本發(fā)明涉及電器開關(guān)領(lǐng)域，尤其涉及一種用電管理方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前節(jié)能降耗的LED燈已經(jīng)走入普通家庭，原來幾十瓦的節(jié)能燈的亮度，現(xiàn)在十幾瓦甚至是幾瓦的LED燈就能搞定，并且相比目前的燈泡、節(jié)能燈，LED燈的使用壽命特別長，通常能達(dá)到5～10年。然而LED燈使用的是低壓直流電源，導(dǎo)致使用時每個LED燈具需配備專門的AC/DC轉(zhuǎn)換裝置；同時手機(jī)、相機(jī)等低壓供電用電設(shè)備充電時都需要配備AC/DC轉(zhuǎn)換裝置。

目前的空氣開關(guān)分為交流空氣開關(guān)、直流空氣開關(guān)兩種。交流空氣開關(guān)是用來保護(hù)交流用電設(shè)備的，直流空氣開關(guān)是用來保護(hù)直流用電設(shè)備的。常用的交流空氣開關(guān)出口電流仍為交流電，而具有交流直流直接轉(zhuǎn)換的空氣開關(guān)目前還沒有發(fā)現(xiàn)。這樣，很多直流用電設(shè)備需要再單獨(dú)使用一套交流直流轉(zhuǎn)換的電路，這樣既增加了相關(guān)設(shè)備的成本，又由于交流電的存在而增加了不安全隱患。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

為了解決現(xiàn)有技術(shù)中為直流用電設(shè)備低成本、低風(fēng)險地供電的問題，本發(fā)明提供了一種用電管理方法及系統(tǒng)。

根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用電管理系統(tǒng)，所述用電管理系統(tǒng)包括控制模塊、AC/DC轉(zhuǎn)換模塊，

所述控制模塊包括處理器、電壓監(jiān)測電路、供電電源切換電路、輸出電壓切換電路、直流輸入接口、交流輸入接口、直流輸出接口和交流輸出接口，所述處理器分別與所述電壓監(jiān)測電路、所述供電電源切換電路、所述輸出電壓切換電路連接，所述電壓監(jiān)測電路與所述直流輸入接口連接；

所述AC/DC轉(zhuǎn)換模塊包括交流-直流轉(zhuǎn)換電路、直流-直流降壓電路，所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出端與所述直流-直流降壓電路的輸入端連接，所述直流-直流降壓電路包括反饋電路；

所述直流輸出接口與所述直流-直流降壓電路的輸入端連接，所述交流輸出接口與所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸入端連接，所述處理器與所述反饋電路連接；

所述處理器用于判斷所述電壓監(jiān)測電路檢測到的直流輸入接口輸入的電壓是否達(dá)到或超過電壓閾值，若是，則控制所述供電電源切換電路的輸入端與所述直流輸入接口連接，并控制所述輸出電壓切換電路的輸出端與所述直流輸出接口連接，否則控制所述供電電源切換電路的輸入端與所述交流輸入接口連接，并控制所述輸出電壓切換電路的輸出端與所述交流輸出接口連接；

所述反饋電路用于從所述處理器接收設(shè)定電壓，并將所述直流-直流降壓電路的輸出電壓值調(diào)整為所述設(shè)定電壓。

其中，所述直流-直流降壓電路還包括功率變換電路、整流濾波電路，所述功率變換電路的輸出端與所述整流濾波電路的輸入端連接，所述整流濾波電路的輸出端與所述反饋電路的輸入端連接，所述反饋電路的輸出端與所述功率變換電路的控制端連接。

其中，所述反饋電路包括依次連接的采樣電路、誤差放大電路、PWM控制電路，所述采樣電路的輸入端為所述反饋電路的輸入端，所述PWM控制電路的輸出端為所述反饋電路的輸出端，所述PWM控制電路的調(diào)節(jié)端與所述處理器連接。

其中，所述功率變換電路為LLC串聯(lián)諧振變換器，所述整流濾波電路為MOS管整流電路。

其中，所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路包括依次連接的防雷保護(hù)電路、濾波電路、整流穩(wěn)壓電路、功率因數(shù)校正電路，所述防雷保護(hù)電路的輸入端為所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸入端，所述功率因數(shù)校正電路的輸出端為所述交流-直流轉(zhuǎn)換電路的輸出端。

