CN109119965A - 安全用电装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全用电装置，其包括用于对交流电进行过滤处理的电能过滤器、用于对安全用电装置输出的交流电进行切换的转换开关、用于控制安全用电装置输出线路通断的电控开关元件、电路板；电路板包括用于检测电能过滤器的输出火线和输出零线的对地阻抗的对地阻抗检测电路和用于起主控功能的控制器；控制器中预存有设定值，当对地阻抗检测电路检测到电能过滤器的零线输出端和火线输出端的对地阻抗均低于设定值时，控制器控制电控开关元件断开电能过滤器的电能输出。本发明的安全用电装置实现自动化控制，可以有效地保护用户的生命财产安全。

Description

安全用电装置

技术领域

本发明涉及安全用电技术领域，特别地，涉及一种安全用电装置。

背景技术

目前，在市电接入的电路中，人或动物在接地的情况下如果单独触碰火线会导致触电，容易造成人员伤亡。另外，火线在触碰到接地的金属时，会漏电并且会产生电弧火花而容易引发火灾、爆炸等严重事故。

虽然现有的跳闸开关技术可以在火线触地后给予断电保护，但是人在触电的一瞬间还是会受到伤害，火线在触碰到接地金属时电弧火花已经产生了，再跳闸断电也于事无补了。而且，现有的跳闸开关技术容易发生故障，在关键时刻不跳闸或者延迟跳闸，无法安全地保护人类的生命财产安全。

发明内容

本发明提供了一种安全用电装置，以解决现有的跳闸开关技术无法安全地保护人类的生命财产安全的技术问题。

根据本发明的一个方面，提供一种安全用电装置，安全用电装置包括用于对交流电进行过滤处理的电能过滤器、用于对安全用电装置输出的交流电进行切换的转换开关、用于控制安全用电装置输出线路通断的电控开关元件、电路板；电路板包括用于检测电能过滤器的输出火线和输出零线的对地阻抗的对地阻抗检测电路和用于起主控功能的控制器；控制器中预存有设定值，当对地阻抗检测电路检测到电能过滤器的零线输出端和火线输出端的对地阻抗均低于设定值时，控制器控制电控开关元件断开电能过滤器的电能输出。

进一步地，电路板还包括与控制器连接的报警控制电路；报警控制电路用于在对地阻抗检测电路检测到电能过滤器的零线输出端或火线输出端的对地阻抗低于设定值时起到报警提醒的作用。

进一步地，安全用电装置还包括套设在电能过滤器的火线输出线路上并用于检测电能过滤器的输出电流的电流检测元件，电路板还包括用于与电流检测元件连接的电流检测电路；电流检测电路还与控制器连接。

进一步地，安全用电装置还包括与电能过滤器连接并用于将电能过滤器输出的交流电转换为直流电且起到供电作用的电源电路；电源电路包括用于将电能过滤器输入的交流电转换为直流电的第一整流模块、用于进行直流电压调节的第一电压调节模块；第一整流模块与电能过滤器连接，第一电压调节模块与第一整流模块连接。

进一步地，电路板还包括用于检测电能过滤器的输出电压的电压检测电路；电压检测电路分别与第一整流模块、控制器连接。

进一步地，安全用电装置还包括用于检测其温度的温度传感器，电路板还包括用于与温度传感器连接的温度检测电路；温度检测电路与控制器连接。

进一步地，安全用电装置还包括用于在检测到安全用电装置的温度超过阈值时对其进行降温处理的降温元件，电路板还包括用于与降温元件连接的降温元件控制电路；降温元件控制电路还与控制器连接。

进一步地，安全用电装置还包括用于显示数据的显示元件，电路板还包括用于与显示元件连接的显示元件控制电路；显示元件控制电路还与控制器连接。

进一步地，对地阻抗检测电路包括第二整流模块、第一稳压模块、第一驱动模块、分压模块、常开继电器模块、第三整流模块、第二稳压模块和第二驱动模块；第二整流模块与电能过滤器的火线输出端连接，第一稳压模块和第一驱动模块与第二整流模块连接，第一稳压模块和第一驱动模块与分压模块连接，分压模块与常开继电器模块连接，第一驱动模块、常开继电器模块还与控制器连接；第三整流模块与电能过滤器的输出零线连接，第二稳压模块和第二驱动模块与第三整流模块连接，第二驱动模块与控制器连接，第二稳压模块与分压模块连接。

进一步地，转换开关包括应急开关和输出开关，应急开关和输出开关两者无法同时闭合；应急开关和输出开关都断开时，安全用电装置不输出电能；应急开关闭合时，安全用电装置直接输出市电的交流电；输出开关闭合时，安全用电装置输出经电能过滤器过滤处理后的交流电。

