電源線電壓監測器的製作方法
2023-05-24 16:59:16 1
專利名稱：電源線電壓監測器的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種電源線電壓監測器。本發明意圖保護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於正常電壓(稱為電谷brown-out)或是高於正常電壓(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備以及電感性設備如發電機、電泵等造成損壞，可能使它們燒毀。
為了解決這些問題，已設計出各種類型的電壓監測器。
澳大利亞專利579,383公開了一種具有內置斷路器的電器插頭，用於在電峰出現時斷開與電器相連的電源線。但此發明沒有提供在電谷出現時的保護。
美國專利5,319,514公開了一種用於AC電源線的數字式電壓及相位監測器，其中對電峰和電谷下的AC電壓均能監測。無論出現的是電峰還是電谷，此電壓及相位監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置了內置延時，以使在該電壓和相位監測器中出現的振蕩衰減掉。在延時期間監測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範圍內。
雖然美國專利5,319,514中所描述的監測器可以保護大多數的電器，但對電感性負載如電機、電泵等會出現一定的問題。具體說，在重新接入電源時，電機或電泵會引起顯著的電流，從而導致瞬時的AC電源線電壓的下降。在某些情況下，這會使監測器重新觸發，因為它認為出現了電谷。這將導致衝擊效應，即，每當重新施加電源，監測器就會接通然後斷開。衝擊效應會使該電路所連接的電機或電泵過分疲勞而損壞。
按照本發明的一個方面，提供一種電源線電壓監測器，包括開關裝置，與電源線相連接；控制電路，響應於電源線，產生對應於電源線電壓的信號；控制電路包括比較裝置，用於判斷所述信號是否在規定的可接受信號值範圍內；控制電路與開關裝置通信來控制開關裝置的操作；控制電路用於控制開關裝置在所述信號不在所述規定的可接受信號值範圍內時斷開電源線；控制電路還包括第一延時裝置，用於在電源線斷開狀態下，提供在所述信號返回所述規定的可接受值範圍內與控制電路控制開關裝置重新連接電源線之間的第一規定延時；以及第二延時裝置，用於在電源線重新連接的狀態下，提供在控制電路要再次斷開電源線之前的第二規定延時。
最好是，開關裝置包括一個繼電器。
最好是，繼電器在斷電時處於正常開啟狀態。
最好是，所述電壓監測器設置在一殼體內，該殼體包括用於與主電源輸出端連接的插頭，以及用於接受被保護電器插頭的插座。
最好是，在第一延時期間，控制電路響應於電源電壓信號，在電源電壓信號超出可接受範圍時，重新啟動第一延時。
最好是，電壓監測器還包括一個狀態指示器，用於指示電源線電壓是在可接受範圍內，還是低於此範圍或是高於此範圍。
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電路或計時器來實現。
最好是，處理器裝置可使狀態指示器在第一延時到期之前閃動一規定的時間。
最好是，第一延時可從第一規定延時表中選擇。
最好是，第一規定延時表包括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定延時表中選擇。
最好是，第二規定延時表包括0秒或800毫秒的延時。
下面將參照本發明的兩個實施例並結合附圖對本發明進行具體說明，附圖中
圖1和2示出了本發明實施例裝置的外殼；圖3為第一優選實施例的原理圖；圖4為本發明第二實施例的原理圖。
此發明的實施例是針對用於AC電源線的電壓監測器，同時應理解本發明同樣也可用於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具有用於插入主電源插座的插腳16。所述的插腳16適用於澳大利亞標準，當然它可以按照其它國家及地區的標準改裝，而不脫離本發明。
插座12包括三個插孔18，用於接收與電壓監測器連接的電器插頭的插腳。同樣地，圖示的是澳大利亞標準，可以按照其它國家及地區的標準改裝而不脫離此發明。
圖3中示出第一實施例，包括一般用20表示的電壓監測器。所示的三條電源線22』、22」及22分別連接於插腳16及對應插孔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。
電壓監測器20包括一個繼電器24形式的開關裝置、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及正溫度係數電阻30組成供電線，它與火線22』串連起到保險絲作用。24伏齊納二極體32連接於電阻30及中線22」之間。二極體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伏電壓調節器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。當繼電器24活動時，LED44就作為狀態指示器。二極體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開關時產生的EMF效應。繼電器24同時與電晶體48連接，電晶體48由微處理器26通過電阻50進行控制。
