本發(fā)明屬于智能家用電器技術領域，特別是指一種無火花開關裝置及防觸電智能插座。

背景技術：

插座或插線板在家居、辦公等場所隨處可見，其功能是擴展電源接口、延長電源線路或為電器提供電源接口。自插座問世至今，現(xiàn)主流的插座產(chǎn)品不論是三腳插口還是兩腳插口，其內部的銅片在插頭被撥出后依然是帶電的，因此容易造成觸電事故，特別是兒童觸電事故的數(shù)量及比例越來越高。

為了防止兒童的觸電事故，現(xiàn)兒童活動場所所使用的插座已經(jīng)被強制要求必須帶有安全防護門結構，現(xiàn)插座上使用的防護門結構基本上是在插座內加裝機械結構的保護門，對單一的插口的下壓是不能開啟保護門的，只有在兩個插口或者三個插口同時下壓時，保護門才能開啟，這種技術在一定程度上解決了兒童觸電問題，但是使用安全防護門結構依然存在以下的不足之處：

1)在插入插頭時，對插頭施加的插入力增大，造成對一些用戶的使用困難，另一方面，在施加外力將插頭插入插座過程中，手指有可能會誤觸插頭的接線柱而發(fā)生觸電現(xiàn)象。

2)插座內的銅片是常帶電的，在插頭從插座內撥出后，若不及時關掉插座電源，若細金屬被意外插入閑置的插口內時，依然有觸電危險。

同時，隨著互聯(lián)網(wǎng)技術的普及，互聯(lián)網(wǎng)技術的應用范圍逐漸拓寬，依托互聯(lián)網(wǎng)的智能(具備APP遠程控制、場景設置、定時及延時等功能)插座已經(jīng)出現(xiàn)。智能插座會給人們的生活帶來極大的便利，有可能替代普通插座進入更多的家庭及辦公場所。但是現(xiàn)技術的智能插座其遠程控制多數(shù)采用繼電器作為開關器件，帶來許多新的問題：

1)現(xiàn)技術的智能插座的繼電器帶載開通或者關斷時，會產(chǎn)生拉弧(電火花)，容易燒毀繼電器觸頭而降低智能插座的使用壽命。

2)在總電源開通的情況下，插入或者撥出電器的插頭亦會產(chǎn)生拉弧現(xiàn)象，進而影響到電器的使用壽命，嚴重時甚至會威脅到人身安全。

3)智能插座的負載驅動能力和負載性質有關，當接入電容或者電感負載時，驅動能力達不額定功率。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種無火花開關裝置及防觸電智能插座，以解決現(xiàn)技術的插座及智能插座存在觸電隱患及插頭插入不順暢的問題。

本發(fā)明的另一個目的是解決插座插口常帶電及繼電器開關及電器插撥過程中產(chǎn)生電弧的問題。

本發(fā)明的再一個目的是解決現(xiàn)智能插座對電容或者電感負載驅動能力不足的問題；以及解決智能插座的開關觸點在分合閘時產(chǎn)生電弧導致降低開關壽命的問題。

本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種無火花開關裝置，包括一組繼電器、反并聯(lián)可控半導體模塊及觸發(fā)電路；

一組所述繼電器至少包括第一繼電器和第二繼電器；

所述第一繼電器設置于電源的火線上，用于控制所述火線的連通或斷開；

所述第二繼電器與所述反并聯(lián)可控制半導體模塊串聯(lián)后再與所述第一繼電器并聯(lián)設置于所述火線上，用于控制所述火線的連通或斷開；

所述觸發(fā)電路分別與所述反并聯(lián)可控半導體模塊及控制系統(tǒng)電連接。

一組所述繼電器中還包括第三繼電器；所述第三繼電器設置于所述電源的零線上，用于控制所述零線的連通或斷開。

一種無火花開關裝置，包括多組繼電器、一個反并聯(lián)可控半導體模塊及觸發(fā)電路；

每組繼電器之間并聯(lián)連接于電源上；

每組繼電器均包括兩個繼電器，分別為第四繼電器和第五繼電器；

所述第四繼電器設置于所述電源的火線上，用于控制所述火線的連通或斷開；

所述第五繼電器與所述反并聯(lián)可控半導體模塊串聯(lián)后與所述第四繼電器并聯(lián)設置于所述火線上，用于控制所述火線的連通或斷開；

所述觸發(fā)電路分別與所述反并聯(lián)可控半導體模塊及控制系統(tǒng)電連接。

每組繼電器還包括第六繼電器，所述第六繼電器設置于所述電源的零線上，用于控制所述零線的連通或斷開。

一種防觸電智能插座，包括上述任一項所述的無火花開關裝置，還包括插座本體、插撥檢測裝置及控制系統(tǒng)；

所述插座本體上設置有至少一組插接口；每組所述插接口至少包括兩個插口，在與每個所述插口相對應處設置有一個用于與插頭的插腳插接配合的觸腳；

所述無火花開關裝置與所述觸腳電連接；

所述插撥檢測裝置與每組所述插接口的火線插孔和零線插孔一一對應設置于所述插座本體內；所述插撥檢測裝置與所述控制系統(tǒng)電連接；所述控制系統(tǒng)與所述無火花開關裝置電連接。