本发明具有以下有益效果：

本发明的安全用电装置，其通过电能过滤器对市电的交流电进行过滤处理，将危险的交流电过滤为安全的交流电；另外，其通过检测电能过滤器的输出火线和输出零线的对地阻抗电路来控制电能过滤器的输出线路的通断，当检测到电能过滤器的火线输出端和零线输出端的对地阻抗均低于安全的设定值时，此时如果人在接地的情况下无意中触碰到火线和零线中的任意一根都会导致触电事故的发生，此时断开电能过滤器的电能输出可以有效地保护用户的生命财产安全。

另外，本发明的安全用电装置还设置有报警控制电路，当检测到电能过滤器的零线输出端或火线输出端的对地阻抗低于安全的设定值时，人在接地的情况单独触碰火线或者火线会有可能导致触电，此时通过控制报警控制电路来进行报警提醒，以便于用户及时检修安全用电装置。

另外，本发明的安全用电装置还设置有电流检测元件和电流检测电路来对电能过滤器的输出电流进行检测，当电能过滤器的输出电流过大或者过小时可以及时反馈给用户，以便于用户及时检修安全用电装置。

另外，本发明的安全用电装置还设置有电压检测元件来对电能过滤器的输出电压进行检测，当电能过滤器的输出电压过高或者过低时可以及时反馈给用户，以便于用户及时检修安全用电装置。

另外，本发明的安全用电装置还通过温度传感器和温度检测电路对其工作温度进行实时检测，便于用户对安全用电装置的工作温度进行实时监控。

另外，本发明的安全用电装置还设置有降温元件，当安全用电装置的工作温度超过阈值时，控制器自动控制降温元件对安全用电装置进行降温处理，使得安全用电装置在安全的温度范围内工作，控制过程实现自动化。

除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本发明还有其它的目的、特征和优点。下面将参照图，对本发明作进一步详细的说明。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1是本发明优选实施例的安全用电装置的模块结构示意图；

图2是本发明优选实施例的图1中的电能过滤器的结构示意图；

图3是本发明优选实施例的图2中的线圈本体的局部剖面示意图；

图4是本发明优选实施例的图1中的电路板的模块结构示意图；

图5是本发明优选实施例的图4中的电源电路的示意图；

图6是本发明优选实施例的图4中的电压检测电路的示意图；

图7是本发明优选实施例的图4中的电流检测电路的示意图。

图8是本发明优选实施例的图4中的温度检测电路的示意图。

图9是本发明优选实施例的图4中的显示元件控制电路的示意图。

图10是本发明优选实施例的图4中的电控开关元件控制电路的示意图。

图11是本发明优选实施例的图4中的降温元件控制电路的示意图。

图12是本发明优选实施例的图4中的报警控制电路的示意图。

图13是本发明优选实施例的图4中的对地阻抗检测电路的示意图。

图例说明：

10、安全用电装置；11、电能过滤器；12、软启动器；13、输入开关；14、转换开关；15、电流检测元件；16、降温元件；17、显示元件；18、电控开关元件；19、电路板；111、输入线；112、输出线；1121、第一输出线；1122、第二输出线；1123、第三输出线；113、绝缘保护件；115、线圈本体；1151、环形铁芯；1152、第一黏胶层；1153、第一绝缘层；1154、初级绕组；1155、接头护套；1156、垫护层；1157、第二绝缘层；1158、第一次级绕组；1159、第二黏胶层；1160、第三绝缘层；1161、绝缘内芯；1162、温度传感器；1163、引线保护件；191、报警控制电路；192、温度检测电路；193、电压检测电路；194、电流检测电路；195、降温元件控制电路；196、显示元件控制电路；197、对地阻抗检测电路；198、电控开关元件控制电路；199、控制器；200、电源电路；1941、第三整流模块；1942、第三整流器；1971、第二整流模块；1972、第一稳压模块；1973、第一驱动模块；1974、分压模块；1975、常开继电器模块；1976、第三整流模块；1977、第二稳压模块；1978、第二驱动模块；201、浪涌保护模块；202、第一整流模块；2021、第一整流器；203、第一电压调节模块；204、第二电压调节模块；2031、第一电压调节器；2041、第二电压调节器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由下述所限定和覆盖的多种不同方式实施。

如图1所示，本发明的优选实施例提供一种安全用电装置10，其包括电能过滤器11、软启动器12、输入开关13、转换开关14、电流检测元件15、降温元件16、显示元件17、电控开关元件18和电路板19，所述输入开关13用于与市电的零线和火线连接，所述转换开关14也用于与市电的零线和火线连接，所述输入开关13的零线输出端与电能过滤器11连接，所述输入开关13的火线输出端与软启动器12连接，所述软启动器12与电能过滤器11连接。所述电能过滤器11、降温元件16、电流检测元件15、显示元件17均与电路板19连接。所述电能过滤器11的火线输出端经电控开关元件18与转换开关14连接，所述电能过滤器11的零线输出端直接与转换开关14连接，所述转换开关14的输出端用于与用电设备连接。所述电路板19还与电能过滤器11的零线输出端和火线输出端连接，所述电路板19接地设置。

