一種智能通斷電控制電路及安全插座的製作方法

2023-05-03 20:01:51

本發明屬於用電安全保護領域，尤其涉及一種智能通斷電控制電路及安全插座。

背景技術：

隨著科學技術的發展與進步，人們的生活越來越現代化，各種方面人們日常生產和生活的電器產品層出不窮。

然而，這些電器產品在給人們帶來美好的生活體驗的同時也會造成一定的用電安全隱患，特別是通過市電或工業用電等高壓交流電源供電的電器產品，通常會由於使用不當或者疏忽大意而導致使用者觸電，造成人員傷亡。目前市面上所使用的漏電保護開關，是利用通過人體的漏電電流來推動保護開關，無法根除對人體的傷害。

技術實現要素：

本發明的目的在於提供一種智能通斷電控制電路及安全插座，旨在解決目前市面上所使用的漏電保護開關，是利用通過人體的漏電電流來推動保護開關，無法根除對人體的傷害的問題。

本發明是這樣實現的，一種智能通斷電控制電路，與交流電源的火線和零線連接、為用電負載供電，所述智能通斷電控制電路包括：

第一輸入端接所述火線、第二輸入端接所述零線，對輸入的交流電進行降壓整流並通過其直流輸出端輸出直流電的降壓整流模塊；

電源端接所述直流輸出端、接地端接所述零線，根據其發射的超聲波檢測信號所反饋的檢測距離是否大於響應閾值，來控制其電平輸出端輸出高/低電平 信號的超聲波檢測模塊；

輸入端接所述電平輸出端、電源端接所述直流輸出端，以將所述高/低電平信號轉換成通/斷電控制信號並通過其控制端輸出的電平轉換模塊；

輸入端接所述火線、輸出端接用電負載、控制端接所述電平轉換模塊的控制端，以根據所述通/斷電控制信號，實現導通/截止的交流電子開關。

優選的，所述降壓整流模塊包括迴路電阻R1、降壓電容C1、整流二極體D1、穩壓管D2以及濾波電容C2，其中，降壓電容C1的一端為所述降壓整流模塊的第一輸入端、另一端與整流二極體D1的正極以及穩壓管D2的負極共接，整流二極體D1的負極與濾波電容C2的正極共接構成所述降壓整流模塊的直流輸出端，穩壓管D2的正極與濾波電容C2的負極共接構成所述降壓整流模塊的第二輸入端，迴路電阻R1並聯在降壓電容C1的兩端。

優選的，所述超聲波檢測模塊為超聲波晶片，其發射的超聲波檢測信號的頻率範圍為13MHZ～40MHZ，響應閾值為25mm～75mm。

優選的，所述電平轉換模塊包括NPN型三極體Q1、PNP型三極體Q2、偏置電阻R2和偏置電阻R3，其中，三極體Q1的基極接偏置電阻R2的一端、集電極為所述電平轉換模塊的電源端、集電極還經偏置電阻R3接三極體Q2的基極，偏置電阻R2的另一端為所述電平轉換模塊的輸入端，三極體Q2的發射極為所述電平轉換模塊的控制端，三極體Q1的發射極和三極體Q2的集電極共接構成所述電平轉換模塊的輸出端。

優選的，所述電平轉換模塊還包括鉗位電容C3和負載電阻R4，其中，鉗位電容C3的一端與所述直流輸出端和所述超聲波檢測模塊的電源端共接、另一端接三極體Q1的集電極，負載電阻R4一端接所述直流輸出端、另一端與三極體Q2的發射極和所述交流電子開關的控制端共接。

優選的，所述智能通斷電控制電路還包括連接在所述電平轉換模塊的控制端、所述交流電子開關的控制端以及所述零線之間的濾波模塊。

優選的，所述濾波模塊包括電阻R5和電容C4，其中，電阻R5一端與所 述電平轉換模塊的控制端和所述交流電子開關的控制端共接、另一端接所述零線，電容C4並聯在電阻R5兩端。