本發(fā)明的有益效果是：

本發(fā)明采用微電子應用技術，有效解決了現(xiàn)插座的用電安全問題，并同時解決了現(xiàn)有技術插座在插入或者撥出插頭時會有拉弧現(xiàn)象及驅動能力不足問題。

本發(fā)明的智能插座實現(xiàn)在插頭插入或者撥出時，手指誤觸碰插頭的金屬插腳而不會發(fā)生觸電現(xiàn)象。

本發(fā)明實現(xiàn)在插座的插口閑置時，使用金屬導體單獨或者同時觸碰插座的火線及零線插口，均不會發(fā)生觸電事故。

本發(fā)明的插口不設置保護門或者安全門，使得插頭的插入或者撥出更順暢。

本發(fā)明采用反并聯(lián)可控半導體模塊代替繼電器閉合或者斷開電流，解決了因采用繼電器作為主開關所引發(fā)的電弧問題。

本發(fā)明解決了現(xiàn)有技術繼電器閉合或者斷開時的電弧問題，延長了插座的使用壽命。

本發(fā)明實現(xiàn)了電器設備無火花插撥，減少了電弧對電器設備的危害。

本發(fā)明解決了插座面對容性負載、感性負載驅動能力不足的問題，實現(xiàn)了容性負載、感性負載驅動能力與阻性負載的驅動能力完全相同。

附圖說明

圖1為本發(fā)明插入插頭時控制流程圖；

圖2為本發(fā)明撥出插頭時控制流程圖；

圖3為本發(fā)明插撥檢測裝置撥出插頭后的結構示意圖；

圖4為本發(fā)明插撥檢測裝置插入插頭后的結構示意圖；

圖5為本發(fā)明插撥檢測裝置中的行程機構示意圖；

圖6為本發(fā)明插撥檢測裝置電路圖；

圖7為本發(fā)明控制系統(tǒng)框圖；

圖8為本發(fā)明無火花開關裝置電路拓撲圖；

圖9為本發(fā)明按鍵電路圖。

附圖標記說明

1插頭，2插座本體，3插撥檢測裝置，4外圍電路，5控制系統(tǒng)，6無火花開關裝置，7按鍵電路，31紅外發(fā)射管，32紅外接收管，33擋片，34上擋板，35下?lián)醢澹?6按壓柱，37復位彈簧，41第一三極管，42第二三極管，43第三三極管，44第四三極管，61反并聯(lián)可控半導體模塊，62第五A繼電器，63第四A繼電器，64第六A繼電器，65第五B繼電器，66第四B繼電器，67第六B繼電器，68觸發(fā)電路。

具體實施方式

以下通過實施例來詳細說明本發(fā)明的技術方案，以下的實施例僅是示例性的，僅能用來解釋和說明本發(fā)明的技術方案，而不能解釋為是對本發(fā)明技術方案的限制。

本發(fā)明提供一種防觸電智能插座，如圖1至圖9所示，包括插座本體2、插撥檢測裝置3、無火花開關裝置6及控制系統(tǒng)5；還包括外圍電路4。

在本申請中，插座本體與現(xiàn)有技術的插座結構基本相同，在此不進行詳細的說明。

在本申請中，每一組插接口中均有一個觸腳與電源火線連接；一個觸腳與電源零線連接；若為三腳插接口時，第三個觸腳與接地線連接。

插撥檢測裝置3設置于插座本體2上的絕緣殼體內；插撥檢測裝置與控制系統(tǒng)電連接；插撥檢測裝置3用于檢測每組接插口內是否同時插入插頭1或者在插入插頭1的情況下，是否有任一個或者兩個插頭1從插口中撥出，并通過外圍電路4轉換信號后傳遞給控制系統(tǒng)5。

