一種家用節電器的制造方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種家用節電器，包括：第一繼電器，第二繼電器，串聯的第一電感與第二電感，MCU模塊，以及分別與MCU模塊相連的電源模塊、采集單元、電力載波模塊和驅動單元；其中，所述第一電感為過壓繞組，所述第二電感為降功率繞組；所述電源模塊為所述MCU模塊提供工作電壓；所述電力載波模塊接收由集中控制器發送的電力載波信號，并將所述電力載波信號進行解調處理后發送給MCU模塊；以及接收所述MCU模塊反饋的反饋指令，并將所述反饋指令轉換成電力載波信號，并通過將其耦合到交流電源線上發送給所述集中控制器；所述反饋指令為當前放電燈的工作狀態信息；本實用新型的優點是：操作簡單，方便使用。
【專利說明】
一種家用節電器
技術領域
[0001 ] 本實用新型涉及一種家用節電器。
【背景技術】
[0002]隨著生活水平的不斷提高，人們對城市照明環境的要求也越來越高，不僅僅需要安全照明，也增添了提升城市形象的照明。有關部門規定:在正常照明時段，應達到標準規定的照度，在不需要正常照明時段(例如下半夜)，可僅保留安全的照度，其照度值一般掌握在標準的一半。而目前城市形象照度往往是標準照度的幾倍，遠遠超過國家標準，在只需要保留安全照度的情況下，浪費了大量的能源。因此在不需要城市形象照度的時段，使照度下降到安全照度以達到節能的目的成為必然。
【實用新型內容】
[0003]本實用新型的目的是提供一種家用節電器，其可以解決現有技術產的上述缺點。
[0004]本實用新型采用以下技術方案:
[0005]—種家用節電器，包括:第一繼電器，第二繼電器，串聯的第一電感與第二電感，MCU模塊，以及分別與MCU模塊相連的電源模塊、采集單元、電力載波模塊和驅動單元；
[0006]其中，
[0007]所述第一電感為過壓繞組，所述第二電感為降功率繞組；
[0008]所述電源模塊為所述M⑶模塊提供工作電壓；
[0009]所述電力載波模塊接收由集中控制器發送的電力載波信號，并將所述電力載波信號進行解調處理后發送給MCU模塊；以及接收所述MCU模塊反饋的反饋指令，并將所述反饋指令轉換成電力載波信號，并通過將其耦合到交流電源線上發送給所述集中控制器;所述反饋指令為當前放電燈的工作狀態信息，所述的電力載波模塊包括第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道;所述第一電力載波耦合通道設置在交流電纜的火線與零線之間，在交流電纜的火線與零線之間接收和發送第一載波信號;所述第二電力載波耦合通道設置在交流電纜的地線與零線之間，在交流電纜的地線與零線之間接收和發送第二載波信號，還包括濾波電路、電力載波處理電路和載波功放電路，所述第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道并聯且與所述濾波電路的一端相連，所述濾波電路的另一端與電力載波處理電路的輸入端相連，所述電力載波處理電路的輸出端與載波功放電路的輸入端相連，所述載波功放電路的輸出端分別與所述第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道相連；
[0010]所述第一電力載波耦合通道包括第一電感，第一電容和第一耦合變壓器，所述第一電感和第一電容串聯且一端與火線相連，另一端與第一耦合變壓器相連，所述第一耦合變壓器的一側分別與火線與零線相連，另一側與載波功放電路的輸出端、濾波電路相連；
[0011]所述MCU模塊依據所述電力載波模塊發送的電力載波信號，或接收到的所述采集單元采集的經過隔離保護后的電壓信號，生成相應的MCU指令；
[0012]所述驅動單元接收所述MCU指令，驅動所述第一繼電器或第二繼電器動作;且所述驅動單元包括，脈沖方波發生器和至少一個驅動模塊；
[0013]所述脈沖方波發生器的輸出端連接驅動模塊的第一輸入端，且該脈沖方波發生器向驅動模塊的第一輸入端輸入高頻方波脈沖信號，所述驅動模塊還具有用于輸入低頻驅動信號的第二輸入端，該驅動模塊包括信號轉換電路單元和驅動電路單元，信號轉換電路單元和驅動電路單元之間通過脈沖變壓器相連接；
[0014]在所述驅動模塊的第二輸入端為高電平時，所述信號轉換電路單元將所輸入的低頻驅動信號和高頻方波脈沖信號轉換為交流高頻脈沖信號，所述的脈沖變壓器對該交流高頻脈沖信號進行隔離變壓后通過所述的驅動電路單元輸出驅動電壓信號;所述的驅動模塊設為至少兩個，每個驅動模塊的第一輸入端分別連接所述脈沖方波發生器的輸出端，每個驅動模塊的第二輸入端分別用于輸入相應的低頻驅動信號；
[0015]所述電源模塊包括，一電壓轉換單元、一過壓保護單元及一電源供應器，所述電壓轉換單元的輸入端與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第一電壓，所述電壓轉換單元的輸出端與電子元件相連；
[0016]所述電源模塊包括，一電壓轉換單元、一過壓保護單元及一電源供應器，所述電壓轉換單元的輸入端與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第一電壓，所述電壓轉換單元的輸出端與所述電子元件相連；
