CN102332699B - 地线安全电压控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种地线安全电压控制系统，包括电源电路、检测电路、处理电路及输出电路，输出电路与连接有负载的断电装置连接，电源电路连接在火线与零线之间，用于为控制系统提供电源；检测电路用于检测地线电压，当地线电压与零线电压之间的压差达到预定的安全电压范围时，向处理电路输出控制信号；处理电路用于根据控制信号对地线电压进行处理，并控制输出电路触发外部的断电装置断电，切断电源与负载的连接。本发明检测电路检测一旦检测到地线电压达到预定范围或零火线接反，则通过处理电路和输出电路触发漏电保护插头跳闸并报警，切断电源与负载之间的连接，达到防火灾或防电击目的，提高用电产品使用安全性。

Description

地线安全电压控制系统

技术领域

本发明涉及电器产品技术领域，尤其涉及一种地线安全电压控制系统。

背景技术

在实际生活中，电器产品电气回路中的带电导体——零线与火线、大地、电气设备外壳以及各种接地金属管道或其他导体之间的短路，或者导体对地绝缘电阻小于规定值时都可能发生接地失效，接地失效会引起过流，从而会引起火灾或电击风险，为了避免这种风险，一种防止接地失效的漏电保护插头被广泛地运用。

漏电保护插头被安装于供电电源与负载之间，其作用是通过零线、火线上的互感器或地线的互感器来感应是否存在漏电电流。漏电保护插头在工作过程中，一旦侦测到电路中存在漏电情况，立即跳闸，切断电源与负载间的连接，以避免由于漏电引起火灾或电击的风险。

现有的漏电保护插头只有在零线、火线的互感器或地线的互感器检测到漏电流信号时才能跳闸断电，其漏电电流基于大地产生，若所用电器产品无地线，或者有地线而没有与大地连接，则在零线、火线上的互感器或地线的互感器没有检测到漏电流信号的情况下便不能断电，但是，若此时地线因用电环境或其他用电器漏电，地线中流入电流使地线带电，则会对使用者的人身安全造成威胁。

在实际使用中，如果电源插座接地端未接地，用电器也未接地，当地线带电或用电器漏电时，带电体无法与大地产生漏电流，即无法在零线、火线的互感器或地线的互感器中感应出漏电电流信号，则无法在地线或用电器带电情况下立即跳闸断电，只有在使用者接触到用电器接地端如外壳使漏电流通过人体流到大地时，零线、火线的互感器或地线的互感器才能检测到漏电电流信号，漏电保护插头此时才可跳闸断电，由此可知，在切断电源前就已造成使用者的触电事故。

此外，如果用户家庭用电系统采用TN-C-S系统(接零保护系统)，从电路零线接到插座内零极的连接线出现故障，出现电源零线缺失的情况时，电器负载中的电流从火线中流入到电器的接地点上，使地线带电；或零线、火线接反，地线直接带电，此时所有可触及的金属部件带电，极易对使用者的人身安全造成威胁。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种地线安全电压控制系统，旨在增强电器产品的漏电保护的安全性。

为了达到上述目的，本发明提出一种地线安全电压控制系统，包括：电源电路、检测电路、处理电路及输出电路，所述输出电路与外部的断电装置连接，所述断电装置连接有负载，其中：

电源电路，连接在火线与零线之间，用于为所述控制系统提供电源；

检测电路，用于检测地线电压，当地线电压与零线电压之间的压差达到预定的安全电压范围时，向所述处理电路输出控制信号；

所述处理电路，用于根据所述控制信号对所述地线电压进行处理，并控制所述输出电路触发所述外部的断电装置断电，切断电源与负载的连接。

优选地，所述电源电路包括第一二极管及分压电阻R21、R23；所述第一二极管的正极与火线连接，所述分压电阻R21与R23串联后连接在第一二极管的负极与零线之间，第一二极管用于对输入的电源电压进行半波整流处理。

优选地，所述检测电路包括第二二极管、光耦合器以及至少两检测电阻R22、R24；所述处理电路包括三极管；所述第二二极管的正极与所述地线连接，所述两检测电阻R22、R24串联后连接在第二二极管的负极与零线之间，所述光耦合器输入端的阳极连接在两检测电阻R22、R24之间，所述光耦合器输入端的阴极连接零线；该光耦合器输出端的集电极和发射极分别与所述三极管的集电极和基极连接；通过光耦合器中发光二极管的压降参数形成光电控制，控制电压的检测范围；所述三极管的发射极与零线连接；所述三极管的集电极还通过电源匹配电阻R27连接在电源电路的分压电阻R21、R23之间。

