一种智能通断电控制电路及安全插座的制作方法

本发明属于用电安全保护领域，尤其涉及一种智能通断电控制电路及安全插座。

背景技术：

随着科学技术的发展与进步，人们的生活越来越现代化，各种方面人们日常生产和生活的电器产品层出不穷。

然而，这些电器产品在给人们带来美好的生活体验的同时也会造成一定的用电安全隐患，特别是通过市电或工业用电等高压交流电源供电的电器产品，通常会由于使用不当或者疏忽大意而导致使用者触电，造成人员伤亡。目前市面上所使用的漏电保护开关，是利用通过人体的漏电电流来推动保护开关，无法根除对人体的伤害。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种智能通断电控制电路及安全插座，旨在解决目前市面上所使用的漏电保护开关，是利用通过人体的漏电电流来推动保护开关，无法根除对人体的伤害的问题。

本发明是这样实现的，一种智能通断电控制电路，与交流电源的火线和零线连接、为用电负载供电，所述智能通断电控制电路包括：

第一输入端接所述火线、第二输入端接所述零线，对输入的交流电进行降压整流并通过其直流输出端输出直流电的降压整流模块；

电源端接所述直流输出端、接地端接所述零线，根据其发射的超声波检测信号所反馈的检测距离是否大于响应阈值，来控制其电平输出端输出高/低电平 信号的超声波检测模块；

输入端接所述电平输出端、电源端接所述直流输出端，以将所述高/低电平信号转换成通/断电控制信号并通过其控制端输出的电平转换模块；

输入端接所述火线、输出端接用电负载、控制端接所述电平转换模块的控制端，以根据所述通/断电控制信号，实现导通/截止的交流电子开关。

优选的，所述降压整流模块包括回路电阻R1、降压电容C1、整流二极管D1、稳压管D2以及滤波电容C2，其中，降压电容C1的一端为所述降压整流模块的第一输入端、另一端与整流二极管D1的正极以及稳压管D2的负极共接，整流二极管D1的负极与滤波电容C2的正极共接构成所述降压整流模块的直流输出端，稳压管D2的正极与滤波电容C2的负极共接构成所述降压整流模块的第二输入端，回路电阻R1并联在降压电容C1的两端。

优选的，所述超声波检测模块为超声波芯片，其发射的超声波检测信号的频率范围为13MHZ～40MHZ，响应阈值为25mm～75mm。

优选的，所述电平转换模块包括NPN型三极管Q1、PNP型三极管Q2、偏置电阻R2和偏置电阻R3，其中，三极管Q1的基极接偏置电阻R2的一端、集电极为所述电平转换模块的电源端、集电极还经偏置电阻R3接三极管Q2的基极，偏置电阻R2的另一端为所述电平转换模块的输入端，三极管Q2的发射极为所述电平转换模块的控制端，三极管Q1的发射极和三极管Q2的集电极共接构成所述电平转换模块的输出端。

优选的，所述电平转换模块还包括钳位电容C3和负载电阻R4，其中，钳位电容C3的一端与所述直流输出端和所述超声波检测模块的电源端共接、另一端接三极管Q1的集电极，负载电阻R4一端接所述直流输出端、另一端与三极管Q2的发射极和所述交流电子开关的控制端共接。

优选的，所述智能通断电控制电路还包括连接在所述电平转换模块的控制端、所述交流电子开关的控制端以及所述零线之间的滤波模块。

优选的，所述滤波模块包括电阻R5和电容C4，其中，电阻R5一端与所 述电平转换模块的控制端和所述交流电子开关的控制端共接、另一端接所述零线，电容C4并联在电阻R5两端。

