地線安全電壓控制系統的製作方法
2023-06-13 18:11:06 4
專利名稱：地線安全電壓控制系統的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電器產品技術領域，尤其涉及一種地線安全電壓控制系統。
背景技術：
在實際生活中，電器產品電氣迴路中的帶電導體——零線與火線、大地、電氣設備外殼以及各種接地金屬管道或其他導體之間的短路，或者導體對地絕緣電阻小於規定值時都可能發生接地失效，接地失效會引起過流，從而會引起火災或電擊風險，為了避免這種風險，一種防止接地失效的漏電保護插頭被廣泛地運用。漏電保護插頭被安裝於供電電源與負載之間，其作用是通過零線、火線上的互感器或地線的互感器來感應是否存在漏電電流。漏電保護插頭在工作過程中，一旦偵測到電路中存在漏電情況，立即跳閘，切斷電源與負載間的連接，以避免由於漏電引起火災或電擊的風險。現有的漏電保護插頭只有在零線、火線的互感器或地線的互感器檢測到漏電流信號時才能跳閘斷電，其漏電電流基於大地產生，若所用電器產品無地線，或者有地線而沒有與大地連接，則在零線、火線上的互感器或地線的互感器沒有檢測到漏電流信號的情況下便不能斷電，但是，若此時地線因用電環境或其他用電器漏電，地線中流入電流使地線帶電，則會對使用者的人身安全造成威脅。在實際使用中，如果電源插座接地端未接地，用電器也未接地，當地線帶電或用電器漏電時，帶電體無法與大地產生漏電流，即無法在零線、火線的互感器或地線的互感器中感應出漏電電流信號，則無法在地線或用電器帶電情況下立即跳閘斷電，只有在使用者接觸到用電器接地端如外殼使漏電流通過人體流到大地時，零線、火線的互感器或地線的互感器才能檢測到漏電電流信號，漏電保護插頭此時才可跳閘斷電，由此可知，在切斷電源前就已造成使用者的觸電事故。此外，如果用戶家庭用電系統採用TN-C-S系統(接零保護系統)，從電路零線接到插座內零極的連接線出現故障，出現電源零線缺失的情況時，電器負載中的電流從火線中流入到電器的接地點上，使地線帶電；或零線、火線接反，地線直接帶電，此時所有可觸及的金屬部件帶電，極易對使用者的人身安全造成威脅。
實用新型內容本實用新型的主要目的在於提供一種地線安全電壓控制系統，旨在增強電器產品的漏電保護的安全性。為了達到上述目的，本實用新型提出一種地線安全電壓控制系統，包括電源電路、檢測電路、處理電路及輸出電路，所述輸出電路與外部的斷電裝置連接，所述斷電裝置連接有負載，其中電源電路，連接在火線與零線之間，用於為所述控制系統提供電源；檢測電路，用於檢測地線電壓，當地線電壓與零線電壓之間的壓差達到預定的安全電壓範圍時，向所述處理電路輸出控制信號；所述處理電路，用於根據所述控制信號對所述地線電壓進行處理，並控制所述輸出電路觸發所述外部的斷電裝置斷電，切斷電源與負載的連接。優選地，所述電源電路包括第一二極體及分壓電阻R21、R23 ；所述第一二極體的正極與火線連接，所述分壓電阻R21與R23串聯後連接在第一二極體的負極與零線之間，第一二極體用於對輸入的電源電壓進行半波整流處理。優選地，所述檢測電路包括第二二極體、光耦合器以及至少兩檢測電阻R22、R24 ； 所述處理電路包括三極體；所述第二二極體的正極與所述地線連接，所述兩檢測電阻R22、 R24串聯後連接在第二二極體的負極與零線之間，所述光耦合器輸入端的陽極連接在兩檢測電阻R22、RM之間，所述光耦合器輸入端的陰極連接零線；該光耦合器輸出端的集電極和發射極分別與所述三極體的集電極和基極連接；通過光耦合器中發光二極體的壓降參數形成光電控制，控制電壓的檢測範圍；所述三極體的發射極與零線連接；所述三極體的集電極還通過電源匹配電阻R27連接在電源電路的分壓電阻R21、R23之間。優選地，所述檢測電路還包括檢測電阻R25，所述光耦合器通過所述檢測電阻R25 與零線連接；所述處理電路還包括報警單元，該報警單元一端接三極體的發射極，另一端通過電流匹配電阻似8與零線連接。