优选地，所述检测电路还包括检测电阻R25，所述光耦合器通过所述检测电阻R25与零线连接；所述处理电路还包括报警单元，该报警单元一端接三极管的发射极，另一端通过电流匹配电阻R28与零线连接。

优选地，所述报警单元为发光二极管或音、视频信号产生器。

优选地，所述处理电路还包括滤波电容C21、C22，所述滤波电容C21一端接零线，另一端连接在电源电路的分压电阻R21、R23之间；所述滤波电容C22一端接零线，另一端与所述三极管的基极连接。

优选地，所述输出电路包括控制单元，所述控制单元的第一输入端与所述三极管的发射极连接，所述控制单元的第二输入端接火线，所述控制单元的输出端与外部的断电装置连接。

优选地，所述控制单元至少为可控硅、继电器、MOS管或电子阀；所述可控硅的门极与所述三极管的发射极连接，阳极接火线，阴极与外部的断电装置连接；所述断电装置集成在漏电保护插头或电源系统中。

优选地，所述输出电路还包括用于隔离分流的第三二极管，所述第三二极管的正极与所述三极管的发射极连接，该第三二极管的负极通过分流电阻R26与所述可控硅的门极连接。

优选地，所述预定的安全电压范围为36～50V；所述输出电路还包括压敏电阻及滤波电容C23，所述压敏电阻并联在所述可控硅的阳极和阴极之间；所述滤波电容C23连接在所述三极管与零线之间。

本发明提出的一种地线安全电压控制系统，通过检测电路检测地线电压是否达到预定范围或零火线是否接反，一旦地线电压达到预定的安全电压范围或者检测到零火线接反则通过处理电路和输出电路触发漏电保护插头跳闸，切断电源与负载之间的连接，达到防火灾或防电击的目的，提高用电产品的使用安全性；此外，本发明还可通过处理电路中的发光二极管等报警单元发出报警信号，在漏电保护插头跳闸的同时，通过报警信号提醒用户该用电产品出现漏电危险，使用户及时采取相应的安全措施。

附图说明

图1是本发明地线安全电压控制系统的电路结构示意图。

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。

具体实施方式

应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例解决方案主要是：通过检测电路检测地线电压是否达到预定范围或零火线是否接反，一旦地线电压达到预定的安全电压范围或者检测到零火线接反，即地线电压与零线电压之间的压差达到预定的安全电压范围，则通过处理电路和输出电路触发漏电保护插头跳闸，切断电源与负载之间的连接并报警，以提高用电产品的使用安全性。

请参照图1所示，图1是本发明地线安全电压控制系统的电路结构示意图。本发明一实施例提出一种地线安全电压控制系统，包括：火线L、零线N、地线PE、电源电路11、检测电路12、处理电路13及输出电路14，输出电路14与外部的断电装置连接，断电装置连接有负载，其中：

相线L与零线N连接在外部电源上；

电源电路11，连接在火线L与零线N之间，用于为控制系统提供电源；

检测电路12，用于检测地线PE电压，当地线PE电压达到预定的安全电压范围时，向处理电路13输出控制信号；

处理电路13，用于根据控制信号对地线PE电压进行处理，并控制输出电路14触发外部的断电装置断电，切断电源与负载的连接。

具体地，本实施例中，电源电路11包括第一二极管D21及分压电阻R21、R23；第一二极管D21的正极与火线连接，分压电阻R21与R23串联后连接在第一二极管D21的负极与零线之间，第一二极管D21用于对输入的电源电压进行半波整流处理；分压电阻R21、R23的作用是对输入的电源电压进行降压分压，以满足本实施例控制系统的用电要求，从而通过电源电路11为整个地线安全电源控制系统提供电源保障。

检测电路12包括第二二极管D22、光耦合器U21以及三个检测电阻R22、R24及R25；第二二极管D22的正极与地线PE连接，检测电阻R22、R24、R25串联后依次连接在第二二极管D22的负极与零线PE之间；光耦合器U21输入端的阳极连接在两检测电阻R22、R24之间，该光耦合器U21输入端的阴极通过检测电阻R25连接零线N。

其中，二极管D22的作用是对地线PE中的电压进行半波整流，并对地线PE中的电压进行方向性检测，三个检测电阻R22、R24及R25串联在一起，构成对地线PE安全电压的检测。检测电路12一旦检测到地线PE中的电压达到安全电压范围的电压，则光耦合器U21被触发，同时光耦合器U21输出控制信号给处理电路13，并击活处理电路13中的三极管Q21，使三极管Q21通电。