優選的，所述交流電子開關為雙向可控矽D3，其第一陽極、第二陽極和控制極分別對應所述交流電子開關的輸入端、輸出端和控制端。

優選的，所述智能通斷電控制電路還包括串聯在所述火線上的保險絲。

本發明還提供一種安全插座，作為用電負載與交流電源之間的連接件，所述安全插座包括如前任一項所述的智能通斷電控制電路。

本發明與現有技術相比，有益效果在於：

通過超聲波檢測模塊發射的超聲波檢測信號，來檢測人體與所述智能通斷電控制電路之間的距離，並根據反饋的檢測距離是否大於響應閾值，來對交流電子開關進行導通/截止控制，從而實現對交流電源的智能通斷電控制，可以有效避免人體與交流電源的直接接觸，徹底根除了電流對人體的傷害，保證了用電安全；通過在交流電源與超聲波檢測模塊、電平轉換模塊以及交流電子開關之間設置降壓整流模塊，用於對交流電源進行降壓整流，為超聲波檢測模塊、電平轉換模塊以及交流電子開關提供穩定的直流電，以保證電路的正常運行，提高電路的穩定性；通過超聲波檢測模塊來檢測人體距離智能通斷電控制電路的距離，反應靈敏、檢測精度高，可有效提高所述智能通斷電控制電路的靈敏度，從而有效保障用電安全；通過交流電子開關模塊來實現對交流電源的通斷電控制，成本低廉且反應靈敏；通過設置濾波模塊和鉗位電容C3，可有效濾除電路中的幹擾雜波；偏置電阻R2、偏置電阻R3和負載電阻R4用於防止加在三極體Q1和三極體Q2上的信號源過載，保證其穩定性；通過在火線上串聯保險絲，可在電路電流過大時自動斷開電源，保證電路安全。

附圖說明

圖1是本發明實施例提供的智能通斷電控制電路的基本結構框圖；

圖2是本發明的優選實施例提供的智能通斷電控制電路的電路原理圖。

具體實施方式

為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

圖1是本發明實施例提供的智能通斷電控制電路的基本結構框圖。

如圖1所示，本發明實施例提供的智能通斷電控制電路100，與交流電源200的火線L和零線N連接、為用電負載供電300，智能通斷電控制電路100包括降壓整流模塊10、超聲波檢測模塊20、電平轉換模塊30和交流電子開關40。

交流電源200是指電壓為110V/220V/380V、頻率為50HZ/60HZ的工頻交流電。本實施例中優選電壓為220V、頻率為50HZ的工頻交流電。

降壓整流模塊10的第一輸入端接火線L、第二輸入端接零線N，對輸入的交流電進行整流降壓並通過其直流輸出端輸出直流電。

超聲波檢測模塊20的電源端接降壓整流模塊10的直流輸出端、接地端接零線N、電平輸出端接電平轉換模塊30的輸入端，根據其發射的超聲波檢測信號所反饋的檢測距離是否大於響應閾值，來控制其電平輸出端輸出高/低電平信號。

在具體應用中，超聲波檢測模塊20發射的超聲波檢測信號的頻率範圍為13MHZ～40MHZ，響應閾值為25mm～75mm。本實施例中，優選平率範圍為27MHZ，響應閾值為50mm的超聲波晶片。

電平轉換模塊30的輸入端接超聲波檢測模塊20的電平輸出端、電源端接降壓整流模塊10的直流輸出端、輸出端接零線N、控制端接交流電子開關40的控制端，以將超聲波檢測模塊20的電平輸出端輸出的高/低電平信號轉換成通/斷電控制信號並通過其控制端輸出。

交流電子開關40的輸入端接火線L、輸出端接用電負載300、控制端與降 壓整流模塊10的直流輸出端和電平轉換模塊30的控制端共接，以根據電平轉換模塊30的控制端輸出的通/斷電控制信號，實現導通/截止。

當超聲波檢測模塊20檢測到人體距離智能通斷電控制電路100的距離＞50mm時，超聲波檢測模塊20的電平輸出端輸出高電平信號，使電平轉換模塊30的控制端輸出通電控制信號，從而使交流電子開關40導通，進而使交流電源200的火線L與用電負載300接通，使用電負載300通電；

當超聲波檢測模塊20檢測到人體距離智能通斷電控制電路100的距離≤50mm時，超聲波檢測模塊20的電平輸出端輸出低電平(0電平)信號，使電平轉換模塊30的控制端輸出斷電控制信號，從而使交流電子開關40截止，進而使交流電源200的火線L與用電負載300斷開，使用電負載300斷電。

圖2是本發明的優選實施例提供的智能通斷電控制電路的電路原理圖。

如圖2所示，在本發明的優選實施例提供的智能通斷電控制電路100中，降壓整流模塊10包括迴路電阻R1、降壓電容C1、整流二極體D1、穩壓管D2以及濾波電容C2，其中，降壓電容C1的一端為降壓整流模塊10的第一輸入端、另一端與整流二極體D1的正極以及穩壓管D2的負極共接，整流二極體D1的負極與濾波電容C2的正極共接構成降壓整流模塊10的直流輸出端，穩壓管D2的正極與濾波電容C2的負極共接構成降壓整流模塊10的第二輸入端，迴路電阻R1並聯在降壓電容C1的兩端。

在本優選實施例中，降壓整流模塊10的直流輸出端輸出的是電壓為6V的直流電，迴路電阻R1的參數為1206封裝、標稱阻值470KΩ、額定電壓1KV；降壓電容C1的參數為標稱電容量0.47uF、額定電壓400V；濾波電容C2的參數為標稱電容量200uF、額定電壓16V。