插撥檢測裝置分別與火線觸腳及零線觸腳連接及配合。

插撥檢測裝置，包括行程機構、外圍電路及插口檢測模塊；

行程機構包括上擋板34、下?lián)醢?5、復位彈簧37、擋片33及按壓柱36；在本申請中，上擋板和下?lián)醢寰潭ㄓ诮^緣殼體內；在本申請中，以插座的電路板作為上擋板，在本申請的其它實施例中，上擋板與插座的電路板分別設置。

在上檔板上設置有上按壓柱穿孔；在下?lián)醢迳显O置有與上按壓柱穿孔相對的下按壓柱穿孔。

擋片固定于按壓柱的側表面上；按壓柱的上端穿過上按壓柱穿孔；按壓柱的下端穿過下按壓柱穿孔；擋片位于上擋板與下?lián)醢逯g。

復位彈簧套于按壓柱上后設置于上擋板與下?lián)醢逯g；在下?lián)醢宓南掳磯褐┛字車O置有向上擋板方向的凸起；復位彈簧的下端套于凸起上。在本申請中，凸起用于復位彈簧的底座及限位。

在上擋板與下?lián)醢逯g的按壓柱上設置有限位塊。擋片固定于限位塊上。

對于每一組接插口，行程機構及插口檢測模塊均為兩個；即在插座的每一組插接口的火線插孔和零線插孔上所對應的每個插孔均對應一個行程機構和一個插口檢測模塊，同時，該行程機構和插口檢測模塊與該插口對應的觸腳相配合。

插口檢測模塊包括紅外發(fā)射管31、紅外接收管32及檢測電路；擋片33活動設置于紅外接收管32與紅外發(fā)射管31之間；紅外發(fā)射管與紅外接收管均與檢測電路連接；檢測電路與外圍電路電連接。

在本申請中，如圖6所示，每個檢測電路均包括一個光電轉換器和兩個三極管，分別為第一三極管41和第二三極管42；光電轉換器中的三極管的集電極與第一三極管的基極連接；第一三極管的集電極與第二三極管的基極連接；直流控制電源經(jīng)上拉電阻與第一三極管的基極連接，同時與第二三極管的集電極連接；第一三極管的發(fā)射極接地；第二三極管的發(fā)射極與外圍電路連接。在紅外接收管沒有紅外光照射時，會處于高阻狀態(tài)，第一三極管與第二三級管均飽和導通，第二三極管發(fā)射極向外圍電路傳遞高電平信號。

在紅外接收管受到紅外光照導通后，第一三極管的基極與發(fā)射極無正偏電壓，第一三極管處于關斷狀態(tài)，同理，第二三極管也關斷，第二三極管發(fā)射極低電位，因此傳遞給外圍電路低電平信號。

同樣，一組插接口中與另一個插孔相配合的檢測電路及工作原理均與上一個插孔相對應的檢測電路及工作原理相同。

在本申請中，將上面同一組插接口相對應的兩個檢測電路命名為第一檢測電路和第二檢測電路。第一檢測電路與第二檢測電路均與外圍電路連接。

在本申請中，外圍電路至少包括一個邏輯電路、第三三極管43和第四三極管44；

當?shù)谝粰z測電路與第二檢測電路均為低電平信號時，通過邏輯與輸出低電平信號給第三三極管的基極，第三三極管的集電極與第四三極管的基極連接；第三三極管的發(fā)射極與第四三極管的發(fā)射極均接地；第四三極管的集電極與控制控制系統(tǒng)的信號接收模塊連接。

當?shù)谝粰z測電路與第二檢測電路均為高電平或者任一個檢測電路為高電平時，邏輯電路輸出邏輯非高電平信號；該高電平信號輸出給控制系統(tǒng)的信號接收模塊。(同上，建議附圖后簡要描述，避免描述上的漏項)

在本申請的其它實施例中，插撥檢測裝置還可以為電子插撥檢測裝置及電磁插撥檢測裝置。

在本申請中，控制系統(tǒng)包括控制芯片、信號接收模塊及信號發(fā)射模塊。

控制芯片為集成WiFi功能的控制芯片，而不是WiFi模塊+MCU；主要是考慮這類控制芯片的集成度高，可靠性高，成本低，同時解決了WiFi模塊的I/O口數(shù)量少的問題。當然，使用WiFi模塊+MCU也能夠實現(xiàn)本申請的技術方案，但不是最優(yōu)選擇。

還包括WiFi通信接口；WiFi通信接口與控制芯片連接；控制系統(tǒng)通過WiFi通信接口與互聯(lián)網(wǎng)連接，便于用于遠程或者通過手機APP遙控。