其中，所述控制模塊還包括用于與外部控制設(shè)備通信的第一通信電路，所述第一通信電路與所述處理器連接。

其中，所述用電管理系統(tǒng)還包括觸摸屏，所述控制模塊還包括用于與所述觸摸屏通信的第二通信電路，所述第二通信電路與所述處理器連接。

其中，所述控制模塊還包括聲光電路，所述聲光電路與所述處理器連接。

其中，所述用電管理系統(tǒng)還包括AC/AC空氣開關(guān)，所述控制模塊還包括與所述AC/AC空氣開關(guān)的輸入端連接的第二交流輸出接口，所述處理器還用于在用戶選擇交流輸出電壓時，控制所述供電電源切換電路的輸入端與所述交流輸入接口連接，并控制所述輸出電壓切換電路的輸出端與所述第二交流輸出接口連接。

根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供了一種用電管理方法，所述方法包括以下步驟：

監(jiān)測直流供電電源的電壓是否達(dá)到或超過電壓閾值；

若是，則接入該直流供電電源；否則接入交流供電電源，并將接入的所述交流供電電源的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；

將所述直流供電電源的直流電壓或所述交流供電電源經(jīng)轉(zhuǎn)化后的直流電壓降至設(shè)定電壓并輸出。

本發(fā)明中的用電管理方法和系統(tǒng)，直接將交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出到供電線路上，供低壓用電設(shè)備使用；或者直接使用清潔能源所產(chǎn)生的直流電，例如太陽能、水力發(fā)電的電能，作為直流電源。這樣，不僅可以節(jié)省為每個直流用電設(shè)備配備的開關(guān)電源等交直流轉(zhuǎn)換裝置，同時可以使用清潔能源所產(chǎn)生的直流電，降低社會的資源消耗。此外，由于采用低壓供電，不會再有人體觸電的隱患。

附圖說明

構(gòu)成本發(fā)明的一部分的附圖用來提供對本發(fā)明的進(jìn)一步理解，本發(fā)明的示意性實施例及其說明用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的不當(dāng)限定。在附圖中：

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用電管理系統(tǒng)的模塊圖；

圖2是根據(jù)本發(fā)明的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊12的結(jié)構(gòu)圖；

圖3是根據(jù)本發(fā)明的功率變換電路和整流濾波電路的電路圖；

圖4是根據(jù)本發(fā)明的控制模塊的模塊圖；

圖5是根據(jù)本發(fā)明的用電管理方法的流程圖；

圖6是根據(jù)本發(fā)明的用電管理方法的具體實施例的流程圖。

具體實施方式

為使本發(fā)明實施例的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。需要說明的是，在不沖突的情況下，本申請中的實施例及實施例中的特征可以相互任意組合。

本發(fā)明提供了一種用電管理系統(tǒng)，該用戶管理系統(tǒng)可以與普通的交流空氣開關(guān)集成在一起。

圖1是根據(jù)本發(fā)明的用電管理系統(tǒng)的模塊圖。如圖1所示，該用電管理系統(tǒng)包括控制模塊11、AC/DC轉(zhuǎn)換模塊12。其中，控制模塊11包括處理器111、電壓監(jiān)測電路112、供電電源切換電路113、輸出電壓切換電路114、直流輸入接口115、交流輸入接口116、直流輸出接口117和交流輸出接口118。處理器111分別與電壓監(jiān)測電路112、供電電源切換電路113、輸出電壓切換電路114連接，電壓監(jiān)測電路112與直流輸入接口115連接。

AC/DC轉(zhuǎn)換模塊12包括交流-直流轉(zhuǎn)換電路121、直流-直流降壓電路122。交流-直流轉(zhuǎn)換電路121的輸出端與直流-直流降壓電路122的輸入端連接。直流-直流降壓電路122包括反饋電路123。直流輸出接口117與直流-直流降壓電路122的輸入端連接，交流輸出接口118與交流-直流轉(zhuǎn)換電路121的輸入端連接，處理器111與反饋電路123連接。

電壓監(jiān)測電路112通過直流輸入接口115監(jiān)測直流供電電源的電壓，并將該監(jiān)測到的直流電壓發(fā)送給處理器111。處理器111判斷電壓監(jiān)測電路112檢測到的電壓是否達(dá)到或超過設(shè)定的電壓閾值，例如該電壓閾值可以設(shè)定為，例如，30V、24V、12V等。如果達(dá)到或超過電壓閾值，則處理器111控制供電電源切換電路113的輸入端與直流輸入接口115連接，即將該達(dá)到或超過電壓閾值的直流電源接入該用電管理系統(tǒng)為直流用電設(shè)備供電，同時控制輸出電壓切換電路114的輸出端與直流輸出接口117連接。如果小于閾值電壓，則處理器111控制供電電源切換電路113的輸入端與交流輸入接口116連接，即由交流供電電源為直流用電設(shè)備供電，同時控制輸出電壓切換電路114的輸出端與交流輸出接口118連接。由此可以看出，供電電源切換電路113可選地與直流輸入接口115、交流輸入接口116連接，輸出電壓切換電路114可選地與直流輸出接口117和交流輸出接口118連接。

