电连接器中的安全插座概况

电连接器中的安全插座概况

杨龙兴

国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心电学部，广州 510700

摘要：电连接器为导电连接、相互绝缘的电连接元件的结构组合、连接装置和集电器，该分类号下的案件主要围绕结构上的改进，通过对连接器中的安全插座的分析，进一步熟悉现有技术，为本领域技术人员科学研究，专利审查、专利检索提供便利，进而提高科技进步。

关键词：连接器，分类号；专利审查；专利检索

背景概况

安全插座是一种用于防止使用者触电的插座，尤其对于孩子，可以防止他们把手指或金属物等伸进插孔导致触电，在解决安全用电问题上发挥出重要的作用，其也是电连接器领域的一个重要的研究方向。传统的插座都是开有一些插孔，通过把插销直接插入插孔中而实现导电，这种连接方式存在巨大的安全隐患，如果把手指或者拿着金属杆类的物体伸进插孔，就有可能发生触电事故，尤其是对于儿童来说，传统的插座的潜在危险非常大。传统插座都是“常带电”，即无插头状态下，插座依然带电（插座本身已连接到电源），存在安全隐患，如果采用“常无电”的智能插座则可以避免这种危险的发生。该插座静态时，即插座不用时，插座没有电源输出（插座本身已连接到电源），此时，插座中电极与电源是完全断离状态，具有很高的安全性。

安全插座的专利数量

在CNABS数据库和VEN数据库中分别统计了该领域近几年来的申请量，国内申请量从2008年到2012年都呈上升趋势；国际申请申请量在2009-2011年较国内申请多出很多，但是期间也出现起伏，说明外国技术发展较早和较为成熟；国际申请申请量从2012年出现下滑，说明该领域发展进入了成熟期。电连接器领域国内和国际专利申请量趋势图如图1所示。

图1 CNABS中有关安全插座专利的年公开量变化情况图

安全插座的主要改进

安全常无电形式插座包括的主要技术为：

1）磁的方式

插头内部具有导电永磁体触头O，该触头磁性大小应满足条件：当该磁头与某个触点完全接触时，刚好能触发该触点所在的干簧管开关导通时所具有的磁性，实际应用中，磁性稍大。金属触点引脚L、E、N用弹簧组固定以使引脚具有弹性，工作时能更好的紧贴插座表面。

（2）标示电路

当插头的触头O与某个触点完全接触时，导通相应的干簧管，方波信号通过干簧管传输到金属触点引脚L、E、N。磁触头O分别通过二极管D1、D2、D3连接L、E、N引脚，其中D1、D2为正向连接D3反向连接。当O输入一个正电位，L、N引脚输出相同的正电位，OE之间反向截止，引脚E不输出电位；当O输入一个负电位，OL、ON之间截止，L、N引脚不输出电位，引脚E输出一个负电位。根据只有与引脚E对应的E’触点只能接收到负脉冲信号，可直接判断出与E’触点相接触的E引脚；进一步，由于只能接受正脉冲信号的触点有两个，即与引脚L、N对应的触点L’、N’，此时可根据O’、E’、L’、N’触点之间的方位关系确定这两个引脚，其中O’触点处在E’、L’、N’触点中心位置，例如以O’为圆心，E’、L’、N’为圆周上的点，可规定从E’触点开始，沿圆周逆时针遇到的第一个点为N’点，第二个点为L’点，通过把该算法规则存储在单片机等控制系统中从而能够判断出与触点接触的引脚极性。

