專(zhuān)利名稱(chēng)：電源線電壓監(jiān)測(cè)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(cè)器。本發(fā)明意圖保護(hù)電器不受電源線電壓波動(dòng)的影響。
由電源供電的電器會(huì)受到低于正常電壓(稱(chēng)為電谷brown-out)或是高于正常電壓(稱(chēng)為電峰voltage spike)的供電電壓的危害。電谷和電峰均會(huì)對(duì)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(wèn)題，已設(shè)計(jì)出各種類(lèi)型的電壓監(jiān)測(cè)器。
澳大利亞專(zhuān)利579,383公開(kāi)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(shí)斷開(kāi)與電器相連的電源線。但此發(fā)明沒(méi)有提供在電谷出現(xiàn)時(shí)的保護(hù)。
美國(guó)專(zhuān)利5,319,514公開(kāi)了一種用于AC電源線的數(shù)字式電壓及相位監(jiān)測(cè)器，其中對(duì)電峰和電谷下的AC電壓均能監(jiān)測(cè)。無(wú)論出現(xiàn)的是電峰還是電谷，此電壓及相位監(jiān)測(cè)器均斷開(kāi)與其連接的電器的AC電源線。為了防止美國(guó)專(zhuān)利5,319,514中所公開(kāi)電路的振蕩，該電路在斷開(kāi)電源和重新連接電源之間設(shè)置了內(nèi)置延時(shí)，以使在該電壓和相位監(jiān)測(cè)器中出現(xiàn)的振蕩衰減掉。在延時(shí)期間監(jiān)測(cè)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(guó)專(zhuān)利5,319,514中所描述的監(jiān)測(cè)器可以保護(hù)大多數(shù)的電器，但對(duì)電感性負(fù)載如電機(jī)、電泵等會(huì)出現(xiàn)一定的問(wèn)題。具體說(shuō)，在重新接入電源時(shí)，電機(jī)或電泵會(huì)引起顯著的電流，從而導(dǎo)致瞬時(shí)的AC電源線電壓的下降。在某些情況下，這會(huì)使監(jiān)測(cè)器重新觸發(fā)，因?yàn)樗J(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(cè)器就會(huì)接通然后斷開(kāi)。沖擊效應(yīng)會(huì)使該電路所連接的電機(jī)或電泵過(guò)分疲勞而損壞。
按照本發(fā)明的一個(gè)方面，提供一種電源線電壓監(jiān)測(cè)器，包括開(kāi)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(duì)應(yīng)于電源線電壓的信號(hào)；控制電路包括比較裝置，用于判斷所述信號(hào)是否在規(guī)定的可接受信號(hào)值范圍內(nèi)；控制電路與開(kāi)關(guān)裝置通信來(lái)控制開(kāi)關(guān)裝置的操作；控制電路用于控制開(kāi)關(guān)裝置在所述信號(hào)不在所述規(guī)定的可接受信號(hào)值范圍內(nèi)時(shí)斷開(kāi)電源線；控制電路還包括第一延時(shí)裝置，用于在電源線斷開(kāi)狀態(tài)下，提供在所述信號(hào)返回所述規(guī)定的可接受值范圍內(nèi)與控制電路控制開(kāi)關(guān)裝置重新連接電源線之間的第一規(guī)定延時(shí)；以及第二延時(shí)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(kāi)電源線之前的第二規(guī)定延時(shí)。
最好是，開(kāi)關(guān)裝置包括一個(gè)繼電器。
最好是，繼電器在斷電時(shí)處于正常開(kāi)啟狀態(tài)。
最好是，所述電壓監(jiān)測(cè)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(shí)期間，控制電路響應(yīng)于電源電壓信號(hào)，在電源電壓信號(hào)超出可接受范圍時(shí)，重新啟動(dòng)第一延時(shí)。
最好是，電壓監(jiān)測(cè)器還包括一個(gè)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(shí)通過(guò)處理器裝置中的計(jì)數(shù)電路或計(jì)時(shí)器來(lái)實(shí)現(xiàn)。
最好是，處理器裝置可使?fàn)顟B(tài)指示器在第一延時(shí)到期之前閃動(dòng)一規(guī)定的時(shí)間。
最好是，第一延時(shí)可從第一規(guī)定延時(shí)表中選擇。
最好是，第一規(guī)定延時(shí)表包括0分鐘、1分鐘、3分鐘及5分鐘的延時(shí)。
最好是，第二延時(shí)可從第二規(guī)定延時(shí)表中選擇。
最好是，第二規(guī)定延時(shí)表包括0秒或800毫秒的延時(shí)。
下面將參照本發(fā)明的兩個(gè)實(shí)施例并結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)行具體說(shuō)明，附圖中

圖1和2示出了本發(fā)明實(shí)施例裝置的外殼；圖3為第一優(yōu)選實(shí)施例的原理圖；圖4為本發(fā)明第二實(shí)施例的原理圖。
