒不同側壁上、分別用來與外界市電連接的電源輸入插座和與用電設備連接的電壓輸出插座，安裝在控制盒內的常開型大功率繼電器組和主控電路基板，安裝在控制盒正面的手動復位開關、數字電壓表和檔位設定開關SWl ;所述大功率繼電器組包括有分別對應100VU20V和220V三種電壓通道的三個繼電器R1、R2和R3，其驅 動信號分別為100RL、120RL和220RL ;所述主控電路基板包括有三組或門交直電源變換電路、直直電源變換電路、CPU專用DC5V交直電源變換電路、CPU控制電路、整流濾波採樣電路、具有遲滯特性的雙限門比較電路、信號放大驅動電路、三選一電子開關電路和控制器狀態表示電路，其中:
所述三組或門交直電源變換電路是將交流電轉換成直流24V和5V ;該直直電源變換電路是將直流24V轉換成12V、15V的直流電後供應給主控電路基板的各個電路；所述CPU專用DC5V交直電源變換電路通過交直電源模塊轉換成9V後，再通過7805三端穩壓集成電路實現CPU電路穩定的DC5V電壓供給；
所述CPU控制電路接收從三選一電子開關電路中所選定的電子開關信號、雙限門比較電路的輸出端信號和市電恢復正常後的手動復位開關的輸入信號；
所述三選一電子開關電路包括有由分別對應100VU20V和220V三種輸入電壓的接通控制繼電器K1、K2和Κ3構成的接通控制電路和由型號為⑶4066的雙向模擬開關U5、U6構成的基準電壓選擇電路；所述雙向模擬開關U5包括有對應100V通道的模擬開關U5A、U5B和對應120V通道的模擬開關U5C、U5D ;所述雙向模擬開關U6包括有對應220V通道的模擬開關U6A、U6B和對應雙限門比較電路的模擬開關U6C、U6D ；
所述電壓整流濾波採樣電路的採樣電壓VIN與具有遲滯特性的雙限門比較電路的反相輸入端(_)連接；所述具有遲滯特性的雙限門比較電路的同相輸入端(+ ) VCIN-和VCIN+分別與雙向模擬開關U6的模擬開關U6C和U6D的輸入端連接，模擬開關U6C和U6D選通端通過電平設定開關SW2強制設定為高電平使開關導通，形成正反饋，與LM393比較器一起構成具有遲滯特性的雙限門比較電路，採樣電壓通過比較電路的甄別後，將結果輸出給CPU控制電路；
所述驅動信號放大電路接收到CPU控制電路的結果甄別信號後，如果判定電壓正常，相應通道的繼電器Rl、R2或R3的驅動信號100RL、120RL或220RL使該通道繼電器的線圈得電後閉合；
所述控制器狀態表示電路的輸出端設有電壓狀態指示燈、蜂鳴器。
[0005]在對上述一種單相市電電壓控制器的改進方案中，所述電壓狀態指示燈有過壓、欠壓、正常和鎖定四種電壓指示燈；所述蜂鳴器在過壓或欠壓發生時會分別發出不同的報警聲。
[0006]與現有技術相比，本發明的有益效果是:由於它是通過主控電路基板來對市電進行採樣、並根據用電設備所允許的上/下限電壓進行比較，只有在上/下限範圍內的電壓才能由基板上的CPU控制電路輸出控制信號來使常開狀態的繼電器閉合後，才能給用電設備供電，這樣就可確保用電設備的安全。而一旦發生異常，CPU控制電路又即時控制繼電器斷開，並由狀態表示電路來發出聲、光的報警，從而能夠為工作人員及時排除險情提供幫助。因此本發明具有精度高，檢測靈敏，性能穩定可靠的特點。而且，還具有電路集成化高，體積較小，結構緊湊，布局簡潔，價格低廉，安全可靠的特點。在異常電壓瞬間加載時，都能及時有效地保護用電設備不受損壞，從而確保用電設備的安全。
[0007]下面結合附圖與【具體實施方式】對本發明作進一步的詳細描述:
【【專利附圖】
【附圖說明】】
圖1是本發明實施例的整體布局示意圖；
圖2是本發明實施例的工作原理框圖；
圖3是本發明實施例的主控電路基板控制部分的電路圖；
圖4是本發明實施例的主控電路基板周邊部分的電路圖。
[0008]【【具體實施方式】】