（3）引脚辨识电路

引脚辨识主要由正负双极性方波信号输出线、干簧管开关、双电源运算放大器、行列地址点阵、寄存器/数据选择器单元、行列编码器等组成。方波信号输出线通过干簧管开关分别连接到每一个金属触点阵列上的触点，每个触点分别串联一个大电阻，连接到双电源运算放大器输入端，各触点接收的信号经过双电源运算放大器进行放大，同时在运放每个输入引脚处串联一个大电容并接地，可构成RC滤波电路，可以滤去电器工作时，工频交流电噪声。运算放大器每个输出引脚通过两条并联支路连接到寄存器/数据选择器单元输入端上，其中一条支路通过一个二极管正向连接到寄存器/数据选择器单元输入端上，并在二极管负极通过一个电容接地线，起到平滑信号脉冲的作用；另一条支路由反向连接的二极管、上拉电阻和非门构成，非门输入端连接在上拉电阻分压处，非门输出端连接到寄存器/数据选择器单元输入端上，应用该并联支路，可以实现检测输入的负电位信号，但输入寄存器的信号端口增加一倍。寄存器/数据选择器单元输出端通过二极管接在特定的行列地址点阵的节点上，行列地址点阵对应的行线或列线分别连接到相应的行或列编码器输入端，编码器输出端连接到单片机数据输入端，由单片机判断引脚位置。

上述的寄存器/数据选择器单元和行列编码器还可以由移位寄存器来代替，移位寄存器的输出端直接与单片机相连。

（4）开关控制电路

开关控制电路主要由单片机、译码器单元带累减功能的累加寄存器、与门及无触点双向可控硅开关组成。单片机信号输出端连接到译码器输入端，译码器输出端连接到累加寄存器输入端，累加寄存器每三个输出端口连接在同一个控制组，分别控制某个触点与火线、零线、地线的连接，每个控制组由三个无触点双向可控硅开关及一个与门组成，以L’触点所在的控制组为例，该控制组由双向可控硅开关T21、T22、T23所构成，其中一个可控硅开关T21第一阳极连接在电源火线上，第二阳极连接在L’触点上，T21控制极连接在与门输出端，与门第一个输入端连接连接在累加寄存器输出端，与门第二个输入端连接在L’正信号输出端。单片机处理把控制信号输入到译码器，译码器进一步把信号输入到累加寄存器，控制相应的双向可控硅开关导通，即完成电源开启的过程。

（5）安全保护

当把工作电气设备从插座表面移除，插头上的磁性磁头首先离开插座表面，对应的干簧管开关关闭，连接在正信号输入端的与门的一个输入端电位降为0，进而与门输出端电位为0，双向可控硅开关立即断开，插座停止对该插头供电，进一步，单片机在一定时间内扫描不到该输入信号，控制译码器和累加器，累加寄存器减去相应的信号输出，完成整个电气设备移除过程。

为了防止由于电器发生移动或转动时，导致的触点阵列短接短路危险，触点之间的几何尺寸、几何排列及几何连接需满足一定条件：

保证触头O至少完全同一个触点接触；

保证引脚触点在径向至少同一个触点完全接触；

保证当插头发生移动时，绝缘区域具有足够大尺寸，防止引脚发生短接；

保证当插头发生转动时，绝缘区域具有足够大尺寸，防止引脚发生短接。

满足以上条件，电器及该装置才能正常稳定工作。

加入了显示报警模块，该功能模块一方面能够显示在该系统平台上工作的电器个数、功率、使用时间等参数信息；另一方面，还能对如下情形进行报警：

当人或动物接触危险区域，金属、水等导体导致的触点短接短路，或者触点发生漏电，所导致的危险，均能及时的发出警告，必要时，系统会自动切断装置电源总线，防止触电事故的发生。

最后

随着生活品质的提高，家里的电器设备也越来越多，随之而来的就是房间、客厅的插座和插线板也增多了。如果家里的插座和插线板的位置比较低的话，家长就要注意看好宝宝了，宝宝可能在玩耍的时候将手指或手中的玩具等插入插座或插线板中，造成触电或短路，宜接威胁到宝宝的身体健康。有小宝宝的家庭可以考虑更换安全插座和插座挡板，让宝宝远离伤害。

参考文献：

王巍主编,育儿亲子多妙招,湖南科学技术出版社,2012.01,第206页