這樣，在直流供電電源的電壓不足時，可以自動切換到交流供電電源進(jìn)行供電。需要說明的是，這里的直流電源可以是傳統(tǒng)的蓄電池，也可以是清潔能源產(chǎn)生的直流電源，例如太陽能、水利發(fā)電的電能等，并且多個直流電源可以并聯(lián)使用。

反饋電路123與控制模塊11的處理器111連接，以從處理器111接收用戶的設(shè)定電壓，并將直流-直流降壓電路122的輸出電壓值調(diào)整為用戶的設(shè)定電壓，以對直流用電設(shè)備進(jìn)行供電。后面會參考直流-直流降壓電路122的具體結(jié)構(gòu)以及反饋電路123的具體結(jié)構(gòu)，詳細(xì)描述如何將輸入直流-直流降壓電路122的直流電壓調(diào)整為用戶的設(shè)定電壓。

圖2是根據(jù)本發(fā)明的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊12的結(jié)構(gòu)圖。如圖2所示，直流-直流降壓電路122還包括功率變換電路1221、整流濾波電路1222。其中，功率變換電路1221的輸出端與整流濾波電路1222的輸入端連接，整流濾波電路1222的輸出端與反饋電路123的輸入端連接，反饋電路123的輸出端與功率變換電路1221的控制端連接。即，功率變換電路1221除了輸入端和輸出端外，還有控制端，以通過控制端調(diào)整輸出的電壓。

功率變換電路1221的具體電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，功率變換電路1221為LLC串聯(lián)諧振變換器。圖3中，IC1為驅(qū)動芯片，R1、R2為驅(qū)動電阻，M1和M3為MOS管，C1為諧振電容，L1為諧振電感，T1為EE65變壓器，D1\E1組成整流穩(wěn)壓電路，為芯片的工作提供VCC。該諧振電路可以實現(xiàn)MOS管的零電壓導(dǎo)通，大大降低了導(dǎo)通損耗，并且可傳輸高達(dá)1KW的功率。由于沒有開關(guān)損耗，開關(guān)頻率可以提高，從而減小了磁性元件的體積和濾波電容的容量，大大降低了成本。通常情況下，該LLC串聯(lián)諧振變換器可輸出36V/30A的功率。當(dāng)然用戶可以根據(jù)實際需求，選擇輸出的直流供電電壓。

整流濾波電路1222的具體電路結(jié)構(gòu)如圖3所示。其中，整流濾波電路1222包括整流MOS管M2、M4。由于輸出電流較大，使用普通的二極管整流方式，會引起較大的損耗，所以采用MOS管代替二極管，并且使用同步整流方式，可以實現(xiàn)M2、M4的零電流關(guān)閉，大大降低了關(guān)斷損耗。

再次參照圖2所示，反饋電路123包括依次連接的采樣電路1225、誤差放大電路1224、PWM控制電路1223。采樣電路1225的輸入端為反饋電路123的輸入端，PWM控制電路1223的輸出端為反饋電路123的輸出端。PWM控制電路1223的調(diào)節(jié)端與處理器111連接，以從處理器111接收用戶的設(shè)定電壓。

此處，反饋電路123還用于穩(wěn)定系統(tǒng)的輸出，并且在檢測到過壓、過流、欠壓等異常情況發(fā)生時，通過及時把整流濾波電路1222中MOS管的柵極電壓斷開，以關(guān)閉該MOS管，停止輸出。

另外，在根據(jù)用戶的設(shè)定電壓調(diào)整輸出的直流電壓值時，由PWM控制電路1223根據(jù)其調(diào)節(jié)端從處理器111接收到設(shè)定電壓來調(diào)整脈沖占空比，進(jìn)而來調(diào)整輸出電壓。調(diào)整的輸出電壓范圍可以是0～24V，以滿足不同負(fù)載的使用要求。

在圖1及圖2中只示出了只有一路直流-直流降壓電路122的情形，實際使用中，可以在該用電管理系統(tǒng)中設(shè)置多路直流-直流降壓電路，以便對需要不同直流供電電壓的多個直流用電設(shè)備進(jìn)行供電。其中每路直流-直流降壓電路可以采用BUCK降壓方式，并在反饋電路中采用電壓反饋和電流反饋的方式來穩(wěn)定輸出。