其中，所述输入开关13用于在电路中电流超过额定电流或者电路发生严重过载、短路等严重故障时断开电路的作用，以防止电路发生起火、用电设备被烧坏等严重事故。可以理解，所述输入开关13可以省略，将市电的零线直接接到电能过滤器11上，将火线接到软启动器12上即可。还可以理解，所述输入开关13为空气开关。所述软启动器12用于平滑地将电压加载到电能过滤器11上，防止市电加载到电能过滤器11上的瞬间影响市电的稳定。可以理解，所述软启动器12也可以省略。所述电能过滤器11用于对市电的交流电进行过滤，经过电能过滤器11的过滤处理后，人或动物在接地的情况下单独触碰火线或者零线都不会造成触电伤亡事故，而且火线发生金属性接地时不会产生电火花。所述电路板19用于对整个电路进行检测并起到控制作用。所述电控开关元件18用于控制电能过滤器11的输出线路的通断。可以理解，所述电控开关元件18可以是继电器、接触器、电磁阀或者其它可电控的开关元件，在发明的优选实施例中优选采用继电器。所述电流检测元件15用于套设在电能过滤器11的火线输出端与电控开关元件18连接的线路上以对电能过滤器11的输出电流进行检测，当电能过滤器11有输出交流电给用电设备时，电流检测元件15中可以产生感应交流电，从而可以通过电流检测元件15中产生的感应交流电来推算出电能过滤器11输出至用电设备的电流大小，所述电流检测元件15可以是电流互感器。所述降温元件16用于进行降温处理，防止安全用电装置10由于高温而发生故障，所述降温元件16为风扇、导热硅胶、制冷片或者小型冷风机，考虑到生产成本，本发明的优选实施例优选采用风扇。可以理解，所述降温元件16可以省略。所述显示元件17用于进行数据显示，所述显示元件17为显示屏，优选为LCD显示屏。可以理解，所述显示元件17也可以省略。

所述转换开关14用于对安全用电装置10输出的交流电进行切换，其具有三个工作模式，一个是安全模式，即转换开关14输出给用电设备的交流电是经电能过滤器11进行过滤处理之后的；另外一个是应急模式，即转换开关14输出的交流电直接就是市电的交流电；还有一个是断电模式，即安全用电装置10不输出电能。具体地，所述转换开关14包括应急开关和输出开关，当所述转换开关14的应急开关和输出开关都断开时，安全用电装置10不输出电能。当所述输入开关13闭合时，将应急开关闭合，此时转换开关14处于应急模式，所述转换开关14直接将市电的交流电输出给用电设备，此时如果人或动物在接地的情况下接触火线会发生触电。当所述输入开关13闭合时，将输出开关闭合，此时应急开关是处于断开状态的，此时转换开关14处于安全模式，所述安全用电装置10输出的是经过电能过滤器11过滤处理后的交流电，此时如果人或动物在接地的情况下单独接触火线或者零线都不会发生触电事故。可以理解，所述应急开关和输出开关是两个互锁型空气开关，应急开关和输出开关两者不能同时闭合，其中一者闭合时另一者必须断开。可以理解，当电能过滤器11工作异常或者用户临时使用超过电能过滤器11额定功率的用电设备时，可以通过将转换开关14切换成应急模式，直接把市电供给用电设备以满足用电设备的大功率用电需求。当用电设备的功率低于电能过滤器11的额定功率时，将转换开关14切换成安全模式，此时安全用电装置10输出的交流电是安全的。

如图2所示，所述电能过滤器11包括输入线111、输出线112、绝缘保护件113和线圈本体115，所述输入线111和输出线112均与线圈本体115连接，所述绝缘保护件113设置在线圈本体115相对的两个端面上以对线圈本体115起到绝缘、保护的作用。所述输入线111用于与市电的火线和零线连接，所述输出线112包括第一输出线1121、第二输出线1122和第三输出线1123，所述第一输出线1121为电能过滤器11的电能输出端以给用电设备供电，所述第二输出线1122和第三输出线1123均与电路板19连接，所述线圈本体115用于对市电输入的电能进行过滤处理以输出安全的交流电。可以理解，所述绝缘保护件113可以是绝缘电木片、绝缘橡胶片、绝缘塑料片中的一种或多种。还可以理解，所述绝缘保护件113可以省略。