超聲波檢測模塊20為超聲波晶片U1，包括電源引腳VDD、輸出引腳OUT和接地引腳GND，分別對應超聲波檢測模塊20的電源端、電平輸出端和接地端。

如圖2所示，在本優選實施例中，電平轉換模塊30包括NPN型三極體Q1、 PNP型三極體Q2、偏置電阻R2和偏置電阻R3，其中，三極體Q1的基極接偏置電阻R2的一端、集電極為電平轉換模塊30的電源端、集電極還經偏置電阻R3接三極體Q2的基極，偏置電阻R2的另一端為電平轉換模塊30的輸入端，三極體Q2的發射極為電平轉換模塊30的控制端，三極體Q1的發射極和三極體Q2的集電極共接構成電平轉換模塊30的輸出端。

在本優選實施例中，三極體Q1和三極體Q2均為STO23型封裝三極體，偏置電阻R2和偏置電阻R3均為0603型封裝電阻。

如圖2所示，在本優選實施例中，電平轉換模塊30還包括鉗位電容C3和負載電阻R4，其中，鉗位電容C3的一端與降壓整流模塊10的直流輸出端和超聲波檢測模塊20的電源端共接、另一端接三極體Q1的集電極，負載電阻R4一端接降壓整流模塊10的直流輸出端、另一端與三極體Q2的發射極和交流電子開關40的控制端共接。

在本優選實施例中，鉗位電容C3的參數為標稱電容量47uF、額定電壓16V，負載電阻R4的參數為0603封裝、標稱阻值3KΩ。

如圖2所示，在本優選實施例中，智能通斷電控制電路100還包括連接在電平轉換模塊30的控制端、交流電子開關40的控制端以及零線N之間的濾波模塊50。

濾波模塊50包括電阻R5和電容C4，其中，電阻R5一端與電平轉換模塊30的控制端和交流電子開關40的控制端共接、另一端接零線N，電容C4並聯在電阻R5兩端。

在本優選實施例中，電容C4的標稱電容量為0.01uF，分壓電阻R5的參數為0603封裝、標稱阻值1KΩ。

如圖2所示，在本優選實施例中，交流電子開關40為雙向可控矽D3，其第一陽極、第二陽極和控制極分別對應交流電子開關40的輸入端、輸出端和控制端。

智能通斷電控制電路100還包括串聯在火線L上的保險絲F1。在本優選實 施例中，保險絲F1的參數為額定電壓250V，額定電流5A。

基於上述智能通斷電控制電路100，本發明的工作原理為：

交流電從火線L和零線N輸入，電路中的電流走向為：

(1)火線L輸入電流經保險絲F1流向降壓電容C1、整流二極體D1、濾波電容C2回到零線N；

(2)零線N的迴路電流經穩壓二極體D2、降壓電容C1或迴路電阻R1、保險絲F1回到火線L；

(3)當交流電子開關D3導通時，火線L輸入電流經保險絲F1、交流電子開關D3流向用電負載的火線，然後經用電負載的零線回到零線N；當雙向可控矽D3截止時此路不通，無電流通過。

降壓模塊輸出的直流電的電流走向為：

(1)直流輸出端輸出電流，流入超聲波檢測晶片U1的VDD引腳，經OUT引腳輸出、經GND引腳回到零線N(相當於接地)，當檢測到人體距離智能通斷電控制電路100的距離大於響應閾值時，OUT引腳發出高電平信號，經偏置電阻R2流向NPN型三極體Q1的基極，直流輸出端輸出的電流還經鉗位電容C3流入三極體Q1的集電極，三極體Q1導通，電流經三極體Q1的發射極回到零線，此時三極體Q1的集電極電流很大，經偏置電阻R3流向PNP型三極體Q2的基極，對應的使得三極體Q2的基極電壓很大(等於偏置電阻R3的電壓)；與此同時，直流輸出端輸出電流，經負載電阻R4流向三極體Q2的發射極，此時三極體Q2的基極電壓大於其發射極電壓，三極體Q2截止，使得經負載電阻R4流向三極體Q2的發射極的電流流向雙向可控矽D3的控制極，使其雙嚮導通，從而使得火線L上的交流電可以流向用電負載；

(2)直流輸出端輸出電流，流入超聲波檢測晶片U1的VDD引腳，經OUT引腳輸出、經GND引腳回到零線N(相當於接地)，當檢測到人體距離智能通斷電控制電路100的距離小於或等於響應閾值時，OUT引腳發出低電平(0電平)信號，使三極體Q1截止，對應的使得三極體Q2的基極電壓為低電平(為 0電平)；與此同時，直流輸出端輸出電流，經負載電阻R4流向三極體Q2的發射極，此時三極體Q2的基極電壓小於其發射極電壓，三極體Q2導通，使得經負載電阻R4流向三極體Q2的發射極的電流經其集電極回到零線N，使雙向可控矽D3的控制極為0電平，雙向截止，從而使得火線L上的交流電不能流向用電負載。

本發明實施例還提供一種安全插座，作為用電負載與交流電源之間的連接件，包括所述智能通斷電控制電路100。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護範圍之內。