優選地，所述報警單元為發光二極體或音、視頻信號產生器。優選地，所述處理電路還包括濾波電容C21、C22，所述濾波電容C21 —端接零線， 另一端連接在電源電路的分壓電阻R21、R23之間；所述濾波電容C22 —端接零線，另一端與所述三極體的基極連接。優選地，所述輸出電路包括控制單元，所述控制單元的第一輸入端與所述三極體的發射極連接，所述控制單元的第二輸入端接火線，所述控制單元的輸出端與外部的斷電裝置連接。優選地，所述控制單元至少為可控矽、繼電器、MOS管或電子閥；所述可控矽的門極與所述三極體的發射極連接，陽極接火線，陰極與外部的斷電裝置連接；所述斷電裝置集成在漏電保護插頭或電源系統中。優選地，所述輸出電路還包括用於隔離分流的第三二極體，所述第三二極體的正極與所述三極體的發射極連接，該第三二極體的負極通過分流電阻R26與所述可控矽的門極連接。優選地，所述預定的安全電壓範圍為36 50V ；所述輸出電路還包括壓敏電阻及濾波電容C23，所述壓敏電阻並聯在所述可控矽的陽極和陰極之間；所述濾波電容C23連接在所述三極體與零線之間。 本實用新型提出的一種地線安全電壓控制系統，通過檢測電路檢測地線電壓是否達到預定範圍或零火線是否接反，一旦地線電壓達到預定的安全電壓範圍或者檢測到零火線接反則通過處理電路和輸出電路觸發漏電保護插頭跳閘，切斷電源與負載之間的連接， 達到防火災或防電擊的目的，提高用電產品的使用安全性；此外，本實用新型還可通過處理電路中的發光二極體等報警單元發出報警信號，在漏電保護插頭跳閘的同時，通過報警信號提醒用戶該用電產品出現漏電危險，使用戶及時採取相應的安全措施。
圖1是本實用新型地線安全電壓控制系統的電路結構示意圖。為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施例，對本實用新型進行進一步詳細說明。
具體實施方式
應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本實用新型，並不用於限定本實用新型。本實用新型實施例解決方案主要是通過檢測電路檢測地線電壓是否達到預定範圍或零火線是否接反，一旦地線電壓達到預定的安全電壓範圍或者檢測到零火線接反，即地線電壓與零線電壓之間的壓差達到預定的安全電壓範圍，則通過處理電路和輸出電路觸發漏電保護插頭跳閘，切斷電源與負載之間的連接並報警，以提高用電產品的使用安全性。請參照圖1所示，圖1是本實用新型地線安全電壓控制系統的電路結構示意圖。本實用新型一實施例提出一種地線安全電壓控制系統，包括火線L、零線N、地線PE、電源電路11、檢測電路12、處理電路13及輸出電路14，輸出電路14與外部的斷電裝置連接，斷電裝置連接有負載，其中相線L與零線N連接在外部電源上；電源電路11，連接在火線L與零線N之間，用於為控制系統提供電源；檢測電路12，用於檢測地線PE電壓，當地線PE電壓達到預定的安全電壓範圍時， 向處理電路13輸出控制信號；處理電路13，用於根據控制信號對地線PE電壓進行處理，並控制輸出電路14觸發外部的斷電裝置斷電，切斷電源與負載的連接。具體地，本實施例中，電源電路11包括第一二極體D21及分壓電阻R21、R23 ；第一二極體D21的正極與火線連接，分壓電阻R21與R23串聯後連接在第一二極體D21的負極與零線之間，第一二極體D21用於對輸入的電源電壓進行半波整流處理；分壓電阻R21、 R23的作用是對輸入的電源電壓進行降壓分壓，以滿足本實施例控制系統的用電要求，從而通過電源電路11為整個地線安全電源控制系統提供電源保障。檢測電路12包括第二二極體D22、光耦合器U21以及三個檢測電阻R22、RM及 R25 ；第二二極體D22的正極與地線PE連接，檢測電阻R22、R24、R25串聯後依次連接在第二二極體D22的負極與零線PE之間；光耦合器U21輸入端的陽極連接在兩檢測電阻R22、 R24之間，該光耦合器U21輸入端的陰極通過檢測電阻R25連接零線N。