CN104898015B - 交流电零火线接反及地线异常检测电路 - Google Patents

Abstract

一种交流电零火线接反及地线异常检测电路，主要包括：零火线接反检测回路、地线异常检测回路、信号输出回路，零火线接反检测回路的信号输出端、地线异常检测回路的输出端均与信号输出回路连接，地线异常检测回路的PE输入端分别与L输入端、N输入端连接，信号输出回路与用电设备控制器连接。集零火线接反识别、地线异常识别功能于一体，在零火线在零火线接反和/或地线异常的情况下，能准确判断出故障并将信号输出给用电设备的控制器，进而用电设备的控制器采取措施及时断电，有效确保用户用电安全，减少人身伤亡事故。

Description

交流电零火线接反及地线异常检测电路

技术领域

本发明涉及检测电路技术领域，特别是涉及一种交流电零火线接反及地线异常检测电路。

背景技术

在家用电器应用广泛的现代生活中，我国家庭用电环境现状越来越不容乐观，零火线接反、地线异常（包括无接地和接地不可靠、地线带电）等情况已成为时常出现的问题。这种情况下使用家用电器一旦漏电，将使家用电器外壳带电，最终势必会造成触电伤人事故。现有技术中有单独判断零火线接反的电路或单独判断地线异常的电路，两种电路分别通过不同的输出方式输出信号，结构复杂且不能同时检测多种故障。为克服上述缺陷，对交流电零火线接反及地线异常检测电路进行了研制。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是要提供一种交流电零火线接反及地线异常检测电路，它具有结构简单，集零火线接反识别、地线异常识别功能于一体，在零火线接反和/或地线异常的情况下，能准确判断出各种故障并将信号输出给用电设备的控制器，进而用电设备的控制器采取措施及时断电，有效确保用户用电安全，减少人身伤亡事故。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：包括零火线接反检测回路、地线异常检测回路、信号输出回路，零火线接反检测回路的L输入端、N输入端分别与电源火线、零线连接，地线异常检测回路的PE输入端与电源地线连接，零火线接反检测回路的信号输出端、地线异常检测回路的输出端均与信号输出回路连接，地线异常检测回路的PE输入端分别与零火线接反检测回路的L输入端、N输入端连接，信号输出回路与用电设备控制器连接。

所述的零火线接反检测回路包括依次串联连接在L输入端及N输入端之间的电阻R37、电阻R38、二极管D21，二极管D21的正极与电源零线连接，二极管D21的负极与信号输出回路连接。

所述的信号输出回路包括电阻R40、光电耦合器U8、电阻R41、电阻R42、电容C30，光电耦合器U8的发光源的正极第1脚连接电阻R40至二极管D21的负极，光电耦合器U8的发光源的负极第2脚连接电源的零线，光电耦合器U8的第3脚接地，光电耦合器U8的第4脚连接电阻R41至+5V，光电耦合器U8的第4脚通过连接电容C30及串接电阻R42输出信号。

所述的地线异常检测回路包括电容C27、电容C28、电容C29、电阻R34、电阻R35、电阻R36、二极管D20、NPN型三极管Q5、NPN型三极管Q6、电阻R39，PE输入端一端与地线连接，另一端连接电容C27、电容C29、电容C28，电容C27、电容C29的另一端分别连接L输入端及N输入端，电容C28的另一端连接电阻R34，电阻R34另一端依次连接电阻R35、电阻R36至电源的零线，二极管D20与电阻R36并联，二极管D20的负极连接至NPN型三极管Q5的基级，NPN型三极管Q5的发射级E连接至电源的零线，NPN型三极管Q5的集电级同时连接至NPN型三极管Q6的基级及电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接至NPN型三极管Q6的集电级C，NPN型三极管Q6的集电级C连接至二极管D21的负极，NPN型三极管Q6的发射级连接至电源的零线。

所述的地线异常检测回路还包括串接在电阻R34与电阻R35之间的齐纳二极管D19，齐纳二极管D19的负极与电阻R34连接，齐纳二极管D19的正极与电阻R35连接。

所述的电容C27、电容C29、电容C28均为安规Y电容。

所述的电阻R37、电阻R38为碳膜电阻。

所述的二极管D20、二极管D21的型号为 1N4004或1N4007。

本发明同背景技术相比所产生的有益效果：由于本发明采取包括零火线接反检测回路、地线异常检测回路、信号输出回路，零火线接反检测回路的L输入端、N输入端分别与电源火线、零线连接，地线异常检测回路的PE输入端与电源地线连接，其特征在于零火线接反检测回路的信号输出端、地线异常检测回路的输出端均与信号输出回路连接，地线异常检测回路的PE输入端分别与零火线接反检测回路的L输入端、N输入端连接，信号输出回路与用电设备控制器连接的方案，结构简单，集零火线接反识别、地线异常识别功能于一体，在零火线在零火线接反和/或地线异常的情况下，能准确判断出故障并将信号输出给用电设备的控制器，进而用电设备的控制器采取措施及时断电，有效确保用户用电安全，减少人身伤亡事故。