此發(fā)明的實(shí)施例是針對(duì)用于AC電源線的電壓監(jiān)測(cè)器，同時(shí)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(gè)實(shí)施例的通用外殼10的外觀圖。外殼10上具有一個(gè)插座12及一個(gè)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(guó)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(gè)插孔18，用于接收與電壓監(jiān)測(cè)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(guó)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(shí)施例，包括一般用20表示的電壓監(jiān)測(cè)器。所示的三條電源線22’、22”及22分別連接于插腳16及對(duì)應(yīng)插孔18之間。在圖3所示的實(shí)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(cè)器20包括一個(gè)繼電器24形式的開(kāi)關(guān)裝置、以及包括一個(gè)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(xiǎn)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(guò)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(guò)LED44與24伏電壓線連接。當(dāng)繼電器24活動(dòng)時(shí)，LED44就作為狀態(tài)指示器。二極管46與繼電器24及信號(hào)燈44以反向偏置連接以減少繼電器24開(kāi)關(guān)時(shí)產(chǎn)生的EMF效應(yīng)。繼電器24同時(shí)與晶體管48連接，晶體管48由微處理器26通過(guò)電阻50進(jìn)行控制。
通過(guò)微處理器26開(kāi)啟或關(guān)閉晶體管48，繼電器24會(huì)相應(yīng)開(kāi)啟或關(guān)閉從而連接或斷開(kāi)火線22’。當(dāng)晶體管48被開(kāi)啟，能量通過(guò)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(kāi)啟狀態(tài)，提供可靠操作，這樣直到電壓監(jiān)測(cè)器要被修理或更換時(shí)，火線22’才被斷開(kāi)。
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(gè)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(shuō)明。通過(guò)選擇電阻器52、54及56的阻值，使得通過(guò)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(gè)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(duì)二極管60的輸出電壓進(jìn)行平滑。電容器64上的電壓通過(guò)一個(gè)緩沖電阻器68輸入微處理器26的模擬/數(shù)字輸入端。
通過(guò)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(duì)應(yīng)于火線22’上電壓的信號(hào)。
通過(guò)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(hào)值范圍。電位器70及72的可變輸出分別通過(guò)緩沖電阻器74及76從另外兩個(gè)模擬/數(shù)字輸入端輸入微處理器26。電位器70設(shè)定信號(hào)的可接受信號(hào)值的上限，電位器72設(shè)定可接受信號(hào)值的下限。
三個(gè)LED78、80及82分別通過(guò)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(cè)器20處于延時(shí)模式操作的狀態(tài)，這將在下面進(jìn)行解釋。
電壓監(jiān)測(cè)器20還包括第一延時(shí)選擇器90及第二延時(shí)選擇器92。在此實(shí)施例中，延時(shí)選擇器90及92設(shè)置為印刷電路板上的連線，而在另一個(gè)實(shí)施例中則可設(shè)置如DIP開(kāi)關(guān)的開(kāi)關(guān)。
在使用中，微處理器26通過(guò)信號(hào)監(jiān)測(cè)火線22’上的電壓，并將該信號(hào)與從電位器70及72接收的參考信號(hào)相比。如果所監(jiān)測(cè)信號(hào)在參考信號(hào)值之間，則認(rèn)為電壓可接受并繼續(xù)監(jiān)測(cè)。
如果該電壓信號(hào)高于電位器70提供的參考信號(hào)或低于電位器72提供的參考信號(hào)，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(kāi)啟狀態(tài)。于是，任何與插座18連接的電器從火線22’上斷開(kāi)。而且，相應(yīng)的LED78或80分別會(huì)導(dǎo)通以提供電壓狀態(tài)指示。