需要说明的是，检测电阻R22、R24、R25可根据不同的使用环境，以及不同的用户要求调整其阻值，以实现对地线PE电压检测范围的精确控制。在其他实施例中，检测电阻也可以只设置R22、R24两个，光耦合器输入端的阴极直接与零线连接。

本实施例中处理电路13包括上述三极管Q21；上述检测电路12中的光耦合器U21输出端的集电极c和发射极e分别与三极管Q21的集电极c和基极b连接；三极管Q21的发射极e与零线N连接；三极管Q21的集电极c还通过电源匹配电阻R27连接在电源电路11的分压电阻R21、R23之间。

电源匹配电阻R27的作用是确保光耦合器U21与三极管Q21得到相应的电源支持。

为了减少控制系统受到外界因素的干扰，使处理电路13得到更好的电压信号，本实施例中处理电路13设置有滤波电容C21、C22，滤波电容C21一端接零线N，另一端连接在电源电路11的分压电阻R21、R23之间；滤波电容C22一端接零线，另一端与三极管Q21的基极b连接。滤波电容C21用来滤除掉输入电压中的杂波，确保整个控制系统不受外界干扰；滤波电容C22则进一步过滤掉处理电路13中的杂波，确保三极管Q21工作稳定。

此外，本实施例中处理电路13中还设置有报警单元，该报警单元一端接三极管Q21的发射极e，另一端通过电流匹配电阻R28与零线N连接。

上述报警单元可以为发光二极管LED1，但不限于发光二极管，还可以是视频信号或音频信号产生器等各类报警设备。

若报警单元为发光二极管LED1，则发光二极管LED1的正极接三极管Q21的发射极e，该发光二极管LED1的负极通过电流匹配电阻R28与零线N连接，电阻R28的作用是为发光二极管LED1的工作提供必须的匹配电流。

在实际应用中，可根据不同的使用环境以及不同的用户要求，采用光耦器U21中发光二极管的压降参数形成光电控制，精确控制电压的检测范围，可使电压检测范围控制在±1VAC以内，同时可检测低至2VAC的电压，实现了低压检测的突破。

上述处理电路13中的三极管Q21的作用是触发输出电路14中的控制单元比如可控硅SCR21，一旦三极管Q21通电，可控硅SCR21便被触发，同时发光二极管LED1立即发光闪烁报警。

本实施例中输出电路14包括上述控制单元，该控制单元的第一输入端与三极管Q21的发射极e连接，该控制单元的第二输入端接火线L，控制单元的输出端与外部的断电装置连接。

本实施例中控制单元为可控硅SCR21，在其他实施例中控制单元还可为电子阀、继电器、MOS管等功率控制器件或者其他电子开关。其中，可控硅SCR21的门极G与三极管Q21的发射极e连接，可控硅SCR21的阳极A接火线N，可控硅SCR21的阴极K与外部的断电装置连接。

当检测电路12检测到地线PE中的电压达到安全电压范围，光耦合器U21被触发，同时光耦合器U21输出控制信号给处理电路13，并击活处理电路13中的三极管Q21，使三极管Q21通电，一旦三极管Q21通电，可控硅SCR21便被触发，控制输出电路14发出跳闸信号至外部的断电装置，切断电源与负载之间的连接，同时发光二极管LED1立即发光闪烁报警。

为了避免输出电路14对处理电路13造成影响，本实施例中输出电路14还设置有第三二极管D23，该第三二极管D23的作用是对输入的电压进行隔离分流，从而避免输出电路14对处理电路13造成影响。

上述第三二极管D23的正极与三极管Q21的发射极e连接，第三二极管D23的负极通过分流电阻R26与可控硅SCR21的门极G连接。

分流电阻R26的作用是为可控硅SCR21的正常工作提供电流保障。

同时，为了避免输入电压中的杂波影响输出电路14，本实施例输出电路14中还设置有滤波电容C23，滤波电容C23连接在三极管Q21与零线N之间。

通过滤波电容C23过滤掉输出电路14中的杂波，避免杂波触发可控硅SCR21，引起可控硅SCR21的误动作，因为可控硅SCR21一旦触发，便会引起外部的短路装置(比如漏电保护插头的断路装置)通电，起到断开电源与负载的作用。

进一步的，为了提高控制系统的稳定性，本实施例输出电路14中还设置有一个压敏电阻ZR21，压敏电阻ZR21并联在可控硅SCR21的阳极和阴极之间，通过该压敏电阻ZR21防止反向电压对可控硅SCR21的冲击，从而进一步提高了系统的稳定性。