本發明為一種單相市電電壓控制器，如圖1至4所示，其包括有控制盒I，安裝在控制盒I不同側壁上、分別用來與外界市電連接的電源輸入插座2和與用電設備4連接的電壓輸出插座3，安裝在控制盒I內的常開型大功率繼電器組5和主控電路基板，安裝在控制盒I正面的手動復位開關7、數字電壓表8和檔位設定開關SWl ;所述大功率繼電器組5包括有分別對應100V、120V和220V三種電壓通道的三個繼電器Rl、R2和R3，其驅動信號分別為100RLU20RL和220RL ;所述主控電路基板包括有三組或門交直電源變換電路61、直直電源變換電路62、CPU專用DC5V交直電源變換電路63、CPU控制電路64、整流濾波採樣電路65、具有遲滯特性的雙限門比較電路66、信號放大驅動電路67、三選一電子開關電路68和控制器狀態表示電路69，其中:
三組或門交直電源變換電路61是將交流電轉換成直流24V和5V，其主要特點是只要輸入端至少有任意一種電壓輸入，本電路就能夠輸出直流24V和5V，其中5V是電壓表頭8專用電源。直直電源變換電路62是將直流24V轉換成12V、15V的直流電後供應給主控電路基板的各個電路。為了提高CPU供電電源的穩定性和抗幹擾能力，特別設計了 CPU專用DC5V交直電源變換電路63，它是通過交直電源模塊轉換成9V後，再通過7805三端穩壓集成電路實現CPU電路穩定的DC5V電壓供給。
[0009]在本實施例中，所述CPU控制電路64的CPU型號為常用且廉價的89S52，接收從三選一電子開關電路68中所選定的電子開關信號，雙限門比較電路66的輸出端信號和市電恢復正常後的手動復位開關7的輸入信號。在開始使用時，把檔位設定開關SWl設定到用電設備4所要使用的電壓檔位來操控三選一電子開關電路68選定雙限門比較電路66的上/下限基準電壓，並將信號傳輸給CPU。
[0010]所述三選一電子開關電路68包括有由分別對應100V、120V和220V三種輸入電壓的接通控制繼電器K1、K2和Κ3構成的接通控制電路682和由型號為⑶4066的雙向模擬開關U5、U6構成的基準電壓選擇電路681 ;所述雙向模擬開關U5包括有對應100V通道的模擬開關U5A、U5B和對應120V通道的模擬開關U5C、U5D ;所述雙向模擬開關U6包括有對應220V通道的模擬開關U6A、U6B和對應雙限門比較電路66的模擬開關U6C、U6D。每個模擬開關有一個輸入端和一個輸出端，它們可以互換使用，還有一個選通端(又稱控制端)，當選通端為高電平時，開關導通；當選通端為低電平時，開關截止。使用時選通端是不允許懸空的。通常用電設備的電壓大致分為100V，120V, 220V三種類型，這三種類型電壓通道的受控信號100ΕΝ，120ΕΝ, 220ΕΝ，受控於三選一電子開關電路68。這樣就可通過三選一電子開關電路68來選定與用電設備相匹配的上/下限基準電壓；可以看出，三選一電子開關電路68的作用是保證三個可選電壓檔位只能同時選擇其中一檔，這樣可以確保三路輸出中有且只有一路有效；同時也限定只能有與其相匹配的一路上/下限基準電壓輸入到比較器(即具有遲滯特性的雙限門比較電路)，這樣可以徹底有效地避免不同電壓輸出通道錯誤的現象發生。
[0011]所述電壓整流濾波採樣電路65的採樣電壓VIN與具有遲滯特性的雙限門比較電路66的反相輸入端(_)連接；所述具有遲滯特性的雙限門比較電路66的同相輸入端(+ )VCIN-和VCIN+分別與雙向模擬開關U6的模擬開關U6C和U6D的輸入端連接，模擬開關U6C和U6D選通端通過電平設定開關SW2強制設定為高電平使開關導通，形成正反饋，與LM393比較器一起構成具有遲滯特性的雙限門比較電路66。因為市電的波動較大，尤其是在門限值附近若有微小的幹擾，則輸出電壓就會被切斷並鎖定保護，影響正常的生產。在電路中引入正反饋可以克服這一缺點。它的靈敏度低一些，但抗幹擾能力卻大大提高。採樣電壓通過比較電路的甄別後，將結果輸出給CPU控制電路64。