[0017]所述采集單元包括:用于對待測量系統進行數據采集和/或輸出的數據采集模塊；與所述數據采集模塊連接、用于對所述數據采集模塊進行邏輯控制的從邏輯控制模塊；用于與所述從邏輯控制模塊以及主邏輯控制模塊;所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊之間連接有用于進行電氣隔離的電氣隔離模塊;所述主邏輯控制模塊還連接有總線橋模塊，所述總線橋模塊用于實現所述主邏輯控制模塊的通信;所述電氣隔離模塊包括:分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行電源隔離的電源隔離模塊;分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行信號隔離的信號隔離模塊;所述從邏輯控制模塊包括:從數據封裝模塊，分別與所述數據采集模塊和所述電氣隔離模塊連接，用于對所述數據采集模塊采集的第一數據進行封裝并經所述電氣隔離模塊傳輸給所述主邏輯控制模塊;所述主邏輯控制模塊包括:主數據解封裝模塊，分別與所述電氣隔離模塊和所述總線橋模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第一數據進行解封裝處理;和/或，所述從邏輯控制模塊還包括:從數據解封裝模塊，與所述電氣隔離模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第二數據進行解封裝處理并向待測量系統側輸出。
[0018]所述第一繼電器和第二繼電器相連的連接點與所述第一電感和第二電感串聯的一端相連;所述第一電感的另一端與所述第一繼電器的第一靜觸點相連，所述第二電感的另一端與所述第二繼電器的第二靜觸點相連;所述第一繼電器的動觸點與所述采集單元相連，所述第二繼電器的動觸點與標準電感相連。
[0019]所述電壓轉換單元包括:供電電路、儲能升壓電路、正壓產生電路、負壓產生電路和基準電壓產生電路;其中，所述儲能升壓電路包括升壓芯片和電感；
[0020]所述供電電路的輸出端分別與所述升壓芯片的輸入端和所述電感的第一端連接；
[0021]所述電感的第二端分別和所述升壓芯片的控制端、所述正壓產生電路的輸入端、所述負壓產生電路的輸入端和所述基準電壓產生電路的輸入端連接；
[0022]所述供電電路用于提供單極性的輸入電壓；
[0023]所述升壓芯片用于控制所述電感兩端的電壓，并將所述電感兩端的電壓分別提供給所述正壓產生電路、所述負壓產生電路和所述基準電壓產生電路；
[0024]所述正壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生正電壓；
[0025]所述負壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生負電壓；
[0026]所述基準電壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生基準電壓。
[0027]所述正壓產生電路為第一電荷栗電路，其中，所述第一電荷栗電路用于根據所述電感兩端的電壓產生正電壓，且所述第一電荷栗電路包括N級電荷栗電路，N為大于等于I的正整數。
[0028]所述第一電荷栗電路的第N級電荷栗電路包括第一電容、第一二極管和第二二極管;其中，
[0029]所述第一電容的負極和所述電感的第二端連接，所述第一電容的正極分別與所述第一二極管的正極和所述第二二極管的負極連接;所述第二二極管的正極與所述第一電荷栗電路的第N-1級電荷栗電路中的第一二極管的負極連接；
[0030]所述第一二極管的負極根據所述電感兩端的電壓和所述第一電容的正極電壓輸出所述正電壓。
[0031]所述過壓保護單元包括第一一至第一五電子開關、第一一至第一六電阻及第八二極管，所述第一一電子開關的第一端通過所述第一一電阻與所述電壓轉換單元的輸出端相連并通過所述第一二電阻接地，所述第一一電子開關的第二端通過所述第一三電阻與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第二電壓，所述第一二電子開關的第一端與所述第一一電子開關的第二端相連，所述第一二電子開關的第二端通過所述第一四電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第一三電子開關的第一端通過所述第一五電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第一三電子開關的第二端與所述第八二極管的陰極相連，所述第一三電子開關的第三端與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第八二極管的陽極與所述第一二電子開關的第二端相連，所述第一四電子開關的第一端與所述第八二極管的陰極相連，所述第一四電子開關的第二端與所述第一三電子開關的第一端相連，所述第一五電子開關的第一端與所述第一四電子開關的第二端相連，所述第一五電子開關的第二端通過所述第一六電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓并與所述電源供應器的電源開機信號引腳相連，所述第一一、第一二、第一四及第一五電子開關的第三端均接地。
[0032]當所述電壓轉換單元的輸出端輸出的電壓等于所述電子元件的工作電壓時，所述第一一電子開關截止，所述第一二電子開關導通，所述第八二極管截止，所述第一四電子開關截止，所述第一三電子開關截止，所述第一五電子開關導通，所述第一五電子開關的第二端輸出一低電平信號給所述電源開機信號引腳，所述電源供應器正常工作；當所述電壓轉換單元的輸出端輸出的電壓大于所述電子元件的工作電壓時，所述第一一電子開關導通，所述第一二電子開關截止，所述第八二極管導通，所述第一四電子開關導通，所述第一三電子開關導通，所述第一五電子開關截止，所述第一五電子開關的第二端輸出一高電平信號給所述電源開機信號引腳，所述電源供應器停止電壓輸出。
[0033]所述負壓產生電路為第二電荷栗電路，其中，所述第二電荷栗電路用于根據所述電感兩端的電壓輸出所述負電壓，且所述第二電荷栗電路包括M級電荷栗電路，M為大于等于I的正整數。
[0034]所述第二電荷栗電路的每一級電荷栗電路包括第二電容、第三二極管和第四二極管。