通過微處理器26開啟或關閉電晶體48，繼電器24會相應開啟或關閉從而連接或斷開火線22』。當電晶體48被開啟，能量通過二極體44流經繼電器24與火線22』接通。相應地，作為狀態指示器的LED44顯示表明火線22』已連接。繼電器24處於正常開啟狀態，提供可靠操作，這樣直到電壓監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」之間串聯的電阻器52、54及56和二極體60組成。一個12伏的齊納二極體58與二極體60及電阻器56並聯，用於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。
二極體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。二極體60的輸出端與一π型網絡連接，π型網絡由兩個鉭電容器62和64以及電阻器66組成。電容器62和64以及電阻器66對二極體60的輸出電壓進行平滑。電容器64上的電壓通過一個緩衝電阻器68輸入微處理器26的模擬/數字輸入端。
通過緩衝電阻器68提供給微處理器26的模擬/數字端的電壓形成對應於火線22』上電壓的信號。
通過將電位器70及72分別連接於5伏電線42與中線22」之間，設定了可接受的信號值範圍。電位器70及72的可變輸出分別通過緩衝電阻器74及76從另外兩個模擬/數字輸入端輸入微處理器26。電位器70設定信號的可接受信號值的上限，電位器72設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。作為狀態指示器的LED78、80及82分別指示火線22』上電壓處於高、低及電壓監測器20處於延時模式操作的狀態，這將在下面進行解釋。
電壓監測器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設置為印刷電路板上的連線，而在另一個實施例中則可設置如DIP開關的開關。
在使用中，微處理器26通過信號監測火線22』上的電壓，並將該信號與從電位器70及72接收的參考信號相比。如果所監測信號在參考信號值之間，則認為電壓可接受並繼續監測。
如果該電壓信號高於電位器70提供的參考信號或低於電位器72提供的參考信號，則分別存在電峰或電谷狀態。在此情況下，微處理器26關閉電晶體48從而使繼電器24喪失能量而返回正常開啟狀態。於是，任何與插座18連接的電器從火線22』上斷開。而且，相應的LED78或80分別會導通以提供電壓狀態指示。
接下來，微處理器26會繼續通過該信號監測火線22』上的電壓。當該信號恢復到電位器70和72信號所確定的可接受值範圍內時，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。然後LED78及80關閉。
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』上電壓恢復到可接受範圍內，微處理器26會立即導通電晶體48。
否則，LED82通電指示微處理器26處於延時周期。在第一延時周期，電晶體48及繼電器24繼續處於關閉狀態，微處理器26監測火線22』上的電壓。如果整個第一延時周期內火線22』上的電壓保持在可接受值範圍內，延時周期結束，並且電晶體48導通，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束時，微處理器26會指示LED82閃動以提示用戶。當延時周期結束時，將LED82斷電。
當在第一延時周期結束電晶體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，無論火線22』的電壓電平正常與否，微處理器26均不會關閉電晶體48，不斷開火線22』。這個特性用於解決諸如電機或電泵等電感性負載，在重新連接火線22』後由於該電感性負載吸收大量電流產生電壓降時，防止電壓監測器立即斷開火線22』。在第二延時周期結束時，微處理器恢復正常操作，繼續對火線22』上電壓進行上述的監測。
在此情況下，應注意電容器62及64在火線22』上出現電壓與到達微處理器26的信號之間產生一個短暫的延時。由於微處理器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採用相同的標號。兩個實施例的根本區別在於，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的輸出分別通過緩衝電阻器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來控制電晶體48的開關。當火線22』上電壓信號在電位器70及72設定的可接受範圍內時，運算放大器100及102的輸出為高。結果使運算放大器112的輸出也為高，使得電晶體48處於導通狀態。