优选的，所述交流电子开关为双向可控硅D3，其第一阳极、第二阳极和控制极分别对应所述交流电子开关的输入端、输出端和控制端。

优选的，所述智能通断电控制电路还包括串联在所述火线上的保险丝。

本发明还提供一种安全插座，作为用电负载与交流电源之间的连接件，所述安全插座包括如前任一项所述的智能通断电控制电路。

本发明与现有技术相比，有益效果在于：

通过超声波检测模块发射的超声波检测信号，来检测人体与所述智能通断电控制电路之间的距离，并根据反馈的检测距离是否大于响应阈值，来对交流电子开关进行导通/截止控制，从而实现对交流电源的智能通断电控制，可以有效避免人体与交流电源的直接接触，彻底根除了电流对人体的伤害，保证了用电安全；通过在交流电源与超声波检测模块、电平转换模块以及交流电子开关之间设置降压整流模块，用于对交流电源进行降压整流，为超声波检测模块、电平转换模块以及交流电子开关提供稳定的直流电，以保证电路的正常运行，提高电路的稳定性；通过超声波检测模块来检测人体距离智能通断电控制电路的距离，反应灵敏、检测精度高，可有效提高所述智能通断电控制电路的灵敏度，从而有效保障用电安全；通过交流电子开关模块来实现对交流电源的通断电控制，成本低廉且反应灵敏；通过设置滤波模块和钳位电容C3，可有效滤除电路中的干扰杂波；偏置电阻R2、偏置电阻R3和负载电阻R4用于防止加在三极管Q1和三极管Q2上的信号源过载，保证其稳定性；通过在火线上串联保险丝，可在电路电流过大时自动断开电源，保证电路安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的智能通断电控制电路的基本结构框图；

图2是本发明的优选实施例提供的智能通断电控制电路的电路原理图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

图1是本发明实施例提供的智能通断电控制电路的基本结构框图。

如图1所示，本发明实施例提供的智能通断电控制电路100，与交流电源200的火线L和零线N连接、为用电负载供电300，智能通断电控制电路100包括降压整流模块10、超声波检测模块20、电平转换模块30和交流电子开关40。

交流电源200是指电压为110V/220V/380V、频率为50HZ/60HZ的工频交流电。本实施例中优选电压为220V、频率为50HZ的工频交流电。

降压整流模块10的第一输入端接火线L、第二输入端接零线N，对输入的交流电进行整流降压并通过其直流输出端输出直流电。

超声波检测模块20的电源端接降压整流模块10的直流输出端、接地端接零线N、电平输出端接电平转换模块30的输入端，根据其发射的超声波检测信号所反馈的检测距离是否大于响应阈值，来控制其电平输出端输出高/低电平信号。

在具体应用中，超声波检测模块20发射的超声波检测信号的频率范围为13MHZ～40MHZ，响应阈值为25mm～75mm。本实施例中，优选平率范围为27MHZ，响应阈值为50mm的超声波芯片。

电平转换模块30的输入端接超声波检测模块20的电平输出端、电源端接降压整流模块10的直流输出端、输出端接零线N、控制端接交流电子开关40的控制端，以将超声波检测模块20的电平输出端输出的高/低电平信号转换成通/断电控制信号并通过其控制端输出。

交流电子开关40的输入端接火线L、输出端接用电负载300、控制端与降 压整流模块10的直流输出端和电平转换模块30的控制端共接，以根据电平转换模块30的控制端输出的通/断电控制信号，实现导通/截止。

当超声波检测模块20检测到人体距离智能通断电控制电路100的距离＞50mm时，超声波检测模块20的电平输出端输出高电平信号，使电平转换模块30的控制端输出通电控制信号，从而使交流电子开关40导通，进而使交流电源200的火线L与用电负载300接通，使用电负载300通电；

当超声波检测模块20检测到人体距离智能通断电控制电路100的距离≤50mm时，超声波检测模块20的电平输出端输出低电平(0电平)信号，使电平转换模块30的控制端输出断电控制信号，从而使交流电子开关40截止，进而使交流电源200的火线L与用电负载300断开，使用电负载300断电。

图2是本发明的优选实施例提供的智能通断电控制电路的电路原理图。

如图2所示，在本发明的优选实施例提供的智能通断电控制电路100中，降压整流模块10包括回路电阻R1、降压电容C1、整流二极管D1、稳压管D2以及滤波电容C2，其中，降压电容C1的一端为降压整流模块10的第一输入端、另一端与整流二极管D1的正极以及稳压管D2的负极共接，整流二极管D1的负极与滤波电容C2的正极共接构成降压整流模块10的直流输出端，稳压管D2的正极与滤波电容C2的负极共接构成降压整流模块10的第二输入端，回路电阻R1并联在降压电容C1的两端。

在本优选实施例中，降压整流模块10的直流输出端输出的是电压为6V的直流电，回路电阻R1的参数为1206封装、标称阻值470KΩ、额定电压1KV；降压电容C1的参数为标称电容量0.47uF、额定电压400V；滤波电容C2的参数为标称电容量200uF、额定电压16V。