接下來(lái)，微處理器26會(huì)繼續(xù)通過(guò)該信號(hào)監(jiān)測(cè)火線22’上的電壓。當(dāng)該信號(hào)恢復(fù)到電位器70和72信號(hào)所確定的可接受值范圍內(nèi)時(shí)，開(kāi)始第一延時(shí)周期。延時(shí)周期長(zhǎng)度由延時(shí)選擇器90決定，可以選擇0秒(無(wú)延時(shí))、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(shí)選擇器90指定的第一延時(shí)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(huì)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(shí)周期。在第一延時(shí)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(cè)火線22’上的電壓。如果整個(gè)第一延時(shí)周期內(nèi)火線22’上的電壓保持在可接受值范圍內(nèi)，延時(shí)周期結(jié)束，并且晶體管48導(dǎo)通，啟動(dòng)繼電器24從而重新接通火線22’。在接近第一延時(shí)周期結(jié)束時(shí)，微處理器26會(huì)指示LED82閃動(dòng)以提示用戶(hù)。當(dāng)延時(shí)周期結(jié)束時(shí)，將LED82斷電。
當(dāng)在第一延時(shí)周期結(jié)束晶體管48開(kāi)啟從而帶動(dòng)繼電器24重新連接火線22’時(shí)，微處理器26進(jìn)入第二延時(shí)周期。第二延時(shí)選擇器92決定第二延時(shí)周期的長(zhǎng)度，可為0秒或800毫秒。在第二延時(shí)周期內(nèi)，無(wú)論火線22’的電壓電平正常與否，微處理器26均不會(huì)關(guān)閉晶體管48，不斷開(kāi)火線22’。這個(gè)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(shí)，防止電壓監(jiān)測(cè)器立即斷開(kāi)火線22’。在第二延時(shí)周期結(jié)束時(shí)，微處理器恢復(fù)正常操作，繼續(xù)對(duì)火線22’上電壓進(jìn)行上述的監(jiān)測(cè)。
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(hào)之間產(chǎn)生一個(gè)短暫的延時(shí)。由于微處理器26有效的控制，在此實(shí)施例中這種延時(shí)是非常短暫的。
圖4示出了第二實(shí)施例，與圖3的第一實(shí)施例相同功能的部件采用相同的標(biāo)號(hào)。兩個(gè)實(shí)施例的根本區(qū)別在于，第一實(shí)施例中的微處理器26在第二實(shí)施例中由運(yùn)算放大器代替。
運(yùn)算放大器100將通過(guò)電阻器68’的信號(hào)與電位器70提供的參考信號(hào)進(jìn)行比較。運(yùn)算放大器102將通過(guò)電阻器68”的信號(hào)同電位器72提供的參考信號(hào)進(jìn)行比較。反饋電阻器104及106對(duì)運(yùn)算放大器100及102提供正反饋。
運(yùn)算放大器100及102的輸出分別通過(guò)緩沖電阻器108及110連接在一起形成運(yùn)算放大器112的非反向輸入。提拉電阻器114同時(shí)與運(yùn)算放大器112的非反向輸入端連接。運(yùn)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(yùn)算放大器112的輸出通過(guò)電阻器50來(lái)控制晶體管48的開(kāi)關(guān)。當(dāng)火線22’上電壓信號(hào)在電位器70及72設(shè)定的可接受范圍內(nèi)時(shí)，運(yùn)算放大器100及102的輸出為高。結(jié)果使運(yùn)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(shí)周期由運(yùn)算放大器120設(shè)置，其輸出端與運(yùn)算放大器112的非反向輸入端通過(guò)電阻器122連接。運(yùn)算放大器120的輸出通過(guò)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(diǎn)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(shí)，電容器130通過(guò)電阻器124及二極管126充電。運(yùn)算放大器102的非反向輸入端通過(guò)電阻器134與24伏供電線相連，并通過(guò)電阻器136與運(yùn)算放大器120的輸出端連接。運(yùn)算放大器112的輸出端通過(guò)電容器138及反向偏置的二極管140與運(yùn)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(diǎn)之間。
在第二實(shí)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(yùn)算放大器100及102對(duì)火線22’上的電壓進(jìn)行監(jiān)測(cè)。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(shí)，運(yùn)算放大器100及102的輸出為高。這樣，與運(yùn)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(yùn)算放大器112的輸出為高從而導(dǎo)通晶體管48，啟動(dòng)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(shí)，相應(yīng)運(yùn)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(diǎn)亮，并且運(yùn)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(kāi)與火線22’的連接。當(dāng)運(yùn)算放大器112的輸出由高變低時(shí)，一個(gè)脈沖通過(guò)電容器138送給運(yùn)算放大器120的非反向輸入端，致使運(yùn)算放大器120的輸出變低。運(yùn)算放大器120的輸出會(huì)保持低電平，直到電容器130通過(guò)電阻器132被放電為止。相應(yīng)地，運(yùn)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(shí)周期。