如图3所示，所述线圈本体115包括环形铁芯1151、第一黏胶层1152、第一绝缘层1153、初级绕组1154、接头护套1155、垫护层1156、第二绝缘层1157、第一第一次级绕组1158、第二黏胶层1159、第三绝缘层1160、绝缘内芯1161、温度传感器1162和引线保护件1163。所述绝缘内芯1161位于环形铁芯1151的中空位置处并起到绝缘保护的作用，所述绝缘内芯1161为环氧树脂。所述第一黏胶层1152缠绕在环形铁芯1151上以对环形铁芯1151起到绝缘保护的作用，所述第一黏胶层1152还能实现后续直接缠绕在环形铁芯1151上的其它层别与环形铁芯1151之间的紧密贴合。所述第一绝缘层1153缠绕在第一黏胶层1152上以进一步对环形铁芯1151进行绝缘保护。可以理解，所述第一黏胶层1152可以省略。所述初级绕组1154缠绕在第一绝缘层1153上，所述初级绕组1154与输入线111连接。所述接头护套1155设置在初级绕组1154与输入线111的连接位置处以对两者的连接位置进行保护。可以理解，所述接头护套1155可以省略。所述垫护层1156缠绕在初级绕组1154上，所述第二绝缘层1157缠绕在垫护层1156上，所述垫护层1156起到垫护、绝缘的作用，所述第二绝缘层1157起到绝缘的作用。可以理解，所述垫护层1156可以省略。所述第一次级绕组1158缠绕在第二绝缘层1157上，所述第二黏胶层1159缠绕在第一次级绕组1158上，所述第三绝缘层1160缠绕在第二黏胶层1159上，所述第一次级绕组1158与第一输出线1121连接。所述温度传感器1162设置在绝缘内芯1161内以对绝缘内芯1161内温度进行检测，所述温度传感器1162与第三输出线1123连接并通过第三输出线1123将温度检测结果传输出去。所述引线保护件1163设置在温度传感器1162与第三输出线1123连接的位置处上以对两者的连接位置进行保护，所述引线保护件1163为热缩套管。可以理解，所述引线保护件1163还可以设置在第一次级绕组1158与第一输出线1121的连接处以对两者的连接处进行保护。可以理解，所述温度传感器1162还可以设置在其它位置处。

可以理解，所述环形铁芯1151的材质优选为取向硅钢带，所述第一黏胶层1152、第二黏胶层1159的材质优选为无纺布胶带或者麦拉胶带，所述第一绝缘层1153、第二绝缘层1157、第三绝缘层1160、垫护层1156的材质优选为聚酯薄膜，所述初级绕组1154、第一次级绕组1158的材质优选为漆包圆铜线，所述接头护套1155和引线保护件1163优选为纤维套管或热缩套管，所述温度传感器1162优选为热敏电阻。

可以理解，所述环形铁芯1151、第一黏胶层1152、第一绝缘层1153三者形成磁场传导层，所述初级绕组1154、接头护套1155、垫护层1156以及第二绝缘层1157形成电能输入层，所述第一次级绕组1158、第二黏胶层1159和第三绝缘层1160形成第一磁电转换层。市电的交流电经电能输入层输入线圈本体115之后，由于电磁感应作用会在电能输入层产生变化的磁场，变化的磁场会沿着磁场传导层穿过电能输入层、第一磁电转换层进行闭环传输，所述第一磁电转换层又会基于磁场传导层上的变化磁场产生交流电，第一磁电转换层将产生的交流电传输至用电设备。可以理解，可以通过调整第一次级绕组1158与初级绕组1154的匝数比来改变第一磁电转换层的输出电压，以满足家庭用电和工业用电中不同的用电需求。还可以理解，本发明的优选实施例中，线圈本体115还包括第二磁电转换层，所述第二磁电转换层缠绕在第一磁电转换层上，所述第二磁电转换层的结构与第一磁电转换层的结构一致，即第二磁电转换层包括依次缠绕的第二次级绕组、第三黏胶层和第四绝缘层，第二次级绕组缠绕在第三绝缘层1160上，所述第二次级绕组与第二输出线1122连接。所述第二磁电转换层的存在可以使线圈本体115同时输出两个电压值，以同时满足两种不同的用电需求。可以理解，所述线圈本体115还可以更多的磁电转换层，每层磁电转换层的结构均与第一磁电转换层的结构相同，通过调整每层次级绕组的匝数来改变每层磁电转换层的输出电压。例如，市电输入的交流电电压为220V，经线圈本体115过滤处理后可以输出220V交流电和12V交流电，其中，220V交流电经第一输出线1121输出给用电设备，12V交流电经第二输出线1122输出给电路板19。

经过线圈本体115过滤处理后的交流电为安全电，原因是第一输出线1121的火线和零线的对地阻抗均较大，例如至少大于100KΩ，当人体或动物触碰到第一输出线1121的火线或零线时，经过人体的电流很微小，基本上会小于2.2mA，如此微小的电流不会对人体造成损害，更加不会发生触电事故。另外，第一输出线1121的火线或零线触碰到接大地的金属时，不会产生电弧火花而导致引起火灾、爆炸等严重事故。第一输出线1121的火线或零线对地阻抗小于100KΩ时，也不会使电表产生无效的计量，防止出现漏电现象。因此，第一输出线1121的火线和零线的对地阻抗在均大于100KΩ时，人体触碰单一的火线或零线时不会发生触电，从而实现对市电的过滤处理，将危险的交流电过滤为安全的交流电，但并不改变电压和频率，仅仅将输出线路对地的电流降低至人体安全电流值以下以预防触电事故。可以理解，所述第一输出线1121的火线和零线对地阻抗的数值也可以是90KΩ或者95KΩ，具体数值在此不做限定，仅需要确保线圈本体115输出线路对地的电流低于人体安全电流值即可。