[0035]所述第二電容的正極和所述電感的第二端連接，所述第二電容的負極分別與所述第三二極管的正極和所述第四二極管的負極連接;所述第三二極管的負極與所述第二電荷栗電路的第M-1級電荷栗電路中的第三二極管的正極連接；
[0036]所述第四二極管的正極根據所述第二電容的負極電壓輸出所述負電壓。
[0037]本實用新型的優點是:操作簡單，方便使用。
【附圖說明】
[0038]下面結合實施例和附圖對本實用新型進行詳細說明，其中:
[0039]圖1是本實用新型的結構示意圖。
[0040]圖2是電源電路的結構框圖。
[0041 ]圖3是圖2的電路圖。
[0042]圖4是電壓轉換單元的結構示意圖。
[0043]圖5是本實用新型的驅動單元的電路圖。
[0044]圖6是圖5的驅動模塊的電路圖。
[0045]圖7是本實用新型的電力載波模塊的電路圖。
[0046]圖8是本實用新型的采集單元的電路圖。
【具體實施方式】
[0047]下面結合附圖進一步闡述本實用新型的【具體實施方式】:
[0048]如圖1所示，為本實用新型的實施例公開的一種家用節電器，主要包括:第一繼電器KA1，第一電感L2，第一繼電線圈101，第二繼電器KA2，第二電感L3，第二繼電線圈102，M⑶模塊103，電源模塊104，電力載波模塊105，采集單元106和驅動單元107。
[0049]電源模塊104，電力載波模塊105，采集單元106，驅動單元107分別與MCU模塊103相連接，該電源模塊104接收電網(圖1中的L表示火線，N表示零線)中的交流AC220V ± 20 %的電壓，并將接收到的電壓轉化成MCU模塊103的工作電壓，以便MCU模塊103正常工作。電力載波模塊105與放電燈控制箱處的集中控制器(圖中未標示)進行通訊，用于發送和接收電力載波信號。當集中控制器向本實用新型的節電器發送電力載波信號時，由電力載波模塊105接收集中控制器發送的電力載波信號，并將該電力載波信號經過解調之后發送至MCU模塊103，再由M⑶模塊103生成相應的MCU指令，驅動輸出信號。當M⑶模塊103需要向集中控制器反饋相應的信息時，即當前放電燈的工作狀態信息，由MCU模塊103發送相關指令至電力載波模塊105，該電力載波模塊105將接收到的指令轉換成電力載波信號，并通過將其耦合到交流電源線上發送至集中控制器中。通過電力載波模塊105與集中控制器進行通訊，能夠實現對放電燈108的遠程控制，即完成放電燈108照明的智能控制。
[0050]采樣模塊106主要用于采集線路里的電壓信號，并將采集到的電壓信號經過隔離保護后發送至M⑶模塊1031⑶模塊103主要用于接收經過采樣模塊106處理的電壓信號和電力載波模塊105發送的電力載波信號，并依據接收到的信號生成相應的MCU指令，以及通過電力載波模塊105向集中控制器反饋當前放電燈108的工作狀態信息。
[0051 ]驅動單元107主要用于接收MCU模塊103發送的MCU指令，然后依據該MCU指令使第一繼電線圈101或第二繼電線圈102得電、失電，進而驅動第一繼電器KAl或第二繼電器KA2動作。如圖1中所示，第一繼電線圈101和第二繼電線圈102分別與驅動單元107相連接。
[0052]第一繼電器KAl和第二繼電器KA2，都具有三個觸點，即動觸點，第一靜觸點與第二靜觸點。在本實用新型公開的實施例中，第一繼電器KAl的第二靜觸點與第二繼電器KA2的第一靜觸點相連，第一電感L2與第二電感L3串聯，且第一繼電器KAl和第二繼電器KA2相連的連接點處與所述第一電感L2和第二電感L3串聯的一端相連，如圖1所示。
[0053]此外，第一電感L2的另一端則與第一繼電器KAl的第一靜觸點相連，第二電感L3的另一端則與第二繼電器KA2的第二靜觸點相連;而第一繼電器KAl的動觸點則與采集單元106相連，第二繼電器KA2的動觸點則與放電燈線路中原有的標準電感LI相連。
[0054]需要說明的是，第一電感L2為過壓繞組，當線路電壓過高時，由MCU模塊103發送相應的MCU指令，使驅動單元107驅動第一繼電器KAl動作，將第一電感L2接入到線路中。
[0055]此外，第二電感L3為降功率繞組，在需要降低放電燈功率的時候，由MCU模塊103控制第二繼電器KA2動作，將第二電感L3接入到線路中。
[0056]如圖2、3所示，所述電源模塊10包括一電壓轉換單元12、一過壓保護單元16及一電源供應器18。所述電壓轉換單元12與所述過壓保護單元16相連。所述電源供應器18與所述電壓轉換單元12及所述過壓保護單元16均相連。所述電壓轉換單元12用于將所述電源供應器18提供的第一電壓轉換成工作電壓，并將轉換后的電壓從所述電壓轉換單元12的輸出端輸出。所述過壓保護單元16用于在所述電壓轉換單元12的輸出端輸出的電壓大于工作電壓時，控制所述電源供應器18停止電壓輸出，從而對進行保護。
[0057]所述過壓保護單元16包括三個作為電子開關的第一一電子開關Q13-Q15、兩個作為電子開關的第一四電子開關Q16及第一五電子開關Q17、一第八二極管D及六個電阻Rll-Rl 6。所述第電子開關Ql 3的基極通過所述第電阻Rl I與所述電壓轉換單元12的輸出端相連，并通過所述第一二電阻R12接地。所述第一一電子開關Q13的集電極通過所述電阻R13與所述電源供應器18相連，以接收所述電源供應器18提供的第二電壓(例如一 5V_Standby電壓)。所述第電子開關Ql3的發射極接地。所述第一二電子開關Q14的基極與所述第一一電子開關Q13的集電極相連。所述第一二電子開關Q14的集電極通過所述第一四電阻R14與所述電源供應器18相連以接收所述第二電壓。所述第一二電子開關Q14的發射極接地。所述第一三電子開關Q15的基極通過所述第一五電阻R5與所述電源供應器18相連以接收所述第二電壓。所述第一三電子開關Q15的集電極與所述第八二極管D的陰極相連。所述第一三電子開關Q15的發射極與所述電源供應器18相連以接收所述第二電壓。所述第八二極管D的陽極與所述第一二電子開關Q14的集電極相連。所述第一四電子開關Q16的柵極與所述第一三電子開關Q15的集電極相連。所述第一四電子開關Q16的漏極與所述第一三電子開關Q15的基極相連。所述第一四電子開關Q16的源極接地。所述第一五電子開關Q17的柵極與所述第一四電子開關Ql 6的漏極相連。所述第一五電子開關為一 MOS管，且其的漏極通過所述電阻第一六R16與所述電源供應器18相連以接收所述第二電壓，并與所述電源供應器18的PS_0N(Power Supply-ON，電源開機)信號引腳相連。所述MOS管Q17的源極接地。