所需的第二個(gè)延時(shí)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(shí)周期的方式的延時(shí)效果不如第一實(shí)施例中的延時(shí)效果，因此第一實(shí)施例比第二實(shí)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(shí)施例。
在說(shuō)明書(shū)中，除非說(shuō)明文字需要，所用詞語(yǔ)“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(cè)器，包括開(kāi)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(duì)應(yīng)于電源線電壓的信號(hào)；該控制電路包括比較裝置，用于判斷所述信號(hào)是否在規(guī)定的可接受信號(hào)值范圍內(nèi)；控制電路與開(kāi)關(guān)裝置通信來(lái)控制開(kāi)關(guān)裝置的操作；控制電路用于控制開(kāi)關(guān)裝置在所述信號(hào)不在所述規(guī)定的可接受信號(hào)值范圍內(nèi)時(shí)斷開(kāi)電源線；控制電路還包括第一延時(shí)裝置，用于在電源線斷開(kāi)狀態(tài)下，提供在所述信號(hào)返回所述規(guī)定的可接受值范圍內(nèi)與控制電路控制開(kāi)關(guān)裝置重新連接電源線之間的第一規(guī)定延時(shí)；以及第二延時(shí)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(kāi)電源線之前的第二規(guī)定延時(shí)。
2.如權(quán)利要求1所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，在第一延時(shí)期間，所述控制電路響應(yīng)所述信號(hào)，從而當(dāng)該信號(hào)超過(guò)容許范圍時(shí)，重新啟動(dòng)第一延時(shí)。
3.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測(cè)器，還包括一個(gè)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(cè)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(cè)器，其中，使用所述處理器裝置中的計(jì)數(shù)電路或計(jì)時(shí)器來(lái)獲得第一延時(shí)及第二延時(shí)。
6.如權(quán)利要求4或5所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述處理器裝置使?fàn)顟B(tài)指示器在第一延時(shí)結(jié)束前閃動(dòng)一定時(shí)間。
7.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述第一延時(shí)可從第一規(guī)定延時(shí)表中選擇。
8.如權(quán)利要求7所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述第一規(guī)定延時(shí)表包括0秒、1分鐘、3分鐘和5分鐘的延時(shí)。
9.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述第二延時(shí)可從第二規(guī)定延時(shí)表中選擇。
10.如權(quán)利要求9所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述第二規(guī)定延時(shí)表包括0秒或800毫秒的延時(shí)。
11.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述開(kāi)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(cè)器，其中，所述繼電器在沒(méi)有電源施加其上時(shí)處于正常開(kāi)啟狀態(tài)。
13.如前述權(quán)利要求之一所述的電壓監(jiān)測(cè)器，其中，所述電壓監(jiān)測(cè)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(cè)器,包括:與電源線連接的開(kāi)關(guān)裝置;響應(yīng)電源線電壓并產(chǎn)生對(duì)應(yīng)信號(hào)的控制電路。控制電路包括用于判斷該電壓信號(hào)是否在設(shè)定的容許范圍內(nèi)的比較裝置;控制電路控制開(kāi)關(guān)裝置的操作,在該電壓信號(hào)超過(guò)容許信號(hào)范圍時(shí),斷開(kāi)電源線?？刂齐娐愤€包括:第一延時(shí)裝置,使得在斷開(kāi)電源后在電源電壓信號(hào)恢復(fù)正常與重新接通電源線之間有一定延時(shí);以及第二延時(shí)裝置,使得在電源接通后控制電路再次斷開(kāi)電源前有一定延時(shí)。
文檔編號(hào)H02H3/00GK1248704SQ9811967
公開(kāi)日2000年3月29日 申請(qǐng)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(qǐng)人:澳大利亞保護(hù)電子有限公司