[0012]所述驅動信號放大電路67接收到CPU控制電路64的結果甄別信號後，如果判定電壓正常，相應通道的繼電器R1、R2或R3的驅動信號100RLU20RL或220RL使該通道繼電器的線圈得電，從而使繼電器組5的對應繼電器Rl、R2或R3閉合。
[0013]所述控制器狀態表示電路69的輸出端設有電壓狀態指示燈691、蜂鳴器692，其中電壓狀態指示燈691有過壓、欠壓、正常和鎖定四種電壓指示燈，而當過壓或欠壓發生時，蜂鳴器692將會分別發出不同的報警聲。
[0014]本發明在使用時，先將電源輸入插座2與外界市電連接，再將電壓輸出插座3與用電設備4連接,這樣市電從電源輸入插座2輸入來時，由於受主控電路基板的控制，大功率繼電器組5不會立即閉合，這時，市電電壓經過整流濾波採樣電路65、三選一電子開關電路68後進入具有遲滯特性的雙限門比較電路66的反相輸入端(_)，與CPU控制電路所選定的基準電壓進行比較，對所設定的上/下限電壓比較完畢後，比較結果反饋給CPU控制電路，CPU才會輸出相應通道的信號，再經過驅動信號放大電路67放大後來驅動大功率繼電器組5，使其常開觸點閉合。這樣，規格限定內的電壓才能由電壓輸出插座端輸出，以供用電設備4所用。而當市電電壓發生過高或過低的異常時，繼電器組5不閉合使市電電壓被攔截，從而不會影響到用電設備4。即使用電設備4在使用過程中，如果市電電壓波動太大，超出所限定的範圍，那麼電壓採樣電路65就會採集到不良信號。不良信號使比較器輸出端信號發生高低電平的反轉並輸送給CPU，CPU接收到信號後，按程序要求關掉控制大功率繼電器閉合的信號。大功率繼電器失電，常開觸點復位斷開，電源輸出端立即沒有電壓輸出，從而保護用電器的用電安全，免遭異常電壓破壞。一旦發生欠壓或過壓後，即使市電電壓恢復正常，也只能由人工操作手動復位開關7復位才能解除鎖定狀態使本控制器恢復正常工作，以確保用電設備的安全。在發生異常時，CPU控制電路64確認大功率繼電器組5失電，繼電器組5的常開觸點復位斷開的同時，一方面控制蜂鳴器發出報警的聲音，指示燈顯示是過壓或久壓，提醒使用者注意；另一方面，電壓控制器會進入自動鎖定狀態，這時即使輸入的市電恢復正常，它也不會再自動控制繼電器得電使電壓輸出，避免意外事件的發生。只有經過操作人員確認無誤後，並手動按下RESET/復位開關7，該工具才能按照上述檢測過程，對輸入的市電進行甄別，這時如果市電符合設定要求，將會重新控制大功率繼電器得電使電壓輸出，給用電設備供電。另外，在本實施例中，在控制盒的正面上還設有一個數字電壓表8，市電的實時電壓值將會如實顯示，以供使用者參考，從而可隨時更加直觀地觀察市電。
[0015]從上可以看出，本發明是通過主控電路基板來對市電進行採樣、並根據用電設備所允許的上/下限電壓進行比較後，只有在上/下限範圍內的電壓才能由基板上的CPU控制電路63輸出控制信號來使常開狀態的繼電器組5閉合後，才能給用電設備供電，這樣就可確保用電設備的安全，而一旦發生異常，CPU控制電路64又即時控制繼電器組5斷開，並由控制器狀態表示電路69來發出聲、光的報警，為工作人員及時排除險情提供警示。因此本發明具有精度高，檢測靈敏，性能穩定可靠的特點；而且，還具有電路集成化高，體積較小，結構緊湊，布局簡潔，價格低廉，安全可靠的特點。在異常電壓瞬間加載時，都能及時有效地保護用電設備不受損壞，從而確保用電設備的安全。
[0016]本發明對用電設備的100V，120V, 220V三種電壓的判定規格為:
100V系列:在85至115V之間為正常，否則判定為異常；
120V系列:在108至132V之間為正常，否則判定為異常；
220V系列:在198至242V之間為正常，否則判定為異常。