[0058]在本實施方式中，所述電子開關叭1、012、016及叭7均為匪03管，所述電子開關013及Q14均為NPN型三極管，所述第一三電子開關Q15為一 PNP型三極管。所述電阻Rll的阻值為rl，所述電阻R12的阻值為r2，所述電壓轉換單元12的輸出端輸出的電壓為Vout，所述第一一電子開關Q13的基極接收到的電壓Vl滿足公式一:Vl = Vout Xr2/(rl+r2)。在其它實施方式中，所述MOS管Qll、Q12、Q16及Q17均可替換為NPN型三極管及其它具有相同功能的開關，所述第一一電子開關Q13及第一二電子開關Q14可替換為NMOS管及其它具有相同功能的開關。所述第一三電子開關Q15可替換為PMOS管及其它具有相同功能的開關。電源電路通過所述過壓保護單元在所述電壓轉換單元的輸出端輸出的電壓大于所述電子元件的工作電壓時，控制所述電源供應器停止電壓輸出，從而有效地避免了因輸入電壓過高而導致所述電子元件受損的狀況發生。
[0059]如圖4所示，負壓產生電路4為一個能產生負電壓的I級電荷栗電路，其中，電容C2和二極管D2、D3構成一個電荷栗電路，則第二電容為C2，且第二電容C2的左端為正極，右端為負極，第三二極管為D2，第四二極管為D3。第二電容C2的正極與電感LI的右端連接，第二電容C2的負極分別與第三二極管D2的正極和第四二極管D3的負極連接，第四二極管D3的正極輸出負電壓，第三二極管D2的負極接地。負壓產生電路4的具體工作原理如下:通過電感LI的輸出電壓先對電容C2充電，電容C2極性為左正右負，然后斷開電感LI對電容C2充電通路；因為電容C2兩端的電壓不能突變，因此，右邊的負極電壓就會通過二極管D3輸出得到負電壓VGL ο若M大于等于2，則第三二極管D2的負極與第M-1級電荷栗電路中的第三二極管的正極連接，如此形成多級電荷栗電路。負壓產生電路4還可以在M級電荷栗電路的輸出端增加電容C3和穩壓二極管D8，電容C3用于對輸出的負電壓進行濾波處理，穩壓二極管D8實現穩壓輸出。基準電壓產生電路包括至少一個穩壓二極管，穩壓二極管的正極與電感的第二端連接，穩壓二極管的負極根據穩壓二極管的正極電壓輸出基準電壓。
[0060]基準電壓產生電路5包括穩壓二極管Dl，穩壓二極管Dl的正極與電感LI的右端連接，負極輸出負電壓VGL。基準電壓產生電路5還可以增加一個電容Cl，電容Cl用于對輸出的負電壓進行濾波處理。
[0061]本實施例提供的電壓轉換電路，采用多級電荷栗電路分別實現正電壓、負電壓的輸出，通過改變電荷栗電路的級數來改變輸出的正電壓和負電壓的大小，電路結構簡單，而且靈活可調。該驅動電路通過整體電路設計而實現利用脈沖變壓器來進行信號隔離，因而比起傳統驅動電路采用光電耦合的信號隔離方式，本實用新型的驅動電路無需額外獨立電源，從而能夠節省電源，其工作穩定性較好。
[0062]如圖5、6所示，本實用新型的驅動單元本實用新型的驅動單元包括，一種驅動電路，包括一個脈沖方波發生器MDl和一個驅動模塊MD2;脈沖方波發生器MDl的輸出端OUT連接驅動模塊MD2的第一輸入端INl，驅動模塊MD2還具有用于輸入低頻驅動信號DRIVEA的第二輸入端IN2，該驅動模塊包括信號轉換電路單元100和驅動電路單元200，信號轉換電路單元100和驅動電路單元200之間通過脈沖變壓器Tl相連接。
[0063]信號轉換電路單元100包括與非門單元111和全橋式逆變電路單元112與非門單元101的兩個輸出端分別連接全橋式逆變電路單元112的兩個輸入端，脈沖變壓器Tl具有原邊繞組和次級繞組，全橋式逆變電路單元112的兩個輸出端分別連接原邊繞組的兩個輸入端，次級繞組的兩個輸出端分別與驅動電路單元200的兩個輸入端相連接;上述的驅動電路單元200包括全橋整流電路201和輸出電路202，全橋整流電路201與脈沖變壓器Tl次級繞組的兩個輸出端相連接，該全橋整流電路201具有正極輸出端和負極輸出端，輸出電路202與所述正極輸出端和負極輸出端相連接。
[0064]其中，上述的與非門單元111中，與非門器件UA的第一輸入端即為驅動模塊MD2的第一輸入端INl，該與非門器件UA的第二輸入端連接與非門器件UB的第一輸入端，與非門器件UB的第一輸入端即為驅動模塊MD2的第二輸入端IN2，該與非門器件UB的第二輸入端連接與非門器件UA的輸出端。上述的全橋式逆變電路單元112中，門極電阻RlOl和門極電阻R103的一端分別與與非門器件UB的輸出端相連接，門極電阻RlOl的另一端連接P溝道場效應管Vl的門極，P溝道場效應管Vl的源極連接限流電阻R105的一端，限流電阻R105的另一端連接電源VCC，電源VCC還與限流電阻R106相連接，該限流電阻R106的另一端連接P溝道場效應管V2的源極，P溝道場效應管V2的門極連接門極電阻R102，門極電阻R102的另一端連接與非門器件UA的輸出端，該與非門器件UA的輸出端還連接門極電阻R104，門極電阻R104的另一端連接N溝道場效應管V4的門極，該N溝道場效應管V4的源極連接電源地，門極電阻R103的另一端與N溝道場效應管V3的門極相連接，該N溝道場效應管V3的源極也連接電源地，P溝道場效應管V2的漏極和N溝道場效應管V4的漏極分別與脈沖變壓器Tl原邊繞組的一端連接，P溝道場效應管Vl的漏極和N溝道場效應管V3的漏極分別與脈沖變壓器Tl原邊繞組的另一端相連接。