第一延時周期由運算放大器120設置，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、二極體126及電阻器128與其反向輸入端連接。電容器130及電阻器132並聯設置並與二極體126及電阻器128的連接點連接。當火線22』上電壓在電位器70及72規定的可接受範圍內時，電容器130通過電阻器124及二極體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，並通過電阻器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及反向偏置的二極體140與運算放大器120的非反向輸入端相連。電阻器142連接於24伏供電線與二極體140及電容器138的連接點之間。
在第二實施例中，5伏電壓調節器由12伏電壓調節器144取代。
在使用中，運算放大器100及102對火線22』上的電壓進行監測。當火線22』上的電壓在電位器70及72規定的容許電壓範圍內時，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經二極體126及電阻器124充電。運算放大器112的輸出為高從而導通電晶體48，啟動繼電器24從而接通火線22』。
當火線22』上的電壓高於電位器70設定的容許上限或低於電位器72設定的容許下限時，相應運算放大器100及102的輸出為低。然後，相應的二極體78或80點亮，並且運算放大器的輸出被拉低，從而關閉電晶體48，致使繼電器24釋放而斷開與火線22』的連接。當運算放大器112的輸出由高變低時，一個脈衝通過電容器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。
應理解，本發明的範圍不應局限於以上的具體實施例。
在說明書中，除非說明文字需要，所用詞語「包括」、「包含」等應被理解為意指包容所述整數和整數集合，但也不排除任何其它的整數或整數集合。
權利要求
1.一種電源線的電壓監測器，包括開關裝置，與電源線相連接；控制電路，響應於電源線，產生對應於電源線電壓的信號；該控制電路包括比較裝置，用於判斷所述信號是否在規定的可接受信號值範圍內；控制電路與開關裝置通信來控制開關裝置的操作；控制電路用於控制開關裝置在所述信號不在所述規定的可接受信號值範圍內時斷開電源線；控制電路還包括第一延時裝置，用於在電源線斷開狀態下，提供在所述信號返回所述規定的可接受值範圍內與控制電路控制開關裝置重新連接電源線之間的第一規定延時；以及第二延時裝置，用於在電源線重新連接的狀態下，提供在控制電路要再次斷開電源線之前的第二規定延時。
2.如權利要求1所述的電壓監測器，其中，在第一延時期間，所述控制電路響應所述信號，從而當該信號超過容許範圍時，重新啟動第一延時。
3.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，還包括一個狀態指示器，用於指示所述電源線電壓是處於可接受範圍內還是高於所述範圍或低於所述範圍。
4.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，其中，所述控制電路包括處理器裝置。
5.如權利要求4所述的電壓監測器，其中，使用所述處理器裝置中的計數電路或計時器來獲得第一延時及第二延時。
6.如權利要求4或5所述的電壓監測器，其中，所述處理器裝置使狀態指示器在第一延時結束前閃動一定時間。
7.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，其中，所述第一延時可從第一規定延時表中選擇。
8.如權利要求7所述的電壓監測器，其中，所述第一規定延時表包括0秒、1分鐘、3分鐘和5分鐘的延時。
9.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，其中，所述第二延時可從第二規定延時表中選擇。
10.如權利要求9所述的電壓監測器，其中，所述第二規定延時表包括0秒或800毫秒的延時。
11.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，其中，所述開關裝置包括繼電器。
12.如權利要求11所述的電壓監測器，其中，所述繼電器在沒有電源施加其上時處於正常開啟狀態。
13.如前述權利要求之一所述的電壓監測器，其中，所述電壓監測器的外殼包括用於與主電源出口連接的插頭、以及接受被保護電器插頭的插座。
全文摘要
一種電源線電壓監測器,包括:與電源線連接的開關裝置;響應電源線電壓並產生對應信號的控制電路。控制電路包括用於判斷該電壓信號是否在設定的容許範圍內的比較裝置;控制電路控制開關裝置的操作,在該電壓信號超過容許信號範圍時,斷開電源線。控制電路還包括:第一延時裝置,使得在斷開電源後在電源電壓信號恢復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,使得在電源接通後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 優先權日1998年9月18日
發明者威利·內裡森 申請人:澳大利亞保護電子有限公司