其中，二極體D22的作用是對地線PE中的電壓進行半波整流，並對地線PE中的電壓進行方向性檢測，三個檢測電阻R22、RM及R25串聯在一起，構成對地線PE安全電壓的檢測。檢測電路12 —旦檢測到地線PE中的電壓達到安全電壓範圍的電壓，則光耦合器 U21被觸發，同時光耦合器U21輸出控制信號給處理電路13，並擊活處理電路13中的三極體Q21，使三極體Q21通電。需要說明的是，檢測電阻R22、R24、R25可根據不同的使用環境，以及不同的用戶要求調整其阻值，以實現對地線PE電壓檢測範圍的精確控制。在其他實施例中，檢測電阻也可以只設置R22、RM兩個，光耦合器輸入端的陰極直接與零線連接。[0035]本實施例中處理電路13包括上述三極體Q21 ；上述檢測電路12中的光耦合器U21 輸出端的集電極c和發射極e分別與三極體Q21的集電極c和基極b連接；三極體Q21的發射極e與零線N連接；三極體Q21的集電極c還通過電源匹配電阻R27連接在電源電路 11的分壓電阻R21、R23之間。電源匹配電阻R27的作用是確保光耦合器U21與三極體Q21得到相應的電源支持。為了減少控制系統受到外界因素的幹擾，使處理電路13得到更好的電壓信號，本實施例中處理電路13設置有濾波電容C21、C22，濾波電容C21 —端接零線N，另一端連接在電源電路11的分壓電阻R21、R23之間；濾波電容C22 —端接零線，另一端與三極體Q21的基極b連接。濾波電容C21用來濾除掉輸入電壓中的雜波，確保整個控制系統不受外界幹擾；濾波電容C22則進一步過濾掉處理電路13中的雜波，確保三極體Q21工作穩定。此外，本實施例中處理電路13中還設置有報警單元，該報警單元一端接三極體 Q21的發射極e，另一端通過電流匹配電阻R28與零線N連接。上述報警單元可以為發光二極體LED1，但不限於發光二極體，還可以是視頻信號或音頻信號產生器等各類報警設備。若報警單元為發光二極體LEDl，則發光二極體LEDl的正極接三極體Q21的發射極 e，該發光二極體LEDl的負極通過電流匹配電阻似8與零線N連接，電阻R28的作用是為發光二極體LEDl的工作提供必須的匹配電流。在實際應用中，可根據不同的使用環境以及不同的用戶要求，採用光耦器U21中發光二極體的壓降參數形成光電控制，精確控制電壓的檢測範圍，可使電壓檢測範圍控制在士 IVAC以內，同時可檢測低至2VAC的電壓，實現了低壓檢測的突破。上述處理電路13中的三極體Q21的作用是觸發輸出電路14中的控制單元比如可控矽SCR21，一旦三極體Q21通電，可控矽SCR21便被觸發，同時發光二極體LEDl立即發光閃爍報警。本實施例中輸出電路14包括上述控制單元，該控制單元的第一輸入端與三極體 Q21的發射極e連接，該控制單元的第二輸入端接火線L，控制單元的輸出端與外部的斷電裝置連接。本實施例中控制單元為可控矽SCR21，在其他實施例中控制單元還可為電子閥、繼電器、MOS管等功率控制器件或者其他電子開關。其中，可控矽SCR21的門極G與三極體Q21 的發射極e連接，可控矽SCR21的陽極A接火線N，可控矽SCR21的陰極K與外部的斷電裝
置連接。當檢測電路12檢測到地線PE中的電壓達到安全電壓範圍，光耦合器U21被觸發， 同時光耦合器U21輸出控制信號給處理電路13，並擊活處理電路13中的三極體Q21，使三極體Q21通電，一旦三極體Q21通電，可控矽SCR21便被觸發，控制輸出電路14發出跳閘信號至外部的斷電裝置，切斷電源與負載之間的連接，同時發光二極體LEDl立即發光閃爍報