[0065]上述的全橋整流電路201包括四個二極管D101、D102、D10103、D104，脈沖變壓器Tl次級繞組的一端分別連接二極管DlOl的陽極和二極管D10103的陰極，二極管DlOl的陰極連接二極管D102的陰極，二極管D102的陽極與二極管D104的陰極分別連接脈沖變壓器Tl次級繞組的另一端，二極管D104的陽極與二極管D10103的陽極相連接，在該全橋整流電路201中，二極管DlOl或二極管D102的陽極即為上述的正極輸出端，二極管D10103或二極管D104的陰極即為上述的負極輸出端。
[0066]上述的輸出電路202包括二極管D105、P溝道場效應管V5、電阻R107以及電阻R108，二極管0105的_陽極連接上述的正極輸出端、P溝道場效應管V5的門極以及電阻R107，電阻R107的另一端連接上述的負極輸出端和P溝道場效應管V5的漏極，二極管D105的陰極連接P溝道場效應管V5的源極以及電阻R108，電阻R108的另一端G以及上述的負極輸出端E之間形成驅動電壓信號輸出端。場效應管V1、V2、V3、V4和V5可為M0SFET。
[0067]該驅動電路，主要是驅動模塊的工作原理為:驅動模塊MD2的第一輸入端INl與脈沖方波發生器MDl的輸出端OUT相連，驅動模塊MD2的第二輸入端IN2與外部低頻驅動信號相連，通常情況下，脈沖方波發生器MDl輸出的脈沖方波的頻率范圍為十幾千赫茲到幾十千赫茲，而與輸入端IN2相連的外部低頻驅動信號DRIVEA的頻率范圍在零點幾赫茲到幾百赫茲之間；在驅動模塊MD2的第二輸入端IN2為高電平的條件下:當驅動模塊MD2的第一輸入端INl為高電平時，與非門器件UA的輸出腳為低電平，而與非門器件UB的輸出腳則為高電平；當驅動模塊MD2的第一輸入端INl為低電平時，與非門器件UA的輸出腳為高電平，而與非門器件UB的輸出腳則為低電平。所以在輸入端IN2為高電平時，與非門器件UA和UB的輸出腳輸出兩路頻率和脈寬與所述第一輸入端INl相同的直流高頻脈沖互補信號，這兩路互補的信號通過門極電阻R101、R102、R103及R104驅動由P溝道場效應管V1、V2以及N溝道場效用管V3、V4所組成的全橋逆變電路，進而將直流高頻脈沖信號逆變為交流高頻脈沖信號，交流高頻脈沖信號再經由脈沖變壓器Tl隔離變壓，脈沖變壓器Tl輸出的交流高頻脈沖信號經二極管0101、0102、010103和0104組成的全橋整流電路201整流后，其正極輸出端則有正電壓輸出，此時P溝道場效應管V5由于門極和源極電壓相同而處于截止狀態，所以此時在驅動電壓信號輸出端G和E上就有驅動電壓，最終使所驅動的功率管導通;在驅動模塊MD2的第二輸入端IN2為低電平的條件下:與非門器件UA和UB的輸出腳都輸出高電平，從而使逆變橋上的場效應管V3和V4導通，因而脈沖變壓器Tl原邊繞組兩端都與電源地相連而無電壓，此時脈沖變壓器Tl輸出端也沒有電壓，致使P溝道場效應管V5的門極和源極之間產生電壓差而使其導通，使驅動電壓信號輸出端G與E通過R108導通，S卩G和E之間間失去電壓，最終導致所驅動的功率管處于阻斷狀態。總之，驅動電壓信號輸出端G和E之間輸出的驅動電壓信號跟隨驅動模塊MD2第二輸入端IN2上的低頻驅動信號，當該第二輸入端IN2為高電平時，驅動模塊的G和E上就有驅動信號，反之則無驅動信號，從而實現了驅動電路的目的。本實施例提供的電壓轉換電路，采用多級電荷栗電路分別實現正電壓、負電壓的輸出，通過改變電荷栗電路的級數來改變輸出的正電壓和負電壓的大小，電路結構簡單，而且靈活可調。該驅動電路通過整體電路設計而實現利用脈沖變壓器來進行信號隔離，因而比起傳統驅動電路采用光電耦合的信號隔離方式，本實用新型的驅動電路無需額外獨立電源，從而能夠節省電源，其工作穩定性較好。
[0068]如圖7所示，第一電力載波耦合通道1051、第二電力載波耦合通道1052、濾波電路1053、電力載波處理電路1054和載波功放電路1055，所述第一電力載波耦合通道1051設置在交流電纜的火線AC_L與零線AC_N2間，在交流電纜的火線六(:_1^與零線AC_N2間接收和發送第一載波信號;所述第二電力載波耦合通道1052設置在交流電纜的地線AC_PE與零線AC_N之間，在交流電纜的地線AC_PE與零線AC_N2間接收和發送第二載波信號。由于現有的噪聲和干擾主要在火線與零線之間，高頻干擾信號比較嚴重，將信號耦合到零線與地線上，因為零線和地線之間沒有電壓或者沒有高頻干擾，相對而言，沒有火線與零線之間的干擾信號大。電力載波信號在載波功放電路發送后，同時將電力載波信號耦合到第一電力載波耦合通道1051、第二電力載波耦合通道1052兩個通道中，如果火線和零線間的干擾信號比較大，那么電力載波信號可以通過零線與地線的通道傳輸到下一個設備中，下一個設備中同時接收了兩個通道的耦合信號，只要有一個通道能正常接收到信號，那么通訊將進行下去，很好的避免了單通道傳輸數據時，因干擾導致無法傳輸信息的問題。同時，該電路只要增加一路電力載波耦合通道，即可以實現多路載波耦合，對現有電路的改造小，成本小。
[0069]同時由于兩個通道都可以傳輸信號，地線AC_PE與零線AC_N之間在直流電或者沒有電壓的情況下也可以進行數據傳輸，與現有的只能在具有交流電的情況下才能進行數據傳輸，擴大了實用性。
[00"70] 所述第一電力載波親合通道1051包括第五一電感L51、第五一電容C51和第一親合變壓器Tl，所述第五一電感L51和第五一電容C51串聯且一端與火線AC_L相連，另一端與第一耦合變壓器Tl相連，所述第一耦合變壓器Tl的一側分別與火線AC_L與零線AC_N相連，另一側與載波功放電路1055的輸出端、濾波電路1053相連。所述第二電力載波耦合通道1052包括第二電感L2，第五二電容C52和第二耦合變壓器T2，所述第二電感L2和第五二電容C52串聯且一端與地線AC_PE相連，另一端與第二耦合變壓器T2相連，所述第二耦合變壓器T2的一側分別與地線AC_PE與零線AC_N相連，另一側與載波功放電路1 5 5的輸出端、濾波電路1053相連。