如图4所示，所述电路板19包括报警控制电路191、温度检测电路192、电压检测电路193、电流检测电路194、降温元件控制电路195、显示元件控制电路196、对地阻抗检测电路197、电控开关元件控制电路198、控制器199以及电源电路200，所述报警控制电路191、温度检测电路192、电压检测电路193、电流检测电路194、降温元件控制电路195、显示元件控制电路196、对地阻抗检测电路197及电控开关元件控制电路198均分别与控制器199、电源电路200连接，所述控制器199与电源电路200连接。所述报警控制电路191用于进行报警提醒，所述温度检测电路192用于与温度传感器1162连接以对电能过滤器11的温度进行检测，所述电压检测电路193用于对电能过滤器11的输出电压进行检测，所述电流检测电路194用于与电流检测元件15连接以对电能过滤器11的输出电流进行检测，所述降温元件控制电路195用于与降温元件16连接以控制降温元件16工作，所述显示元件控制电路196用于与显示元件17连接以控制显示元件17的显示内容，所述对地阻抗检测电路197用于与电能过滤器11的输出端连接以检测电能过滤器11输出的火线和零线的对地阻抗，所述电控开关元件控制电路198用于与电控开关元件18连接以控制其工作，所述控制器199起到主控作用，所述电源电路200起到供电作用。可以理解，所述控制器199为单片机、CPU或者MCU，考虑到生产成本，优选为单片机，型号优选为STC15W408AD SOP28。

如图5所示，所述电源电路200包括接口、浪涌保护模块201、第一整流模块202、第一电压调节模块203和第二电压调节模块204，所述浪涌保护模块201通过接口与电能过滤器11的第二输出线1122连接，所述第一整流模块202与浪涌保护模块201连接，所述第一电压调节模块203与第一整流模块202连接，所述第二电压调节模块204与第一电压调节模块203连接。所述浪涌保护模块201用于在电路由于受到外界干扰产生尖峰电流或电压时起到分流的作用，防止电路受到损伤。所述浪涌保护模块201为一瞬态抑制二极管或者浪涌保护器，考虑到生产成本，优选采用瞬态抑制二极管，其型号优选为SMAJ20CA。所述第一整流模块202用于将电能过滤器11输出的交流电转换为直流电，所述第一整流模块202包括第一整流器2021、极性电容E1和电容C1，所述极性电容E1的正极端与第一整流器2021的正极输出端连接，其负极端与第一整流器2021的负极输出端连接，所述电容C1的两端分别与第一整流器2021的正、负极输出端连接，所述第一整流器2021的负极输出端接地。所述第一整流器2021可以是桥式整流器或者半桥整流器，优选为全波整流桥，进一步优选为MB6S型整流桥，所述极性电容E1的型号优选为470μF/50V，所述电容C1的型号优选为0.1μF/50V。经过所述第一整流模块202处理后的电压为第一电压。所述第一电压调节模块203用于将第一电压调节为第二电压，所述第一电压调节模块203包括第一电压调节器2031、肖特基二极管Z2、电感L1、极性电容E2和电容C2，所述第一电压调节器2031与第一整流模块202连接，所述肖特基二极管Z2的正极接地，负极与第一电压调节器2031的输出端连接，电感L1的第一端与第一电压调节器2031的输出端连接，电感L1的第二端与极性电容E2的正极端连接，所述极性电容E2的负极端接地，所述电容C2的第一端、第一电压调节器2031的反馈端与电感L1的第二端连接，所述电容C2的第二端接地。所述第一电压调节器2031的型号优选为LM2596-12V，所述肖特基二极管Z2的型号优选为SS34，所述极性电容E2的型号优选为330μF/35V，所述电感L1的型号优选为47μH，所述电容C2的型号优选为0.1μF/50V。所述第二电压调节模块204用于将第二电压调节为第三电压，所述第二电压调节模块204包括第二电压调节器2041、肖特基二极管Z3、电感L2、极性电容E3和电容C3，所述第二电压调节器2041与第一电压调节模块203连接，所述肖特基二极管Z3的正极接地，负极与第二电压调节器2041的输出端连接，电感L2的第一端与第二电压调节器2041的输出端连接，电感L2的第二端与极性电容E3的正极端连接，所述极性电容E3的负极端接地，所述电容C3的第一端、第二电压调节器2041的反馈端与电感L2的第二端连接，所述电容C3的第二端接地。所述第二电压调节器2041的型号优选为LM2596-5V，所述肖特基二极管Z3的型号优选为SS34，所述极性电容E3的型号优选为330μF/16V，所述电感L2的型号优选为33μH，所述电容C3的型号优选为0.1μF/50V。