Sfc目。為了避免輸出電路14對處理電路13造成影響，本實施例中輸出電路14還設置有第三二極體D23，該第三二極體D23的作用是對輸入的電壓進行隔離分流，從而避免輸出電路14對處理電路13造成影響。[0047]上述第三二極體D23的正極與三極體Q21的發射極e連接，第三二極體D23的負極通過分流電阻似6與可控矽SCR21的門極G連接。分流電阻R26的作用是為可控矽SCR21的正常工作提供電流保障。同時，為了避免輸入電壓中的雜波影響輸出電路14，本實施例輸出電路14中還設置有濾波電容C23，濾波電容C23連接在三極體Q21與零線N之間。通過濾波電容C23過濾掉輸出電路14中的雜波，避免雜波觸發可控矽SCR21，引起可控矽SCR21的誤動作，因為可控矽SCR21 —旦觸發，便會引起外部的短路裝置(比如漏電保護插頭的斷路裝置)通電，起到斷開電源與負載的作用。進一步的，為了提高控制系統的穩定性，本實施例輸出電路14中還設置有一個壓敏電阻觀21，壓敏電阻觀21並聯在可控矽SCR21的陽極和陰極之間，通過該壓敏電阻ZR21 防止反向電壓對可控矽SCR21的衝擊，從而進一步提高了系統的穩定性。需要說明的是，本實施例中斷電裝置可以集成在漏電保護插頭中或者其他需要漏電保護的電源系統中。同樣，本實施例地線安全電壓控制系統可以集成在漏電保護插頭中，與漏電保護插頭配合使用，也可單獨設置或集成在各類電器、電工產品或220V-380VAC電源系統中，達到防火災或防電擊的目的本實施例中地線PE的預定的安全電壓範圍可以設置為36 50VAC。同時考慮到實際應用場景中，零線N和火線L可能會存在接反的情形，此時，地線PE與零線N之間會存在電壓差，則會啟動檢測電路12，經過處理電路13處理後，可控矽 SCR21會觸發漏電保護插頭中的斷電裝置斷開電源與負載的連接，同時通過處理電路13中的發光二極體進行報警。本實用新型實施例地線安全電壓控制系統，通過檢測電路12檢測地線電壓是否達到預定範圍或零火線是否接反，一旦地線電壓達到安全電壓範圍或者檢測到零火線接反則通過處理電路13和輸出電路14觸發漏電保護插頭跳閘，切斷電源與負載之間的連接，達到防火災或防電擊的目的，提高用電產品的使用安全性；此外，本實用新型還可通過處理電路13中的發光二極體LEDl等報警單元發出報警信號，在漏電保護插頭跳閘的同時，通過報警信號提醒用戶該用電產品出現漏電危險，使用戶及時採取相應的安全措施。同時，本實用新型採用光耦合器U21中發光二極體的特性參數形成光電控制，精確控制電壓的檢測範圍，可使檢測範圍控制在士 IVAC以內，同時可檢測低至2VAC的電壓， 實現了低壓檢測的突破。以上所述僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍， 凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或流程變換，或直接或間接運用在其它相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
權利要求1.一種地線安全電壓控制系統，其特徵在於，包括電源電路、檢測電路、處理電路及輸出電路，所述輸出電路與外部的斷電裝置連接，所述斷電裝置連接有負載，其中電源電路，連接在火線與零線之間，用於為所述控制系統提供電源；檢測電路，用於檢測地線電壓，當地線電壓與零線電壓之間的壓差達到預定的安全電壓範圍時，向所述處理電路輸出控制信號；所述處理電路，用於根據所述控制信號對所述地線電壓進行處理，並控制所述輸出電路觸發所述外部的斷電裝置斷電，切斷電源與負載的連接。
2.根據權利要求1所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述電源電路包括第一二極體及分壓電阻R21、R23 ；所述第一二極體的正極與火線連接，所述分壓電阻R21與 R23串聯後連接在第一二極體的負極與零線之間，第一二極體用於對輸入的電源電壓進行半波整流處理。