超声波检测模块20为超声波芯片U1，包括电源引脚VDD、输出引脚OUT和接地引脚GND，分别对应超声波检测模块20的电源端、电平输出端和接地端。

如图2所示，在本优选实施例中，电平转换模块30包括NPN型三极管Q1、 PNP型三极管Q2、偏置电阻R2和偏置电阻R3，其中，三极管Q1的基极接偏置电阻R2的一端、集电极为电平转换模块30的电源端、集电极还经偏置电阻R3接三极管Q2的基极，偏置电阻R2的另一端为电平转换模块30的输入端，三极管Q2的发射极为电平转换模块30的控制端，三极管Q1的发射极和三极管Q2的集电极共接构成电平转换模块30的输出端。

在本优选实施例中，三极管Q1和三极管Q2均为STO23型封装三极管，偏置电阻R2和偏置电阻R3均为0603型封装电阻。

如图2所示，在本优选实施例中，电平转换模块30还包括钳位电容C3和负载电阻R4，其中，钳位电容C3的一端与降压整流模块10的直流输出端和超声波检测模块20的电源端共接、另一端接三极管Q1的集电极，负载电阻R4一端接降压整流模块10的直流输出端、另一端与三极管Q2的发射极和交流电子开关40的控制端共接。

在本优选实施例中，钳位电容C3的参数为标称电容量47uF、额定电压16V，负载电阻R4的参数为0603封装、标称阻值3KΩ。

如图2所示，在本优选实施例中，智能通断电控制电路100还包括连接在电平转换模块30的控制端、交流电子开关40的控制端以及零线N之间的滤波模块50。

滤波模块50包括电阻R5和电容C4，其中，电阻R5一端与电平转换模块30的控制端和交流电子开关40的控制端共接、另一端接零线N，电容C4并联在电阻R5两端。

在本优选实施例中，电容C4的标称电容量为0.01uF，分压电阻R5的参数为0603封装、标称阻值1KΩ。

如图2所示，在本优选实施例中，交流电子开关40为双向可控硅D3，其第一阳极、第二阳极和控制极分别对应交流电子开关40的输入端、输出端和控制端。

智能通断电控制电路100还包括串联在火线L上的保险丝F1。在本优选实 施例中，保险丝F1的参数为额定电压250V，额定电流5A。

基于上述智能通断电控制电路100，本发明的工作原理为：

交流电从火线L和零线N输入，电路中的电流走向为：

(1)火线L输入电流经保险丝F1流向降压电容C1、整流二极管D1、滤波电容C2回到零线N；

(2)零线N的回路电流经稳压二极管D2、降压电容C1或回路电阻R1、保险丝F1回到火线L；

(3)当交流电子开关D3导通时，火线L输入电流经保险丝F1、交流电子开关D3流向用电负载的火线，然后经用电负载的零线回到零线N；当双向可控硅D3截止时此路不通，无电流通过。

降压模块输出的直流电的电流走向为：

(1)直流输出端输出电流，流入超声波检测芯片U1的VDD引脚，经OUT引脚输出、经GND引脚回到零线N(相当于接地)，当检测到人体距离智能通断电控制电路100的距离大于响应阈值时，OUT引脚发出高电平信号，经偏置电阻R2流向NPN型三极管Q1的基极，直流输出端输出的电流还经钳位电容C3流入三极管Q1的集电极，三极管Q1导通，电流经三极管Q1的发射极回到零线，此时三极管Q1的集电极电流很大，经偏置电阻R3流向PNP型三极管Q2的基极，对应的使得三极管Q2的基极电压很大(等于偏置电阻R3的电压)；与此同时，直流输出端输出电流，经负载电阻R4流向三极管Q2的发射极，此时三极管Q2的基极电压大于其发射极电压，三极管Q2截止，使得经负载电阻R4流向三极管Q2的发射极的电流流向双向可控硅D3的控制极，使其双向导通，从而使得火线L上的交流电可以流向用电负载；

(2)直流输出端输出电流，流入超声波检测芯片U1的VDD引脚，经OUT引脚输出、经GND引脚回到零线N(相当于接地)，当检测到人体距离智能通断电控制电路100的距离小于或等于响应阈值时，OUT引脚发出低电平(0电平)信号，使三极管Q1截止，对应的使得三极管Q2的基极电压为低电平(为 0电平)；与此同时，直流输出端输出电流，经负载电阻R4流向三极管Q2的发射极，此时三极管Q2的基极电压小于其发射极电压，三极管Q2导通，使得经负载电阻R4流向三极管Q2的发射极的电流经其集电极回到零线N，使双向可控硅D3的控制极为0电平，双向截止，从而使得火线L上的交流电不能流向用电负载。

本发明实施例还提供一种安全插座，作为用电负载与交流电源之间的连接件，包括所述智能通断电控制电路100。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。