附图说明

图1为本发明的电路原理图；

图2为本发明零火线、地线均连接正常时的交流电波形与输出信号图；

图3为本发明零火线连接正常、地线连接异常时的交流电波形与输出信号图；

图4为本发明零火线接反、地线连接正常或零火线接反、地线连接异常时的交流电波形与输出信号图。

具体实施方式

参看附图1，本实施例包括分别与电源火线、零线、地线连接的L输入端、N输入端、PE输入端，还包括：零火线接反检测回路、地线异常检测回路、信号输出回路，零火线接反检测回路的信号输出端、地线异常检测回路的输出端均与信号输出回路连接，地线异常检测回路的PE输入端分别与零火线接反检测回路的L输入端、N输入端连接，信号输出回路与用电设备控制器连接。

具体地，所述的零火线接反检测回路包括依次串联连接在L输入端及N输入端之间的电阻R37、电阻R38、二极管D21，二极管D21的正极与电源零线连接，二极管D21的负极与信号输出回路连接。

所述的信号输出回路包括电阻R40、光电耦合器U8、电阻R41、电阻R42、电容C30，光电耦合器U8的发光源的正极第1脚连接电阻R40至二极管D21的负极，光电耦合器U8的发光源的负极第2脚连接电源的零线，光电耦合器U8的第3脚接地，光电耦合器U8的第4脚连接电阻R41至+5V，光电耦合器U8的第4脚通过连接电容C30及串接电阻R42输出信号。

所述的地线异常检测回路包括电容C27、电容C28、电容C29、电阻R34、电阻R35、电阻R36、二极管D20、NPN型三极管Q5、NPN型三极管Q6、电阻R39，PE输入端一端与地线连接，另一端连接电容C27、电容C29、电容C28，电容C27、电容C29的另一端分别连接L输入端及N输入端，电容C28的另一端连接电阻R34，电阻R34另一端依次连接电阻R35、电阻R36至电源的零线，二极管D20与电阻R36并联，二极管D20的负极连接至NPN型三极管Q5的基级，NPN型三极管Q5的发射级E连接至电源的零线，NPN型三极管Q5的集电级同时连接至NPN型三极管Q6的基级及电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接至NPN型三极管Q6的集电级C，NPN型三极管Q6的集电级C连接至二极管D21的负极，NPN型三极管Q6的发射级连接至电源的零线。

优选地，所述的地线异常检测回路还包括串接在电阻R34与电阻R35之间的齐纳二极管D19，齐纳二极管D19的负极与电阻R34连接，齐纳二极管D19的正极与电阻R35连接。齐纳二极管D19在地线异常检测回路中主要起到对地线带电电压伏值的测量精准度的辅助作用，即地线带电时，通过齐纳二极管D19，带电值大小可以通过输出方波中脉冲的宽度体现出来，便于故障处理。

优选地，所述的电容C27、电容C29、电容C28均为安规Y电容，采用安规Y电容能有效提高整体电路的安全性。

优选地，所述的电阻R37、电阻R38为碳膜电阻，持久耐用。

本实施例中，电容C27、电容C28、电容C29的Y电容值为102～222PF；电阻R34、电阻R35、电阻R36 的阻值范围为≥2MΩ；二极管D20、二极管D21的型号为 1N4004或1N4007；电阻R37、电阻R38的阻值范围为10K～30KΩ，对应功率为2W或3W；电阻R39的阻值为4.7k，对应功率为1/4W；电阻R40、电阻R42的阻值为1KΩ，对应功率为1/8W～1/4W；电阻R41的阻值为10KΩ，对应功率为1/8W~1/4W；电容C30的电容值范围为100PF～103nF。

本实施例的工作原理如下：

正常情况下，L输入端、N输入端、PE输入端均正常连接，此时NPN型三极管Q5为截止状态，而NPN型三极管Q6则为导通状态，导致二极管D21的负极电压值被拉低，从而导致光电耦合器U8的第1脚电压被拉低，最终导致光电耦合器U8的第4脚电压值无变化而一直为+5V高电平。其交流电波形与输出信号参看图2。

当地线PE未接时，地线PE端则通过电容C27而带上电压，NPN型三极管Q5则导通，NPN型三极管Q6的基级B电压被拉低，最终为截止状态。电流通过火线L输入端流经电阻R40及光电耦合器U8的第1脚，导致光电耦合器U8的第4脚电压值由+5V高电平变为低电平，受交流电正旋波式交变，从而产生方波信号输出。其交流电波形与输出信号参看图3。

零火线连接正常情况下，地线带电情况的输出波形与地线未接情况下的输出波形大致一样（50VAC电压以下方波脉冲宽度稍有区别，但整体一致，因此不再区分），其交流电波形与输出信号参看图3。