所述电能过滤器11的第二输出线1122输出的交流电经电源电路200处理之后可以输出不同的供电电压以给不同电压需求的用电器件供电。例如，电能过滤器11经第二输出线1122输出给电源电路200的电压为12VAC，经过第一整流模块202处理之后变成17VDC，再经过第一电压调节模块203处理之后变成12VDC，再经第二电压调节模块204处理之后变成5VDC。可以理解，当安全用电装置10中的用电器件所需的电压均为第一电压值时，第一电压调节模块203和第二电压调节模块204可以省略。

如图6所示，所述电压检测电路193包括电阻R1、稳压二极管Z4、电容C4和电阻R2，所述电阻R1的第一端与第一整流模块202连接，所述电阻R1的第二端与稳压二极管Z4的负极端连接，所述稳压二极管Z4的正极端接地，所述电容C4的第一端与电阻R1的第二端连接，电容C4的第二端接地，电阻R2的第一端与电阻R1的第二端连接，电阻R2的第二端接地，所述电阻R1的第二端还与控制器199连接。所述电阻R1的型号优选为20K 1％，所述稳压二极管Z4的型号优选为SMAJ5.0A，所述电容C4的型号优选为0.1μF/50V，所述电阻R2的型号优选为4.7K 1％。所述电压检测电路193检测第一整流模块202的输出电压值并传输至控制器199，所述控制器199根据第一整流模块202输出的电压值推算出电能过滤器11经第二输出线1122输出给电路板19的电压值，再基于第一次级绕组1158和第二次级绕组的匝数比进而推算出电能过滤器11经第一输出线1121输出给用电设备的电压值。所述控制器199中预存有电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压的第一阈值和第二阈值，当所述控制器199推算出电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压值高于第一阈值时，所述控制器199控制报警控制电路191进行报警提醒，从而实现过压告警的功能，防止高电压加载到用电设备上导致用电设备发生损坏甚至烧毁。当所述控制器199推算出电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压值低于第二阈值时，所述控制器199也控制报警控制电路191进行报警提醒，从而实现欠压告警的功能。可以理解，由于市电输入的电压通常为220V，在本发明的优选实施例中，所述第一阈值为264V，第二阈值为176V。还可以理解，在本发明的其他实施例中，第一阈值也可以是250V、260V或者280V，第二阈值也可以是150V、160V、170V，两者的具体数值不做具体限定，仅需确保第一阈值的大小低于用电设备的最大承受电压，第二阈值的大小高于用电设备的启动电压。在本发明的优选实施例中，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压低于176V时则开启欠压告警，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压高于180V时则停止欠压告警，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压高于264V时则开启过压告警，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电压低于260V时则停止过压告警。可以理解，作为一种变形，所述第一整流模块202也可以属于电压检测电路193，从而实现电压检测电路193可以脱离电源电路200的约束来单独对电能过滤器11的输出电压进行检测。还可以理解，所述电压检测电路193还包括用于在电路由于受到外界干扰产生尖峰电流或电压时起到分流的作用浪涌保护模块201，浪涌保护模块201位于电能过滤器和第一整流模块202之间。所述浪涌保护模块201为一瞬态抑制二极管或者浪涌保护器，考虑到生产成本，优选采用瞬态抑制二极管，其型号优选为SMAJ20CA。

如图7所示，所述电流检测电路194包括接口、第三整流模块1941、稳压二极管Z5和电阻R3，所述第三整流模块1941包括第三整流器1942、极性电容E4和电容C5，所述第三整流器1941通过接口与电流检测元件15连接，所述第三整流器1941的负极输出端接地，所述极性电容E4的正极端与第三整流器1941的正极输出端连接，其负极端接地，所述电容C5的第一端与第三整流器1941的正极输出端连接，其第二端接地，稳压二极管Z5的正极端接地，其负极端与第三整流器1941的正极输出端连接，所述电阻R3的第一端与第三整流器1941的正极输出端连接，其第二端接地，所述第三整流器1941的正极输出端还与控制器199连接。所述第三整流器1941用于将电流检测元件15中产生的感应交流电转换为直流电，所述第三整流器1941可以是桥式整流器或者半桥整流器，优选为全波整流桥，进一步优选为MB6S型整流桥。所述极性电容E4的型号优选为47μF/16V，所述电容C5的型号优选为0.1μF/50V，所述稳压二极管Z5的型号优选为SMAJ5.0A，所述电阻R3的型号优选为120 1％。所述电流检测电路194通过检测电流检测元件15中产生的感应交流电的大小来推算出电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流大小。所述控制器199中预存有电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的额定电流，当控制器199推算出电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流大于其额定输出电流时，控制器199控制报警控制电路191进行报警提醒，从而实现过流告警。当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流持续增大时，控制器199通过电控开关元件控制电路198控制电控开关元件18断开电能过滤器11的输出线路，防止线路和用电设备烧毁。控制器199控制电控开关元件18断开电能过滤器11的输出线路之后，为了电路安全考虑，需要手动恢复供电，操作流程为先断开转换开关14的输出开关，再断开输入开关13，再合上输入开关13，最后合上输出开关。如果在上述操作流程之后仍不能够恢复供电，则需要检测线路是否已经发生短路。在本发明的优选实施例中，电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的额定电流为15A或者30A或50A，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流超出额定电流时则开启过流告警，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流比额定电流小2A以上时则停止过流告警，当电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的电流比额定电流大2A以上时则断开电能过滤器11的输出线路。可以理解，所述电流检测元件15也可以属于电流检测电路194中。