信號接收模塊與插撥檢測裝置電連接；信號接收模塊與控制芯片電連接；控制芯片與信號發(fā)射模塊電連接；信號發(fā)射模塊與無火花開關裝置電連接。

外圍電路還包括按鍵電路7；按鍵電路7與信號接收模塊電連接。

控制系統(tǒng)與無火花開關裝置電連接；電源火線通過無火花開關裝置連接火線觸腳；電源零線通過無火花開關裝置連接零線觸腳。

無火花開關裝置由繼電器、反并聯(lián)可控半導體器件及觸發(fā)電路；可實現(xiàn)無弧(無火花)開關電器，減少了對電器的危害。

無火花開關裝置包括以下兩種：

一種是與插座的每組插接口對應一個無火花開關裝置，每個無火花開關裝置包括一組繼電器、一個反并聯(lián)可控半導體模塊及一個觸發(fā)電路；一組繼電器至少包括第一繼電器和第二繼電器。

第一繼電器設置于電源的火線(或零線)上，用于控制火線的連通或斷開。

第二繼電器與反并聯(lián)可控制半導體模塊串聯(lián)后再與第一繼電器并聯(lián)設置于火線上，用于控制火線(或零線)的連通或斷開。

觸發(fā)電路分別與反并聯(lián)可控半導體模塊及控制系統(tǒng)電連接。

在實際的使用過程中，并不能保證電源的火線與火線火線觸腳連接，可能會出現(xiàn)電源的火線與零線零線觸腳連接的情況，這時，會導致插接口中的某一個插口始終帶電，不能起到有效的安全作用，因此在每一組繼電器中還包括第三繼電器；第三繼電器設置于電源的零線上，用于控制零線的連通或斷開，這樣不論電源線怎樣連接，都能夠保證每個插口的火線及零線觸腳均能夠徹底斷電。

另一種是，當插座包括兩個或者兩個以上組的插接口時，無火花開關裝置包括多組繼電器、一個反并聯(lián)可控半導體模塊61及一個觸發(fā)電路68。

每組繼電器與其它組繼電器之間并聯(lián)連接于電源上；這樣能夠減少反并聯(lián)可控半導體模塊及觸發(fā)電路的用量，通過分時復用反并聯(lián)可控半導體器件和觸發(fā)電路的拓撲結構，簡化了控制電路，降低了成本。

每組繼電器均包括兩個繼電電器，分別為第四繼電器和第五繼電器。

第四繼電器設置于電源的火線上，用于控制火線的連通或斷開。

第五繼電器與反并聯(lián)可控半導體模塊串聯(lián)后與第四繼電器并聯(lián)設置于火線上，用于控制火線的連通或斷開。

觸發(fā)電路分別與反并聯(lián)可控半導體模塊及控制系統(tǒng)電連接。

在實際的使用過程中，并不能保證電源的火線與觸腳火線觸腳連接，可能會出現(xiàn)電源的火線與觸腳零線觸腳連接的情況，這時，會導致插接口中的某一個插孔始終帶電，不能起到有效的安全斷電作用，因此在每一組繼電器還包括第六繼電器，第六繼電器設置于電源的零線上，用于控制零線的連通或斷開。

在此以插座包括兩組插接口為例，說明無火花開關裝置的控制方法：

第一組插接口包括第四A繼電器63、第五A繼電器62及第六A繼電器64；第二組插接口包括第四B繼電器66、第五B繼電器65及第六B繼電器67。

當這兩組插接口均有插頭插入時，無火花開關裝置的控制方法為：

在插座處于斷電狀態(tài)下，控制系統(tǒng)接收到兩個閉合信號后，該兩個閉合信號是插撥檢測裝置檢測到兩組插接口中的火線、零線兩個插孔同時有插腳插入；控制系統(tǒng)會發(fā)送與閉合信號數(shù)量相對應的兩組閉合控制信號給無火花開關裝置。

并且在本實施例中，選用每組插接口包括三個繼電器結構?？刂茣r序具體時間間隔根據(jù)無火花開關裝置中電子元器件的屬性來設定：

第一組閉合控制信號首先控制第五A繼電器和第六A繼電器同時閉合。

第一組閉合控制信號通過觸發(fā)電路；觸發(fā)電路發(fā)送閉合控制信號給反并聯(lián)可控制半導體模塊，使反并聯(lián)可控制半導體模塊導通；此時，該組插接口中的火線觸腳與電源的火線連通；零線觸腳與電源的零線連通，此時，電源通過反并聯(lián)可控半導體模塊為負載供電。

