具体实施方式
下面,结合附图,对本发明作进一步地说明。
结合图2,从端口A、端口B输入的AC220V电源,经降压电路107降压、直流电源电路106整流、滤波、稳压后,为控制系统提供了稳定的直流电压Uc;
当输入端的AC220V“正接”时,B点与零线N线连接,再结合图1可知,B点与图2中的信号接地端Es均与大地连接(图2中:Re为Es的接地电阻),显尔易见,B点的电位与信号接地端Es点的电位近似相等,因此,信号输入端的信号电压Usi≈0、信号电流Is≈0,此时,正反接识别电路101输出的信号电压Us=0,控制系统不动作,输出端D端继续保持与N线连接的状态(条件:按一次常开按鈕AN1、使继电器J3自锁、其动合触点DH31、DH32闭合)。
当输入端的AC220V“反接”时,B点与相线L线连接,信号电流Is按N线→大地E→Re→Es→正反接识别电路101→电路板(PCB)地→B→L线的路径流通,換言之:本发明以AC220V为信号源、控制信号采自大地。由于Is的流通,正反接识别电路101便输出信号电压Us并将Us分别施加到第一比较电路102和第二比较电路104上,使此两比较电路都输出高电平,控制系统就开始执行以下的換线程序:
1、第一比较电路102输出的高电平驱使预备电路103中的动断触点DD1断开、即关断了后续电路的AC220V电源;
2、第二比较电路104输出的高电平延迟Δt时间后,也驱使換线电路105的动断触点DD21和DD22断开、动合触点DH21和DH22闭合、即L线N线的“座位”得以调換;
3、換线结束后,预备电路103中的动断触点DD1复位重新闭合、后续电路的AC220V电源重新接通。
经此換线,输出端D端便转換为与N线连接的状态(条件:按一次常开按鈕AN1、使继电器J3自锁、其动合触点DH31、DH32闭合)。
至此,本发明就完成了自动择N线的过程。
图3为本发明优选的实施例的电路原理图,图3中:第一电阻R1、第一电容C1组成了降压电路107,并且,R1、C1并联后,一端与输入端口A及继电器J1的公共端COM1连接,另一端与第一二极管D1的负极及第二二极管D2的正极连接。
第一、第二、第三二极管D1、D2、D3,第二、第三、第四电容C2、C3、C4,第二电阻R2,集成三端稳压器IC1(型号LM7812)共同组成了直流电源电路106。它们的连接关系为:第一二极管D1的负极与第二二极管D2的正极及第一电阻R1、第一电容C1各自的一端连接、正极与第二电阻R2的一端连接,第二电阻R2的另一端接电路板地,第二、第三、第四电容C2、C3、C4各自的一端、集成三端稳压器IC1的2脚均接电路板地,第二、第三二极管D2、D3各自的负极、第二、第三电容C2、C3各自的一端、集成三端稳压器IC1的1脚均互相连接,第三二极管D3的正极、集成三端稳压器IC1的3脚、第四电容C4的另一端均接直流电压Uc的正极,电路板地与输入端口B连接。
降压电路107和直流电源电路106的技术特征为:
1、当输入端的AC220V“正接”(A端接L线)时,在AC220V的正半周,第一二极管D1截止、第二二极管D2导通,第一电容C1通过第二二极管D2充电;在AC220V的负半周,第一二极管D1导通、第二二极管D2截止,第一电容C1通过第一二极管D1放电。
当输入端的AC220V“反接”(A端接N线)时,在AC220V的正半周,第一二极管D1导通、第二二极管D2截止,第一电容C1通过第一二极管D1充电;在AC220V的负半周,第一二极管D1截止、第二二极管D2导通,第一电容C1通过第二二极管D2放电。
2、设有第一电容C1的充、放电平衡电阻R2,并且,其阻值与集成三端稳压器IC1的输入电阻近似相等。
第一电阻R1为AC220V停电后的第一电容C1的放电电阻。