如图8所示，所述温度检测电路192包括接口、电容C6和电阻R4，所述电容C6和电阻R4的第一端均通过接口与温度传感器1162连接，两者的第二端均接地，电阻R4的第一端还与控制器199连接。所述温度传感器1162将检测到的电能过滤器11的温度经温度检测电路192实时传输至控制器199。所述电容C6的型号优选为0.1μF/50V，所述电阻R4的型号优选为4.7K 1％。所述控制器199中预存有电能过滤器11温度的第三阈值、第四阈值和第五阈值，当控制器199比对出电能过滤器11的温度高于第三阈值时，控制器199通过控制降温元件控制电路195来控制降温元件16开启工作以对电能过滤器11进行降温。当控制器199比对出电能过滤器11的温度高于第四阈值时，则意味着电能过滤器11的温度还在持续上升，降温元件16的降温效果不是很明显，控制器199控制报警控制电路191发出报警提醒，以便于用户及时检修。当控制器199比对出电能过滤器11的温度高于第五阈值时，控制器199控制电控开关元件控制电路198控制电控开关元件18断开电能过滤器11的输出线路以降低电能过滤器11的功率来减少发热。在本发明的优选实施例中，当检测到电能过滤器11的温度高于70℃时则控制降温元件16开启降温工作，当检测到电能过滤器11的温度高于120℃时则控制报警控制电路191发出报警提醒，当检测到电能过滤器11的温度高于130℃时则切断电能过滤器11的输出线路，当检测到电能过滤器11的温度低于110℃时则解除报警，当检测到电能过滤器11的温度低于60℃时则控制降温元件16停止降温工作并控制电控开关元件18恢复电能过滤器11的功率输出。本发明通过设置温度传感器1162来实时检测电能过滤器11在工作过程中的温度，并基于不同的温度值来执行不同的应对措施，以确保安全用电装置10可以在温度较高的环境下也能够安全稳定地工作。

如图9所示，所述显示元件控制电路197包括接口、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8，所述电阻R5的第一端与第二电压调节模块204连接，所述电阻R5的第二端与电阻R7的第一端连接，电阻R7的第二端接地，电阻R6的第一端与电阻R5的第二端连接，电阻R6的第二端与接口连接，电阻R8的第一端与第二电压调节模块204连接，电阻R8的第二端与接口连接，所述接口与显示元件17、控制器199连接。所述电阻R5的阻值为10KΩ，所述电阻R6的阻值为1.2KΩ，电阻R7的阻值为1.2KΩ，电阻R8的阻值为3KΩ。控制器199可以控制显示元件17的显示内容，例如可以控制显示元件17显示电能过滤器11经第一输出线1121输出至用电设备的输出电压和输出电流的大小，还可以显示报警原因，如：过流、过温、过压、欠压、输出线路对地阻抗异常。

如图10所示，所述电控开关元件控制电路198包括电阻R9、电阻R10、电阻R11、三极管Q1、三极管Q2、二极管D1和接口，所述电阻R9的第一端与第一电压调节模块203连接，电阻R9的第二端与电阻R11的第一端、三极管Q1的集电极连接，所述电阻R10的第一端与控制器199连接，电阻R10的第二端与三极管Q1的基极连接，三极管Q1的发射极接地，电阻R11的第二端与三极管Q2的基极连接，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的集电极与接口连接，二极管D1的正极端与三极管Q2的集电极连接，二极管D1的负极端与接口连接，接口与电控开关元件18连接。所述电阻R9的阻值为1KΩ，电阻R10、R11的阻值为100Ω，三极管Q1和三极管Q2的型号优选为SS8050，二极管D1的型号优选为IN4007。所述控制器199通过电控开关元件控制电路198来控制电控开关元件18的工作状态以控制电能过滤器11输出线路的通断。