第一組閉合控制信號控制第四A繼電器閉合。

第一組閉合控制信號通過觸發(fā)電路控制反并聯(lián)可控制半導體模塊斷開；負載電流轉移至第四A繼電器回路。

第一組閉合控制信號控制第五A繼電器斷開；至此該組插接口完成上電。

第二組閉合控制信號控制第五B繼電器和第六B繼電器同時閉合。

第二組閉合控制信號通過觸發(fā)電路；觸發(fā)電路發(fā)送閉合控制信號給反并聯(lián)可控制半導體模塊，使反并聯(lián)可控制半導體模塊導通；此時，該組插接口中的火線觸腳與電源的火線連通；零線觸腳與電源的零線連通，此時，電源通過反并聯(lián)可控半導體模塊為負載供電。

第二組閉合控制信號控制第四B繼電器閉合。

第二組閉合控制信號通過觸發(fā)電路控制反并聯(lián)可控制半導體模塊斷開；負載電流轉移至第四B繼電器回路。

第二組閉合控制信號控制第五B繼電器斷開；至此該組插接口完成上電。

在上電狀態(tài)下，控制系統(tǒng)接收到兩個插口的斷開信號后，

控制系統(tǒng)會發(fā)送兩組斷開控制信號給無火花開關裝置。兩組斷開控制信號之間為設定間隔時間；具體的間隔時間可以根據(jù)無火花開關裝置中具體元器件的屬性進行調整。

第一組斷開控制信號控制第五A繼電器閉合；

第一組斷開控制信號通過觸發(fā)電路；觸發(fā)電路發(fā)送閉合控制信號給反并聯(lián)可控制半導體模塊，使反并聯(lián)可控制半導體模塊導通。

第一組斷開控制信號控制第四A繼電器斷開；此時，負載電流轉移到反并聯(lián)可控半導體模塊回路。

第一組斷開控制信號通過觸發(fā)電路控制反并聯(lián)可控制半導體模塊斷開；完成負載斷電。

第一組斷開控制信號控制第五A繼電器和第六A繼電器斷開；該組插接口完成安全下電。

第二組斷開控制信號控制第五B繼電器閉合；

第二組斷開控制信號通過觸發(fā)電路；觸發(fā)電路發(fā)送閉合控制信號給反并聯(lián)可控制半導體模塊，使反并聯(lián)可控制半導體模塊導通。

第二組斷開控制信號控制第四B繼電器斷開；此時，負載電流轉移到反并聯(lián)可控半導體模塊回路。

第二組斷開控制信號通過觸發(fā)電路控制反并聯(lián)可控制半導體模塊斷開；完成負載斷電。

第二組斷開控制信號控制第五B繼電器和第六B繼電器斷開；該組插接口完成安全下電。

從上面描述的工作過程可以看出，真正接通電源或關斷電源的元器件是反并聯(lián)可控半導體器件，所有的繼電器觸點都是在無電流的狀況下分合閘，該設計方案除了避免分合閘過程中產(chǎn)生拉弧(電火花)(反并聯(lián)可控半導體器件為無觸點半導體開關，不會產(chǎn)生拉弧，理論使用壽命可認為無限長)，同時，繼電器觸點無電流分合閘，避免了拉弧對繼電器觸點的燒毀或氧化，繼電器工作壽命大大延長。

另外，以繼電器作為開關器件的常規(guī)電路，其驅動能力瓶頸在于繼電器分、合電流的能力。以10A、250V繼電器的應用為例，常規(guī)電路的負載驅動能力為：阻性負載≤2500VA、感性負載≤800VA、容性負載≤700VA；而本技術方案中電路的驅動能力為：所有類型負載均能達到2500VA。

按鍵電路如圖9所示，圖中電阻主要作用是限流，除R7、R8，之外，其它電阻還有分壓作用，電容功能是去除按鍵抖動，二極管實現(xiàn)邏輯與，“按鈕開”、“按鈕關”是手動按鈕。當在第一組插接口中有插頭插入時，CK1L、CK1N同時閉合。該電路的功能是分別檢測插口中火線插口及零線插口中插頭插入狀態(tài)，只有當火線及零線插口同時檢測到物體插入時，CKL&N低電平輸出有效，否則輸出高電平。簡言之，該電路分別檢測火線及零線插口的插入狀態(tài)，邏輯與后電平輸出。輸出信號CK1L&N至CKnL&N，以及“總開”、“總關”信號均引入微電子部分的i/o擴展芯片，同時，CK1L&N至CKnL&N接入中斷電路。

該按鍵電路的技術重點在于：使用二極管等簡單元器件實現(xiàn)邏輯與，解決了輸入信號的相互干擾問題，性能可靠。

盡管已經(jīng)示出和描述了本發(fā)明的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本發(fā)明的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本發(fā)明的范圍由所附權利要求及其等同限定。