当零线N输入端及火线L输入端互相接反，地线PE正常连接的情况下，当火线L输入端为正弦波的负半周时，地线PE输入端所处的电压值则比火线L输入端所处的电压值高，从而NPN型三极管Q5则导通，NPN型三极管Q6的基级B电压被拉低，最终为截止状态。电流通过火线L输入端流经电阻R40及光电耦合器U8的第1脚，导致光电耦合器U8的第4脚电压值由+5V高电平变为低电平，受交流电正旋波式交变，从而产生方波信号输出。其交流电波形与输出信号参看图4。

当零线N输入端及火线L输入端互相接反，地线PE输入端异常连接的情况下。当火线L输入端为正旋波的正半周时，仅构成火线L端电流经二极管D21、电阻R38、电阻R37，最终到达零线N端，信号输出端电压值无变化而一直为+5V高电平。当火线L输入端为正旋波的负半周时，地线PE端所处的电压值比火线L输入端所处的电压值高，则NPN型三极管Q5则导通，NPN型三极管Q6的基级B电压被拉低，最终为截止状态。电流通过火线L输入端流经电阻R40及光电耦合器U8的第1脚，导致光电耦合器U8的第4脚电压值由+5V高电平变为低电平，受交流电正旋波式交变，从而产生方波信号输出。其交流电波形与输出信号参看图4。

该电路集零火线接反识别、地线异常（未接或地线带电）识别功能于一体，零火线接反信号输出口与地线异常信号输出为同一输出口，零火线接反与地线异常等多种故障同时存在也不会影响该电路对故障的判定结果，结构简单，判断准确、成本低，适用于各种家用电器。输出信号反馈至用电设备的控制器，控制器便可关闭用电设备，也可在用电设备的显示器上显示相应的故障代码，便于维修人员检测故障，最终有效确保用户用电安全，减少人身伤亡事故。

Claims (5)

1.一种交流电零火线接反及地线异常检测电路，包括零火线接反检测回路、地线异常检测回路、信号输出回路，零火线接反检测回路的L输入端、N输入端分别与电源火线、零线连接，地线异常检测回路的PE输入端与电源地线连接，其特征在于零火线接反检测回路的信号输出端、地线异常检测回路的输出端均与信号输出回路连接，地线异常检测回路的PE输入端分别与零火线接反检测回路的L输入端、N输入端连接，信号输出回路与用电设备控制器连接；所述的零火线接反检测回路包括依次串联连接在L输入端及N输入端之间的电阻R37、电阻R38、二极管D21，二极管D21的正极与电源零线连接，二极管D21的负极与信号输出回路连接；所述的信号输出回路包括电阻R40、光电耦合器U8、电阻R41、电阻R42、电容C30，光电耦合器U8的发光源的正极第1脚连接电阻R40至二极管D21的负极，光电耦合器U8的发光源的负极第2脚连接电源的零线，光电耦合器U8的第3脚接地，光电耦合器U8的第4脚连接电阻R41至+5V，光电耦合器U8的第4脚通过连接电容C30接地，光电耦合器U8的第4脚通过串接电阻R42输出信号；所述的地线异常检测回路包括电容C27、电容C28、电容C29、电阻R34、电阻R35、电阻R36、二极管D20、NPN型三极管Q5、NPN型三极管Q6、电阻R39，PE输入端一端与地线连接，另一端连接电容C27、电容C29、电容C28，电容C27、电容C29的另一端分别连接L输入端及N输入端，电容C28的另一端连接电阻R34，电阻R34另一端依次连接电阻R35、电阻R36至电源的零线，二极管D20与电阻R36并联，二极管D20的负极连接至NPN型三极管Q5的基级，NPN型三极管Q5的发射级E连接至电源的零线，NPN型三极管Q5的集电级同时连接至NPN型三极管Q6的基级及电阻R39的一端，电阻R39的另一端连接至NPN型三极管Q6的集电级C，NPN型三极管Q6的集电级C连接至二极管D21的负极，NPN型三极管Q6的发射级连接至电源的零线。

2.根据权利要求1所述的交流电零火线接反及地线异常检测电路，其特征在于所述的地线异常检测回路还包括串接在电阻R34与电阻R35之间的齐纳二极管D19，齐纳二极管D19的负极与电阻R34连接，齐纳二极管D19的正极与电阻R35连接。

3.根据权利要求1所述的交流电零火线接反及地线异常检测电路，其特征在于所述的电容C27、电容C29、电容C28均为安规Y电容。

4.根据权利要求1所述的交流电零火线接反及地线异常检测电路，其特征在于所述的电阻R37、电阻R38为碳膜电阻。

5.根据权利要求1所述的交流电零火线接反及地线异常检测电路，其特征在于所述的二极管D20、二极管D21的型号为 1N4004或1N4007。