[0071]本實用新型的耦合方式可以進行高低壓隔離，絕緣耐壓可以達到4KV。同時采用了三重絕緣線雙線并饒方式。由于本實用新型是1:1耦合，不會放大噪聲或干擾，同時利用三重絕緣線進行雙線并饒，相比傳統的單獨繞線方式，可以降低干擾，保證信號不失真。所述第一電力載波耦合通道1051、第二電力載波耦合通道1052并聯且與所述濾波電路1053的一端相連，所述濾波電路1053的另一端與電力載波處理電路1054的輸入端相連，所述電力載波處理電路1054的輸出端與載波功放電路1055的輸入端相連，所述載波功放電路1055的輸出端分別與所述第一電力載波耦合通道1051、第二電力載波耦合通道1052相連。
[0072]所述濾波電路包括高阻低阻三階濾波器、衰減器和限幅電路，所述高阻低阻三階濾波器包括:并聯的第五四電容C54和第五四電感L54、并聯的第五五電容C55和第五五電感L55、并聯的第五六電容C56和第六電感L6，第五七電容C57和第五八電容C58，所述并聯的第五五電容C55和第五五電感L55—端與接地端相連，另一端與并聯的第五四電容C54和第五四電感L54的一端、第五八電容C58的一端相連，所述第五七電容C57的一端與親合通道相連，所述第五七電容C57的另一端與并聯的第五四電容C54和第五四電感L54的另一端相連，所述第五八電容C58的另一端與并聯的第五六電容C56和第五六電感L56的一端相連。本實施例采用T型的三階濾波器進行濾波，帶寬比較寬，濾波效果更好，在其他實施例中，也可以采用傳統的η型濾波。所述第五四電感L54與第五四電容C54并聯，第五六電感L56與第五六電容C56并聯，阻隔了 140K以上的高頻波；第五五電感L55與第五五電容C55并聯，阻隔了120K以下的高頻波，從而實現了高阻低阻濾波。
[0073]所述衰減器包括第五一電阻R51、第五二電阻R52、第五一開關管Q51和控制信號端CAGC，所述第五一電阻R51的一端接地，所述第五一電阻R51的另一端與控制信號端CAGC、第五一開關管Q51的控制相連接，所述第五一開關管Q51的一端接地，另一端與第五二電阻R52的一端相連，所述第五二電阻R52的另一端連接電力載波處理電路1054。通過衰減器可以將電力載波信號通過該電路衰減60db，以衰減干擾信號。
[0074]所述限幅電路包括兩個方向相反且并聯的二極管D51和D52，所述并聯的二級管的一端接地，另一端接電力載波處理電路。由于二極管的導通電壓為0.7V，將載波信號限幅在
0.7V以內，以免信號過大燒毀載波芯片。
[0075]圖8所示，本實用新型的采集單元包括:數據采集模塊211、從邏輯控制模塊212、主邏輯控制模塊213、電氣隔離模塊214和總線橋模塊215。用于對待測量系統進行數據采集和/或輸出的數據采集模塊;與所述數據采集模塊連接、用于對所述數據采集模塊進行邏輯控制的從邏輯控制模塊；用于與所述從邏輯控制模塊以及主邏輯控制模塊;所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊之間連接有用于進行電氣隔離的電氣隔離模塊;所述主邏輯控制模塊還連接有總線橋模塊，所述總線橋模塊用于實現所述主邏輯控制模塊的通信;所述電氣隔離模塊包括:分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行電源隔離的電源隔離模塊;分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行信號隔離的信號隔離模塊;所述從邏輯控制模塊包括:從數據封裝模塊，分別與所述數據采集模塊和所述電氣隔離模塊連接，用于對所述數據采集模塊采集的第一數據進行封裝并經所述電氣隔離模塊傳輸給所述主邏輯控制模塊;所述主邏輯控制模塊包括:主數據解封裝模塊，分別與所述電氣隔離模塊和所述總線橋模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第一數據進行解封裝處理、并經所述總線橋模塊發送;和/或，所述從邏輯控制模塊還包括:從數據解封裝模塊，與所述電氣隔離模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第二數據進行解封裝處理并向待測量系統側輸出；所述主邏輯控制模塊還包括:主數據封裝模塊，分別與所述總線橋模塊和電氣隔離模塊連接，用于對經所述總線橋模塊接收的第二數據進行封裝處理、并經所述電氣隔離模塊發送給所述從邏輯控制模塊;所述主邏輯控制模塊還包括:第一存儲控制器和第一存儲器;所述第一存儲控制器分別與所述主數據解封裝模塊、所述第一存儲器和所述總線橋模塊連接，用于將所述主數據解封裝模塊輸出的第一數據存儲至所述第一存儲器、并將所述第一存儲器存儲的第一數據經所述總線橋模塊分次批量發送;和/或，第二存儲控制器和第二存儲器;所述第二存儲控制器分別與所述主數據封裝模塊、所述第二存儲器和所述總線橋模塊連接，用于將經所述總線橋模塊接收的第二數據存儲至所述第二存儲器、并將所述第二存儲器存儲的第二數據分次批量發送至所述主數據封裝模塊。所述信號隔離模塊為:隔離芯片、磁隔離器、光耦隔離器或者光電隔離器。所述從邏輯控制模塊為從FPGA模塊，所述主邏輯控制模塊為主FPGA模塊。所述主邏輯控制模塊還包括:與所述第一存儲控制器連接的第一緩存器，所述第一緩存器用于在所述第一存儲控制器的控制下緩存所述主數據解封裝模塊輸出的第一數據、并將其緩存的第一數據經所述第一存儲控制器分次批量發送至所述第一存儲器;和/或，與所述第二存儲控制器連接的第二緩存器，所述第二緩存器用于在所述第二存儲控制器的控制下緩存自所述總線橋模塊接收的第二數據、并將其緩存的第二數據經所述第二存儲控制器分次批量發送至所述從邏輯控制模塊。
