[发明专利]一种具备2次形态的智能化开关插座及智能型开关排插

说明书

本发明涉及一种智能化开关插座或者智能型开关排插，特别是利用先进的电路设计和通信技术实现的具备2次开关形态的智能型强电开关系统。开关中的相线经过继电器与负载连接，继电器由MCU输出控制。MCU通过通信芯片接收指令，解码后获得继电器的控制信号，决定是否输出强电连接负载；系统在通电过程中，可以检测是否短路，如发现短路故障，通过MCU对相应的负载支路进行隔离；系统可以检测是否有负载接入以及接入负载的特性，如有负载介入，系统自动启动强电输出，如无负载接入或者属于触电模式，系统无强电输出；系统在每次进行开关启动时，具备ZVS/ZCS(零电压切换/零电流切换)能力；系统具备远程操作能力；形态具备2次开关能力，在设备处于待机等低功耗状态下使用一次开关，在大功率工作时自动转换为大电流输出的2次开关，每次开关都具备ZVS/ZCS(零电压切换/零电流切换)能力；形态能够通过比较电压波形与电流波形，计算获得相应负载工作时的功率因数；系统具备远程通信能力，可以联网进行开关操作。

技术背景

当前的开关插座以及排插，都是属于无源产品，利用技术部件将相应的接口连接，从而实现市电的接续。当前设计如图1所示。

连接关系如下：地线与3口插座的顶端接口连接，零线与3口插座的左侧接口连接，火线与3口插座的右侧接口连接；针对2口插座，省略了地线，零线与2口插座的左侧接口连接，火线与2口插座的右侧接口连接。

当负载与开关插座连接后，火线、零线、地线实现电连接，在火线和零线之间有220V的交流强电，从而驱动负载工作，地线根据需要，实现负载以及电连接的保护功能。

传统方法的缺点为：

仅提供简单的电连接功能，很少或者无法提供任何其他的附加价值；

无法识别负载大小，负载过大造成线路毁损；

与电网连接的时刻是随机的，造成较大的接入电流脉冲，从而对电器以及电网造成影响；

接口处，特别是火线，即使在没有接入负载时是带电的，存在潜在风险；

不能够计算负载在实际工作时的功率因数，无法将数据上报；

不能够识别负载类型，在关电时造成击穿火花，插座寿命降低；

无法实现远程控制功能。

本发明内容

本发明是通过如下方法实现的。

如图2所示为智能开关插座的连接方式，连接关系为：地线与3口插座的顶端接口连接，零线与3口插座的左侧接口连接，火线与智能开关控制模组连接，然后与3口插座的右侧接口连接；针对2口插座，省略了地线，零线与2口插座的左侧接口连接，火线智能开关控制模组连接后与2口插座的右侧接口连接。

工作原理如下：当负载与开关插座连接后，火线、零线、地线实现电连接，在火线和零线之间有220V的交流强电，从而驱动负载工作；火线的接通，是通过智能开关控制模组实现的。火线实现电连接的时刻、以及相应的对负载以及故障的隔离等，都是由智能开关控制模组提供的。

如图3所示为智能开关插座的原理图，联结关系为：火线L与电阻R1、R2、电流互感器TRCS原边一端连接，R1与电流变换器TR1原边一端连接，TR1原边另外一端与参考负载Rref连接，R2与电流变换器TR2原边一端连接，TR2原边另外一端与实际负载Rload连接，Rload与Rref另外一端与零线连接，TRCS原边另外一端与PTC、继电器Relay2输入端连接，PTC与继电器Relay1输入端连接，继电器Relay1、Relay2的输出端与火线输出端Lout连接，继电器Relay1、Relay2的控制端一段接电源VCC，另外一端分别与晶体管T1、T2的集电极连接，晶体管T1、T2的射极分别与电阻R3、R4连接，基极分别与电阻R5、R6连接，电阻R5、R6与信号处理控制模组的SW1、SW2端口连接，电阻R3、R4另外一端接地，电流变换器TR1副边的两个输出、TR2副边两个输出以及电流互感器TRCS副边的两个输出分别与信号处理控制模组的Pref、Nref、Pload、Nload、Pcs、Ncs连接，信号处理控制模组的UART/I2C接口是与其它系统的通信接口。

工作原理如下：电流变换器TR1获取市电的参考信号，通过火线L和零线N之间的通路，将参考信号以及携带的参考负载信息发送到信号处理控制模组，电流变换器TR2获取负载在通路下的信息，发送到信号处理控制模组，电流互感器获取负载上的电流信息，发送到信号处理控制模组。

当无负载接入时，TR1副边有输出，TR2以及TRCS副边无输出，继电器Re lay1和Relay2处于断开状态。

当负载接入时，工作顺序如下：