[0017]電源輸入插座2是母插座，採用國際標準；電源輸出插座3是公插座，根據各國的國標而有所不同。在本實施例中，如圖1所示，公插座有三個，其中上面兩個是美式插座，常用的規格型式為15A 125V，其為一圓兩扁型式，地線為圓形或U型，零火線為扁形。而下面那個是新國標插座，常用的規格型式為IOA 250V，孔型更安全，插頭和插套接觸面積更大，溫升低。另外，本發明在使用時，由於電源輸入插座2隻要插入一次，而對每臺用電設備進行檢測時都要插拔一次電壓輸出插座3，因此通常將電源輸入插座2和電壓輸出插座3分別設在控制盒I的左側面和正面，便於使用。[0018]綜上所述僅為本發明較佳的實施例，並非用來限定本發明的實施範圍，即凡依本發明申請專利範圍的內容所作的等效變化及修飾，皆應屬於本發明的技術範疇。
【權利要求】
1.一種單相市電電壓控制器，其特徵在於，其包括有控制盒(1)，安裝在控制盒(I)不同側壁上、分別用來與外界市電連接的電源輸入插座(2)和與用電設備(4)連接的電壓輸出插座(3)，安裝在控制盒(I)內的常開型大功率繼電器組(5)和主控電路基板，安裝在控制盒(I)正面的手動復位開關(7)、數字電壓表(8)和檔位設定開關SWl ;所述大功率繼電器組(5 )包括有分別對應100V、120V和220V三種電壓通道的三個繼電器Rl、R2和R3，其驅動信號分別為100RLU20RL和220RL ;所述主控電路基板包括有三組或門交直電源變換電路(61)、直直電源變換電路(62 )、CPU專用DC5V交直電源變換電路(63 )、CPU控制電路(64 )、整流濾波採樣電路(65)、具有遲滯特性的雙限門比較電路(66)、信號放大驅動電路(67)、三選一電子開關電路(68)和控制器狀態表示電路(69)，其中: 所述三組或門交直電源變換電路(61)是將交流電轉換成直流24V和5V ;該直直電源變換電路(62)是將直流24V轉換成12V、15V的直流電後供應給主控電路基板的各個電路；所述CPU專用DC5V交直電源變換電路(63 )通過交直電源模塊轉換成9V後，再通過7805三端穩壓集成電路實現CPU電路穩定的DC5V電壓供給； 所述CPU控制電路(64)接收從三選一電子開關電路(68)中所選定的電子開關信號、雙限門比較電路(66)的輸出端信號和市電恢復正常後的手動復位開關(7)的輸入信號； 所述三選一電子開關電路(68)包括有由分別對應100V、120V和220V三種輸入電壓的接通控制繼電器K1、K2和Κ3構成的接通控制電路(682)和由型號為⑶4066的雙向模擬開關U5、U6構成的基準電壓選擇電路(681);所述雙向模擬開關U5包括有對應100V通道的模擬開關U5A、U5B和對應120V通道的模擬開關U5C、U5D ;所述雙向模擬開關U6包括有對應220V通道的模擬開關U6A、U6B和對應雙限門比較電路(66)的模擬開關U6C、U6D ； 所述電壓整流濾波採樣電路(65)的採樣電壓VIN與具有遲滯特性的雙限門比較電路(66)的反相輸入端(_)連接；所.述具有遲滯特性的雙限門比較電路(66)的同相輸入端(+ )VCIN-和VCIN+分別與雙向模擬開關U6的模擬開關U6C和U6D的輸入端連接，模擬開關U6C和U6D選通端通過電平設定開關SW2強制設定為高電平使開關導通，形成正反饋，與LM393比較器一起構成具有遲滯特性的雙限門比較電路(66)，採樣電壓通過比較電路的甄別後，將結果輸出給CPU控制電路(64)； 所述驅動信號放大電路(67)接收到CPU控制電路(64)的結果甄別信號後，如果判定電壓正常，相應通道的繼電器R1、R2或R3的驅動信號100RLU20RL或220RL使該通道繼電器的線圈得電後閉合； 所述控制器狀態表示電路(69 )的輸出端設有電壓狀態指示燈(691)、蜂鳴器(692 )。
2.根據權利要求1所述的單相市電電壓控制器，其特徵在於，所述電壓狀態指示燈(691)有過壓、欠壓、正常和鎖定四種電壓指示燈；所述蜂鳴器(692)在過壓或欠壓發生時會分別發出不同的報警聲。
【文檔編號】H02H3/20GK103474953SQ201310410979
【公開日】2013年12月25日 申請日期:2013年9月11日 優先權日:2013年9月11日
【發明者】張成虎 申請人:張成虎