需要说明的是，本实施例中断电装置可以集成在漏电保护插头中或者其他需要漏电保护的电源系统中。

同样，本实施例地线安全电压控制系统可以集成在漏电保护插头中，与漏电保护插头配合使用，也可单独设置或集成在各类电器、电工产品或220V-380VAC电源系统中，达到防火灾或防电击的目的

本实施例中地线PE的预定的安全电压范围可以设置为36～50VAC。

同时考虑到实际应用场景中，零线N和火线L可能会存在接反的情形，此时，地线PE与零线N之间会存在电压差，则会启动检测电路12，经过处理电路13处理后，可控硅SCR21会触发漏电保护插头中的断电装置断开电源与负载的连接，同时通过处理电路13中的发光二极管进行报警。

本发明实施例地线安全电压控制系统，通过检测电路12检测地线电压是否达到预定范围或零火线是否接反，一旦地线电压达到安全电压范围或者检测到零火线接反则通过处理电路13和输出电路14触发漏电保护插头跳闸，切断电源与负载之间的连接，达到防火灾或防电击的目的，提高用电产品的使用安全性；此外，本发明还可通过处理电路13中的发光二极管LED1等报警单元发出报警信号，在漏电保护插头跳闸的同时，通过报警信号提醒用户该用电产品出现漏电危险，使用户及时采取相应的安全措施。

同时，本发明采用光耦合器U21中发光二极管的特性参数形成光电控制，精确控制电压的检测范围，可使检测范围控制在±1VAC以内，同时可检测低至2VAC的电压，实现了低压检测的突破。

以上所述仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或流程变换，或直接或间接运用在其它相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种地线安全电压控制系统，其特征在于，包括：电源电路、检测电路、处理电路及输出电路，所述输出电路与外部的断电装置连接，所述断电装置连接有负载，其中：

电源电路，连接在火线与零线之间，用于为所述控制系统提供电源；

检测电路，用于检测地线电压，当地线电压与零线电压之间的压差达到预定的安全电压范围时，向所述处理电路输出控制信号；并通过光耦合器中发光二极管的压降参数，控制电压的检测范围；所述检测电路包括第二二极管、光耦合器以及检测电阻R22、R24、R25；所述处理电路包括三极管；所述第二二极管的正极与所述地线连接，所述检测电阻R22、R24、R25串联后连接在第二二极管的负极与零线之间，所述光耦合器输入端的阳极连接在两检测电阻R22、R24之间，所述光耦合器输入端的阴极通过所述检测电阻R25连接零线；该光耦合器输出端的集电极和发射极分别与所述三极管的集电极和基极连接；所述三极管的发射极与零线连接；所述三极管的集电极还通过电源匹配电阻R27连接在电源电路的分压电阻R21、R23之间；

所述处理电路，用于根据所述控制信号对所述地线电压进行处理，并控制所述输出电路触发所述外部的断电装置断电，切断电源与负载的连接。

2.根据权利要求1所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述电源电路包括第一二极管及分压电阻R21、R23；所述第一二极管的正极与火线连接，所述分压电阻R21与R23串联后连接在第一二极管的负极与零线之间，第一二极管用于对输入的电源电压进行半波整流处理。

3.根据权利要求2所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述处理电路还包括报警单元，该报警单元一端接三极管的发射极，另一端通过电流匹配电阻R28与零线连接。

4.根据权利要求3所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述报警单元为发光二极管或音、视频信号产生器。

5.根据权利要求3所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述处理电路还包括滤波电容C21、C22，所述滤波电容C21一端接零线，另一端连接在电源电路的分压电阻R21、R23之间；所述滤波电容C22一端接零线，另一端与所述三极管的基极连接。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述输出电路包括控制单元，所述控制单元的第一输入端与所述三极管的发射极连接，所述控制单元的第二输入端接火线，所述控制单元的输出端与外部的断电装置连接。

7.根据权利要求6所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述控制单元至少为可控硅、继电器、MOS管或电子阀；所述可控硅的门极与所述三极管的发射极连接，阳极接火线，阴极与外部的断电装置连接；所述断电装置集成在漏电保护插头或电源系统中。

8.根据权利要求7所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述输出电路还包括用于隔离分流的第三二极管，所述第三二极管的正极与所述三极管的发射极连接，该第三二极管的负极通过分流电阻R26与所述可控硅的门极连接。

9.根据权利要求8所述的地线安全电压控制系统，其特征在于，所述预定的安全电压范围为36～50V；所述输出电路还包括压敏电阻及滤波电容C23，所述压敏电阻并联在所述可控硅的阳极和阴极之间；所述滤波电容C23连接在所述三极管与零线之间。