[0076]所述總線橋模塊為PCI橋芯片。所述數據采集模塊包括:數字輸入/輸出模塊、數模轉換模塊、和/或模數轉換模塊。所述數字輸入/輸出模塊包括多路數字輸入通道和多路數字輸出通道;和/或，所述數模轉換模塊包括多路同步模擬輸出通道;和/或，所述模數轉換模塊的位數為24比特，采樣率為每秒4百萬次采樣;或者，所述模數轉換模塊具有多路模擬信號輸入通道，所述模數轉換模塊包括輸入選擇單元、可編程增益放大器單元、及模數轉換單元，所述輸入選擇單元用于對所述多路模擬信號輸入通道進行選通控制，所述可編程增益放大器單元用于放大由所述多路模擬信號輸入通道輸入的模擬信號，所述模數轉換單元用于將放大后的模擬信號轉換為數字信號進行輸出；和/或，所述數字輸入/輸出模塊、所述數模轉換模塊和所述模數轉換模塊依次通信連接。
[0077]本實用新型的采集模塊，在近待測量系統側設置從邏輯控制模塊，在近上位機(也稱為主機)側設置主邏輯控制模塊，從邏輯控制模塊和主邏輯控制模塊之間傳輸的數據為數字信號，電氣隔離模塊設置于數據采集卡傳輸數字信號的部分即信號隔離環節設置于信號的數字部分，不僅避免了引入被測量系統的共模電壓等干擾，而且避免了對模擬信號進行隔離造成的信號損失，以較低成本實現了數據的隔離式采集。
[0078]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本實用新型的保護范圍之內。
【主權項】
1.一種家用節電器，其特征在于，包括:第一繼電器，第二繼電器，串聯的第一電感與第二電感，MCU模塊，以及分別與MCU模塊相連的電源模塊、采集單元、電力載波模塊和驅動單元； 其中， 所述第一電感為過壓繞組，所述第二電感為降功率繞組； 所述電源模塊為所述MCU模塊提供工作電壓； 所述電力載波模塊接收由集中控制器發送的電力載波信號，并將所述電力載波信號進行解調處理后發送給MCU模塊；以及接收所述MCU模塊反饋的反饋指令，并將所述反饋指令轉換成電力載波信號，并通過將其耦合到交流電源線上發送給所述集中控制器;所述反饋指令為當前放電燈的工作狀態信息，所述的電力載波模塊包括第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道;所述第一電力載波耦合通道設置在交流電纜的火線與零線之間，在交流電纜的火線與零線之間接收和發送第一載波信號;所述第二電力載波耦合通道設置在交流電纜的地線與零線之間，在交流電纜的地線與零線之間接收和發送第二載波信號，還包括濾波電路、電力載波處理電路和載波功放電路，所述第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道并聯且與所述濾波電路的一端相連，所述濾波電路的另一端與電力載波處理電路的輸入端相連，所述電力載波處理電路的輸出端與載波功放電路的輸入端相連，所述載波功放電路的輸出端分別與所述第一電力載波耦合通道、第二電力載波耦合通道相連；所述第一電力載波耦合通道包括第一電感，第一電容和第一耦合變壓器，所述第一電感和第一電容串聯且一端與火線相連，另一端與第一耦合變壓器相連，所述第一耦合變壓器的一側分別與火線與零線相連，另一側與載波功放電路的輸出端、濾波電路相連； 所述MCU模塊依據所述電力載波模塊發送的電力載波信號，或接收到的所述采集單元采集的經過隔離保護后的電壓信號，生成相應的MCU指令； 所述驅動單元接收所述MCU指令，驅動所述第一繼電器或第二繼電器動作;且所述驅動單元包括，脈沖方波發生器和至少一個驅動模塊； 所述脈沖方波發生器的輸出端連接驅動模塊的第一輸入端，且該脈沖方波發生器向驅動模塊的第一輸入端輸入高頻方波脈沖信號，所述驅動模塊還具有用于輸入低頻驅動信號的第二輸入端，該驅動模塊包括信號轉換電路單元和驅動電路單元，信號轉換電路單元和驅動電路單元之間通過脈沖變壓器相連接； 在所述驅動模塊的第二輸入端為高電平時，所述信號轉換電路單元將所輸入的低頻驅動信號和高頻方波脈沖信號轉換為交流高頻脈沖信號，所述的脈沖變壓器對該交流高頻脈沖信號進行隔離變壓后通過所述的驅動電路單元輸出驅動電壓信號;所述的驅動模塊設為至少兩個，每個驅動模塊的第一輸入端分別連接所述脈沖方波發生器的輸出端，每個驅動模塊的第二輸入端分別用于輸入相應的低頻驅動信號； 所述電源模塊包括，一電壓轉換單元、一過壓保護單元及一電源供應器，所述電壓轉換單元的輸入端與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第一電壓，所述電壓轉換單元的輸出端與電子元件相連； 所述電源模塊包括，一電壓轉換單元、一過壓保護單元及一電源供應器，所述電壓轉換單元的輸入端與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第一電壓，所述電壓轉換單元的輸出端與所述電子元件相連； 所述采集單元包括:用于對待測量系統進行數據采集和/或輸出的數據采集模塊;與所述數據采集模塊連接、用于對所述數據采集模塊進行邏輯控制的從邏輯控制模塊；用于與所述從邏輯控制模塊以及主邏輯控制模塊;所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊之間連接有用于進行電氣隔離的電氣隔離模塊;所述主邏輯控制模塊還連接有總線橋模塊，所述總線橋模塊用于實現所述主邏輯控制模塊的通信;所述電氣隔離模塊包括:分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行電源隔離的電源隔離模塊;分別與所述從邏輯控制模塊和所述主邏輯控制模塊連接、用于進行信號隔離的信號隔離模塊；所述從邏輯控制模塊包括:從數據封裝模塊，分別與所述數據采集模塊和所述電氣隔離模塊連接，用于對所述數據采集模塊采集的第一數據進行封裝并經所述電氣隔離模塊傳輸給所述主邏輯控制模塊;所述主邏輯控制模塊包括:主數據解封裝模塊，分別與所述電氣隔離模塊和所述總線橋模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第一數據進行解封裝處理;和/或，所述從邏輯控制模塊還包括:從數據解封裝模塊，與所述電氣隔離模塊連接，用于對經所述電氣隔離模塊接收的第二數據進行解封裝處理并向待測量系統側輸出。