再次參照圖2所示，交流-直流轉(zhuǎn)換電路121包括依次連接的防雷保護(hù)電路1211、濾波電路1212、整流穩(wěn)壓電路1213、功率因數(shù)校正電路1214。防雷保護(hù)電路1211的輸入端為交流-直流轉(zhuǎn)換電路121的輸入端，功率因數(shù)校正電路1214的輸出端為交流-直流轉(zhuǎn)換電路121的輸出端。

防雷保護(hù)電路1211用于抗高壓脈沖和浪涌電流等，以保護(hù)后級電路，具體可以包括保險絲、NTC電阻、壓敏電阻、空氣放電管等。濾波電路1212可以為EMI濾波電路，用于防止和抑制電磁干擾，具體可以包括X電容、Y電容、共模電感、差模電感等。整流穩(wěn)壓電路1213用于將交流電轉(zhuǎn)化為直流電，具體可以包括整流橋、電解電容、CBB電容等。功率因數(shù)校正電路1214用于功率因數(shù)校正，強(qiáng)迫電流與電壓相位接近，這是因為整流時給電解電容充電，會導(dǎo)致電壓與電流發(fā)生相位偏移，產(chǎn)生無功功率。

圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的控制模塊11的結(jié)構(gòu)圖。其中，控制模塊11還包括用于與外部控制設(shè)備通信的第一通信電路1191，第一通信電路1191與處理器111連接。外部控制設(shè)備可以是手機(jī)、遙控器等無線控制設(shè)備，或者線控器等有線控制設(shè)備，以對該用電管理系統(tǒng)進(jìn)行控制。同時也可以由用電管理系統(tǒng)將其運(yùn)行狀況發(fā)送給該外部控制設(shè)備以在其上進(jìn)行顯示。第一通信電路1191可以通過UART通信模式與外部控制設(shè)備進(jìn)行通信，這種通信可以是有線通信也可以是無線通信。具體工作是，外部控制設(shè)備將用戶的設(shè)定電壓通過第一通信電路1191傳輸給控制器111，控制器111再將該設(shè)定電壓傳輸給反饋電路123以對輸出的直流電壓值進(jìn)行變換。

另外，用電管理系統(tǒng)還包括觸摸屏，控制模塊11包括與該觸摸屏通信的第二通信電路1192，該第二通信電路1192與處理器111連接。觸摸屏將用戶輸入的設(shè)定電壓通過第二通信電路1192傳輸給控制器111，控制器111再將該設(shè)定電壓傳輸給反饋電路123以對輸出的直流電壓值進(jìn)行變換。同時，控制器也可以將相關(guān)狀態(tài)信息通過第二通信電路1192傳輸給觸摸屏以進(jìn)行顯示。

需要說明的是，外部控制設(shè)備和觸摸屏對處理器111傳輸?shù)男畔ǖ幌抻谟脩舻脑O(shè)定電壓，還可以包括相關(guān)的參數(shù)設(shè)置等。

控制模塊11還包括與處理器111連接的聲光電路1193。當(dāng)出現(xiàn)異常情況時，例如電路過大、短路，處理器111通知聲光電路1193進(jìn)行響應(yīng)以提醒用戶采取相應(yīng)的處理操作。

此外，控制模塊還包括異常監(jiān)測電路，該異常監(jiān)測電路與處理器111連接，當(dāng)發(fā)生電流過大、短路等情況時，處理器111控制供電電源切換電路113斷開與直流輸入接口115和交流輸入接口116的連接。

該用電管理系統(tǒng)還包括AC/AC空氣開關(guān)，控制模塊11還包括與AC/AC空氣開關(guān)的輸入端連接的第二交流輸出接口，處理器還用于在用戶選擇交流輸出電壓時，控制供電電源切換電路的輸入端與交流輸入接口連接，并控制輸出電壓切換電路的輸出端與第二交流輸出接口連接。即，當(dāng)用戶選擇為交流用電設(shè)備供電時，通知處理器，處理器則控制將輸入的交流電傳輸?shù)紸C/AC空氣開關(guān)，以由AC/AC空氣開關(guān)為交流用電設(shè)備提供電源。