第九、第十、第十一、第十二电阻R9、R10、R11、R12,第七、第八电容C7、C8,第六二极管D6,稳压二极管Dw组成了正反接识别电路101。它们的连接关系为:第十、第十一电阻R10、R11、第七、第八电容C7、C8各自的一端、第六二极管D6的负极均互相连接;第九电阻R9的一端、第七、第八电容C7、C8的另一端、稳压二极管Dw的正极均与电路板地相连接;稳压二极管Dw的负极接第十一电阻R11的另一端;第六二极管D6的正极接第十二电阻R12的一端;第十二电阻R12的另一端与信号接地端Es连接;第十电阻R10的另一端与第九电阻R9的另一端连接后再与第一比较电路102和第二比较电路104连接。
结合图1、图2:B端、大地E组成了信号输入端,其特征是:
1、当AC220V正接即B端与N线连接时,B端的电位与信号接地端Es点的电位近似相等、输入的信号电压Usi≈0、信号电流Is≈0;
2、当AC220V反接即B端与相线L线连接时,输入的信号电压为Usi≈220V-Is·Re
3、由于第一比较电路102和第二比较电路104是高输入阻抗、高分辨率的电压比较器,允许信号电流Is低达微安级,同时AC220V作为信号源呈现非常低的“信号源内阻”并显得非常“强大”,因此,Es的接地电阻Re允许高达MΩ级。这就给本发明寻找信号接地端Es带来了极大的自由度,墙壁、水泥地、泥土地、铁或鋁合金窗、水管都可成为信号接地端Es,这与电器外壳直接接地的TT保护系统中的接地端接地电阻必须小于4Ω的要求形成了鲜明对照:前者接地条件宽松(Re≤1MΩ)不苛求,接地点随处可得;后者接地条件严格(接地电阻≯4Ω),须选址并设专门接地桩。
所述的本条技术特征对本发明是很重要的,只有信号接地端Es随处可接,本发明才有实用意义,否则本发明就是无实用价值的“纸上谈兵”技术!
本实施例进一步的技术措施为:在正反接识别电路101中设有限流电阻R12和稳压二极管Dw,可防止信号接地端Es的接地电阻Re过小时,因信号电流Is和信号电压Us过强而对后级电路造成危害。
第七、第八电阻R7、R8,集成运放IC2-1(1/2 LM393)组成了第一比较电路102。
第七、第八电阻R7、R8,集成运放IC2-2(1/2 LM393)组成了第二比较电路104。
第三、第四电阻R3、R4,第五电容C5,第一三极管V1,第一继电器J1,第四二极管D4组成了预备电路103。并且,第五电容C5的负极接电路板地;第五电容C5的正极、第一三极管V1的发射极、第三电阻R3的一端均互相连接;第三电阻R3的另一端、第一三极管V1的基极、第四电阻R4的一端、集成运放IC2-1的1脚均互相连接;第一继电器J1与第四二极管D4并联后,一端(D4的正极端)与第一三极管V1的集电极连接,另一端接直流电压Uc的正极;第四电阻R4的另一端也接直流电压Uc的正极。
第五、第六电阻R5、R6,第六电容C6,第二三极管V2,第二继电器J2,第五二极管D5组成了換线电路105。并且,第二三极管V2的基极、集成运放IC2-2的7脚、第五、第六电阻R5、R6、第六电容C6各自的一端均互相连接;第六电阻R6、第六电容C6各自的另一端、第二三极管V2的射极均接电路板地;第二继电器J2的一端、第五二极管D5的负极、第五电阻R5的另一端均与直流电压Uc的正极连接;第二继电器J2的另一端、第五二极管D5的正极均接第二三极管V2的集电极。
本实施例的工作过程如下:
当AC220V正接即端口B接N线时,信号接地端Es的电位与B点的电位近似相等,输入的信号电压Usi≈0、信号电流Is≈0。此时,正反接识别电路101输出的信号电压Us=0,集成运放IC2-1的输出端1脚、集成运放IC2-2的输出端7脚均与电路板地近似短路,即均输出低电平,第一三极管V1、第二三极管V2均为截止状态,第一继电器J1、第二继电器J2均不工作;若按常开按鈕AN1,第三继电器J3便自锁,其二个动合触点DH31、DH32闭合,负载RL(电器)便与AC220V连接,与其外壳K连接的D端连接在N线上,负载RL(电器)便获得了接零保护。
当AC220V反接即端口B接L线时,测试信号AC220V通过由B端、大地组成的信号输入端口输入到正反接识别电路101中,在AC220V的负半周,信号电流Is按下述路径流通:
N线→大地E→Re→Es→R12(限流)→D6(整流)→R10及C7、C8(滤波)→R9→电路板地→B→L线
由于信号电流Is的流通,在集成运放IC2-1的正相输入端3脚、集成运放IC2-2的正相输入端5脚上产生了信号电压Us,并且Us=Is·R7;直流电压Uc经R8、R7分压,在在集成运放IC2-1的反相输入端2脚、集成运放IC2-2的反相输入端6脚上产生了参考电压U2;只要适当调整R12、R10、R9和R8、R7的值,就可使信号电压Us大于参考电压U2即Us>U2,此时,集成运放IC2-1的输出端1脚、集成运放IC2-2的输出端7脚均与电路板地近似开路,即均输出高电平。
综上所述可知:当AC220V正接时,所述的正反接识别电路(101)的输入的信号电压Usi≈0、信号电流Is≈0、输出的信号电压Us=0;当AC220V反接时,输入的信号电流为Is、输入的信号电压为Ust≈220V-Is·Re、输出的信号电压Us大于参考电压U2即Us>U2。
鉴于直流电源电路106中的滤波电容C2、C3、C4的电容量远大于正反接识别电路101中的滤波电容C7、C8的电容量,AC220V接入后,信号电压Us建立的时间早于直流电压Uc的建立时间,因此,当Us>U2、集成运放IC2-1的输出端1脚输出高电平时,第五电容C5两端的电压U5=0,故集成运放IC2-1的输出端1脚输出高电平后,第一三极管V1便迅速导通,第一继电器J1便得电工作,其动断触点DD11断开,后续电路的AC220V被切断;
第二三极管V2由于其基极上并有延迟电容C6,因此,当Us>U2、集成运放IC2-2的输出端7脚输出高电平时,其导通时间较第一三极管V1迟延Δt,延迟Δt时间后,第二三极管V2也开始导通,第二继电器J2得电工作,其二组动断触点DD21、DD22断开,二组动合触点DH21、DH22闭合,換线电路105的換线任务便得以完成。如前所述,換线电路105的換线动作是在预备电路103已将AC220V切断的情况下进行的。作这样设计的目的为:防止第二继电器J2的二组触点动作时间不一致而造成AC220V短路。
综上所述可总结为:当Us>U2时,第二三极管V2较第一三极管V1迟延Δt时间导通;換线电路105的換线动作是在预备电路103已将AC220V切断的情况下进行的。
第一三极管V1导通后,第五电容C5便开始充电,其两端的电压U5将逐步上升,当第一三极管V1基极电压Ub1与U5的差值Ub1-U5<0.7V时,第一三极管V1被截止、第一继电器J1失电、其动断触点DD11复位闭合、后续电路的AC220V重新接通、控制系统的換线程序结束。此时,若按一下常开按鈕AN1,输出端D和负载的外壳K就与零线N线连接,负载RL(电器)便获得了接零保护。
如前所述:预备电路103中的第五电容C5在Us>U2的条件下,起到了控制第一三极管V1先导通、后截止的重要作用。
本实施例另一项重要技术为:B端与电路板地相连接,是AC220V电源、AC220V信号源、直流稳压电源Uc的公共端。正是因为作了如此的设计,才使本发明实现了把强大的AC220V当作信号源使用并从大地中获取信号电流Is的技术特征。
在本实施例中,还设置了常开按鈕AN1(相当于负载电源“开”)和常闭按鈕AN2(相当于负载电源“关”),按一次AN1,第三继电器J3得电自锁,其二组动合触点DH31、DH32闭合,负载RL与AC220V电源接通;按一次AN2,第三继电器J3失电失锁,其二组动合触点DH31、DH32断开,负载RL的AC220V电源关断。若不作这样的设计,那么,在AC220V反接(B端接L线)后至第二继电器J2的动断触点DD22断开前约30ms的时间内,负载RL的外壳K便与相线L线连接着,即外壳K在此30ms的时间内是“带电的”。作了这样的设计后,则彻底排除了外壳K的带电之忧,而且,按鈕AN1、AN2还可兼作负载RL的电源开关,起到一举二得的作用。
综上所述可知,本发明具有为D端自动择N线的功能。应用本发明,允许电器的电源输入端任意连接,不论正接、反接,所连接的电器都可实现接零保护。