3.根據權利要求1所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述檢測電路包括第二二極體、光耦合器以及至少兩檢測電阻R22、R24 ；所述處理電路包括三極體；所述第二二極體的正極與所述地線連接，所述兩檢測電阻R22、R24串聯後連接在第二二極體的負極與零線之間，所述光耦合器輸入端的陽極連接在兩檢測電阻R22、RM之間，所述光耦合器輸入端的陰極連接零線；該光耦合器輸出端的集電極和發射極分別與所述三極體的集電極和基極連接；通過光耦合器中發光二極體的壓降參數形成光電控制，控制電壓的檢測範圍； 所述三極體的發射極與零線連接；所述三極體的集電極還通過電源匹配電阻R27連接在電源電路的分壓電阻R21、R23之間。
4.根據權利要求3所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述檢測電路還包括檢測電阻R25，所述光耦合器通過所述檢測電阻R25與零線連接；所述處理電路還包括報警單元，該報警單元一端接三極體的發射極，另一端通過電流匹配電阻似8與零線連接。
5.根據權利要求4所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述報警單元為發光二極體或音、視頻信號產生器。
6.根據權利要求4所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述處理電路還包括濾波電容C21、C22，所述濾波電容C21 —端接零線，另一端連接在電源電路的分壓電阻R21、 R23之間；所述濾波電容C22 —端接零線，另一端與所述三極體的基極連接。
7.根據權利要求3-6中任一項所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述輸出電路包括控制單元，所述控制單元的第一輸入端與所述三極體的發射極連接，所述控制單元的第二輸入端接火線，所述控制單元的輸出端與外部的斷電裝置連接。
8.根據權利要求7所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述控制單元至少為可控矽、繼電器、MOS管或電子閥；所述可控矽的門極與所述三極體的發射極連接，陽極接火線，陰極與外部的斷電裝置連接；所述斷電裝置集成在漏電保護插頭或電源系統中。
9.根據權利要求8所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述輸出電路還包括用於隔離分流的第三二極體，所述第三二極體的正極與所述三極體的發射極連接，該第三二極體的負極通過分流電阻R26與所述可控矽的門極連接。
10.根據權利要求9所述的地線安全電壓控制系統，其特徵在於，所述預定的安全電壓範圍為36 50V ；所述輸出電路還包括壓敏電阻及濾波電容C23，所述壓敏電阻並聯在所述可控矽的陽極和陰極之間；所述濾波電容C23連接在所述三極體與零線之間。
專利摘要本實用新型涉及一種地線安全電壓控制系統，包括電源電路、檢測電路、處理電路及輸出電路，輸出電路與連接有負載的斷電裝置連接，電源電路連接在火線與零線之間，用於為控制系統提供電源；檢測電路用於檢測地線電壓，當地線電壓與零線電壓之間的壓差達到預定的安全電壓範圍時，向處理電路輸出控制信號；處理電路用於根據控制信號對地線電壓進行處理，並控制輸出電路觸發外部的斷電裝置斷電，切斷電源與負載的連接。本實用新型檢測電路檢測一旦檢測到地線電壓達到預定範圍或零火線接反，則通過處理電路和輸出電路觸發漏電保護插頭跳閘並報警，切斷電源與負載之間的連接，達到防火災或防電擊目的，提高用電產品使用安全性。
文檔編號H02H3/04GK202159961SQ20112027112
公開日2012年3月7日 申請日期2011年7月28日 優先權日2011年7月28日
發明者吳勇, 王鍾宇 申請人:深圳市良輝科技有限公司