本發(fā)明的AC/DC轉(zhuǎn)換模塊整體大小與交流空氣開關(guān)大體相同，便于同交流空氣開關(guān)一同裝配。

本發(fā)明還公開了一種用電管理方法。參照圖5所示，該方法包括：

監(jiān)測直流供電電源的電壓是否達(dá)到或超過電壓閾值；

若是，則接入該直流供電電源；否則接入交流供電電源，并將接入的交流供電電源的交流電壓轉(zhuǎn)換為直流電壓；

將直流供電電源的直流電壓或交流供電電源經(jīng)轉(zhuǎn)化后的直流電壓降至設(shè)定電壓并輸出。

需要說明的是，當(dāng)沒有從反饋電路收到其反饋的設(shè)定電壓時，則直接輸出直流供電電源的直流電壓或所述交流供電電源經(jīng)轉(zhuǎn)化后的直流電壓。

圖6示出了本發(fā)明的用電管理方法一個具體實施例?，F(xiàn)說明如下：

步驟601，系統(tǒng)上電；

步驟602，上電后，系統(tǒng)讀取原先配置的參數(shù)，如AC/DC轉(zhuǎn)換模塊輸出口供電電壓、版本型號等；

步驟603，對相關(guān)變量進(jìn)行初始化；

步驟604，檢測直流供電電壓是否達(dá)到或超過設(shè)置的閾值，當(dāng)檢測到直流供電電壓達(dá)到或超過閥值時，執(zhí)行步驟606，否則執(zhí)行步驟605；

步驟605，切換到AC/DC轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行供電，將接入的交流電轉(zhuǎn)換為直流電，并接著執(zhí)行步驟606；

步驟606，判斷用戶是否設(shè)置了設(shè)定電壓，如果設(shè)置，則執(zhí)行步驟607，如果沒有則執(zhí)行步驟608；

步驟607，將直流供電電壓轉(zhuǎn)換為設(shè)定電壓，并執(zhí)行步驟608；

步驟608，直接按照直流電源電壓進(jìn)行供電，并顯示通訊有關(guān)的報文；

步驟609，判斷是否有參數(shù)設(shè)置、按鍵等，從而進(jìn)行參數(shù)的設(shè)置、控制的執(zhí)行等處理，如果有執(zhí)行步驟610，沒有則執(zhí)行步驟612；

步驟610，進(jìn)行按鍵處理；

步驟611，進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；

步驟612，判斷是否需要進(jìn)行UART(通用異步收發(fā)器)通訊，如果需要執(zhí)行步驟613，否則執(zhí)行步驟614；

步驟613，進(jìn)行UART通訊，主要處理無線、有線通訊模塊發(fā)送來的串口數(shù)據(jù)，從而實現(xiàn)手機(jī)、遙控器等無線設(shè)備以及線控器等有線設(shè)備對智能用電管理空氣開關(guān)的控制，同時將相關(guān)運(yùn)行狀況發(fā)送給手機(jī)等顯示設(shè)備；

步驟614，進(jìn)行節(jié)電處理；

步驟615，進(jìn)行聲光處理，主要用來當(dāng)異常發(fā)生時，提醒用戶采取相應(yīng)的操作；

步驟616，進(jìn)行異常處理，主要指發(fā)生過電流、短路等情況時，斷掉供電電源等處理。

采用本發(fā)明的用電管理系統(tǒng)和方法，直接將交流電轉(zhuǎn)換為直流電輸出到供電線路上，供低壓用電設(shè)備使用；或者直接使用清潔能源所產(chǎn)生的直流電，例如太陽能、水力發(fā)電的電能，作為直流電源。這樣，不僅可以節(jié)省為每個直流用電設(shè)備配備的開關(guān)電源等交直流轉(zhuǎn)換裝置，同時可以使用清潔能源所產(chǎn)生的直流電，降低社會的資源消耗。此外，由于采用低壓供電，不會再有人體觸電的隱患。當(dāng)該用電管理系統(tǒng)與傳統(tǒng)的交流空氣開關(guān)集成在一起時，可以同時為需要交流電源和直流電源的不同用電設(shè)備同時供電，降低了成本和出現(xiàn)安全隱患的風(fēng)險。

上面描述的內(nèi)容可以單獨(dú)地或者以各種方式組合起來實施，而這些變型方式都在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

需要說明的是，在本文中，術(shù)語“包括”、“包含”或者其任何其他變體意在涵蓋非排他性的包含，從而使得包括一系列要素的物品或者設(shè)備不僅包括那些要素，而且還包括沒有明確列出的其他要素，或者是還包括為這種物品或者設(shè)備所固有的要素。在沒有更多限制的情況下，由語句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的物品或者設(shè)備中還存在另外的相同要素。

以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制，僅僅參照較佳實施例對本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，可以對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，而不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。