2.根據權利要求1所述的家用節電器，其特征在于，所述第一繼電器和第二繼電器相連的連接點與所述第一電感和第二電感串聯的一端相連;所述第一電感的另一端與所述第一繼電器的第一靜觸點相連，所述第二電感的另一端與所述第二繼電器的第二靜觸點相連；所述第一繼電器的動觸點與所述采集單元相連，所述第二繼電器的動觸點與標準電感相連。3.根據權利要求2所述的家用節電器，其特征在于，所述電壓轉換單元包括:供電電路、儲能升壓電路、正壓產生電路、負壓產生電路和基準電壓產生電路;其中，所述儲能升壓電路包括升壓芯片和電感； 所述供電電路的輸出端分別與所述升壓芯片的輸入端和所述電感的第一端連接； 所述電感的第二端分別和所述升壓芯片的控制端、所述正壓產生電路的輸入端、所述負壓產生電路的輸入端和所述基準電壓產生電路的輸入端連接； 所述供電電路用于提供單極性的輸入電壓； 所述升壓芯片用于控制所述電感兩端的電壓，并將所述電感兩端的電壓分別提供給所述正壓產生電路、所述負壓產生電路和所述基準電壓產生電路； 所述正壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生正電壓； 所述負壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生負電壓； 所述基準電壓產生電路用于根據所述電感兩端的電壓產生基準電壓。4.根據權利要求3所述的家用節電器，其特征在于，所述正壓產生電路為第一電荷栗電路，其中，所述第一電荷栗電路用于根據所述電感兩端的電壓產生正電壓，且所述第一電荷栗電路包括N級電荷栗電路，N為大于等于I的正整數。5.根據權利要求4所述的家用節電器，其特征在于，所述第一電荷栗電路的第N級電荷栗電路包括第一電容、第一二極管和第二二極管;其中， 所述第一電容的負極和所述電感的第二端連接，所述第一電容的正極分別與所述第一二極管的正極和所述第二二極管的負極連接;所述第二二極管的正極與所述第一電荷栗電路的第N-1級電荷栗電路中的第一二極管的負極連接； 所述第一二極管的負極根據所述電感兩端的電壓和所述第一電容的正極電壓輸出所述正電壓。6.根據權利要求5所述的家用節電器，其特征在于，所述過壓保護單元包括第一一至第一五電子開關、第一一至第一六電阻及第八二極管，所述第一一電子開關的第一端通過所述第一一電阻與所述電壓轉換單元的輸出端相連并通過所述第一二電阻接地，所述第一一電子開關的第二端通過所述第一三電阻與所述電源供應器相連以接收所述電源供應器提供的第二電壓，所述第一二電子開關的第一端與所述第一一電子開關的第二端相連，所述第一二電子開關的第二端通過所述第一四電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第一三電子開關的第一端通過所述第一五電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第一三電子開關的第二端與所述第八二極管的陰極相連，所述第一三電子開關的第三端與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓，所述第八二極管的陽極與所述第一二電子開關的第二端相連，所述第一四電子開關的第一端與所述第八二極管的陰極相連，所述第一四電子開關的第二端與所述第一三電子開關的第一端相連，所述第一五電子開關的第一端與所述第一四電子開關的第二端相連，所述第一五電子開關的第二端通過所述第一六電阻與所述電源供應器相連以接收所述第二電壓并與所述電源供應器的電源開機信號引腳相連，所述第一一、第一二、第一四及第一五電子開關的第三端均接地。7.根據權利要求6所述的家用節電器，其特征在于，當所述電壓轉換單元的輸出端輸出的電壓等于所述電子元件的工作電壓時，所述第一一電子開關截止，所述第一二電子開關導通，所述第八二極管截止，所述第一四電子開關截止，所述第一三電子開關截止，所述第一五電子開關導通，所述第一五電子開關的第二端輸出一低電平信號給所述電源開機信號引腳，所述電源供應器正常工作；當所述電壓轉換單元的輸出端輸出的電壓大于所述電子元件的工作電壓時，所述第一一電子開關導通，所述第一二電子開關截止，所述第八二極管導通，所述第一四電子開關導通，所述第一三電子開關導通，所述第一五電子開關截止，所述第一五電子開關的第二端輸出一高電平信號給所述電源開機信號引腳，所述電源供應器停止電壓輸出。8.根據權利要求7所述的家用節電器，其特征在于，所述負壓產生電路為第二電荷栗電路，其中，所述第二電荷栗電路用于根據所述電感兩端的電壓輸出所述負電壓，且所述第二電荷栗電路包括M級電荷栗電路，M為大于等于I的正整數。9.根據權利要求8所述的家用節電器，其特征在于，所述第二電荷栗電路的每一級電荷栗電路包括第二電容、第三二極管和第四二極管。10.根據權利要求9所述的家用節電器，其特征在于，所述第二電容的正極和所述電感的第二端連接，所述第二電容的負極分別與所述第三二極管的正極和所述第四二極管的負極連接;所述第三二極管的負極與所述第二電荷栗電路的第M-1級電荷栗電路中的第三二極管的正極連接； 所述第四二極管的正極根據所述第二電容的負極電壓輸出所述負電壓。
【文檔編號】H02J3/12GK205646827SQ201620142809
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年2月25日
【發明人】苗迪
【申請人】上海贊迪網絡科技有限公司