如图11所示，所述降温元件控制电路195包括接口、电阻R12、电阻R13、电阻R14、三极管Q3、三极管Q4、二极管D2和接口，所述电阻R13的第一端与第一电压调节模块203连接，电阻R13的第二端与电阻R14的第一端、三极管Q3的集电极连接，所述电阻R12的第一端与控制器199连接，电阻R12的第二端与三极管Q3的基极连接，三极管Q3的发射极接地，电阻R14的第二端与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极与接口连接，二极管D2的正极端与三极管Q4的集电极连接，二极管D2的负极端与接口连接，接口与降温元件16连接。所述电阻R13的阻值为1KΩ，电阻R12、R14的阻值为100Ω，三极管Q3和三极管Q4的型号优选为SS8050，二极管D2的型号优选为IN4007。当控制器199比对出电能过滤器11的温度高于第三阈值时，控制器199通过控制降温元件控制电路195来控制降温元件16开启工作以对电能过滤器11进行降温。可以理解，当所述降温元件控制电路195单独使用时，所述电阻R13的第一端用于与外部电源连接以通过外部电源供电。

如图12所示，所述报警控制电路191包括拨动开关SW、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电阻R18、三极管Q5、三极管Q6、二极管D3、蜂鸣器S1及发光二极管D4，所述拨动开关SW的公共端及其第一档位与第二电压调节模块204连接，拨动开关SW的第二档位与蜂鸣器S1连接，所述电阻R16的第一端与拨动开关SW的公共端连接，电阻R16的第二端与三极管Q5的集电极连接，电阻R15的第一端与控制器199连接，电阻R15的第二端与三极管Q5的基极连接，三极管Q5的发射极接地，电阻R17的第一端与电阻R16的第二端连接，电阻R17的第二端与三极管Q6的基极连接，三极管Q6的发射极接地，三极管Q6的集电极与蜂鸣器S1连接，二极管D3的负极端与拨动开关SW的第二档位连接，二极管D3的正极端与三极管Q6的集电极连接，电阻R18的第一端与三极管Q6的集电极连接，电阻R18的第二端与发光二极管D4的负极端连接，发光二极管D4的正极端与第二电压调节模块204连接。所述电阻R15、电阻R17的阻值为100Ω，电阻R18的阻值为1.2KΩ，电阻R16的阻值为3KΩ，三极管Q6、三极管Q5的型号优选为S8050，所述二极管D3的型号优选为IN4007，发光二极管D4优选为φ5直插红光LED，所述拨动开关SW为一位两档三脚拨动开关，型号优选为SK-12F14(1P2T)。当拨动开关SW切换至第一档位时，蜂鸣器S1不工作，报警声音关闭，报警控制电路191仅发出灯光报警。当拨动开关SW切换至第二档位时，蜂鸣器S1开启工作，报警控制电路191同时发出灯光和声音报警。当报警控制电路191发出报警提醒时，用户可以通过将拨动开关SW拨到第一档位来关闭声音报警，以避免造成噪音污染。可以理解，所述电阻R18和发光二极管D4可以省略，所述报警控制电路191仅发出声音报警。可以理解，所述拨动开关SW和电阻R16可以省略，所述二极管D3的负极端直接与第二电压调节模块204连接。还可以理解，当所述报警控制电路191脱离电源电路200来使用时，与第二电压调节模块204连接的元器件均变成直接与外部电源连接，例如拨动开关SW的公共端及其第一档位用于与外部电源连接，用于关闭报警声音，拨动开关SW的第二档位是与蜂鸣器S1连接。

如图13所示，所述对地阻抗检测电路197包括第二整流模块1971、第一稳压模块1972、第一驱动模块1973、分压模块1974、常开继电器模块1975、第三整流模块1976、第二稳压模块1977和第二驱动模块1978，所述第二整流模块1971与电能过滤器11的输出火线连接，第一稳压模块1972和第一驱动模块1973与第二整流模块1971连接，所述第一稳压模块1972和第一驱动模块1973均与分压模块1974连接，所述分压模块1974与常开继电器模块1975连接，所述第一驱动模块1973、常开继电器模块1975还与控制器199连接。所述第三整流模块1976与电能过滤器11的输出零线连接，第二稳压模块1977和第二驱动模块1978与第三整流模块1976连接，所述第二驱动模块1978还与控制器199连接，所述第二稳压模块1977还与分压模块1974连接。所述对地阻抗检测电路197设置两条检测线路来对电能过滤器11的输出火线和零线的对地阻抗进行检测，其中常开继电器模块1975、分压模块1974、第一驱动模块1973、电能过滤器11的输出火线组成第一条检测线路来对电能过滤器11的输出火线的对地阻抗进行检测，常开继电器模块1975、分压模块1974、第二驱动模块1973、电能过滤器11的输出零线组成第二条检测线路来对电能过滤器11的输出零线的对地阻抗进行检测，电路结构十分简单，控制也很方便。

其中，所述第二整流模块1971为二极管D5，第一稳压模块1972为稳压二极管Z6，第一驱动模块1973包括极性电容E5、电容C7、电阻R19和光电耦合器U1，所述分压模块1974包括依次串联的电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28，所述第二稳压模块1977为稳压二极管Z7，第三整流模块1976为二极管D6，第二驱动模块1978包括极性电容E6、电容C8、电阻R20和光电耦合器U2，常开继电器模块1975包括常开继电器K1、二极管D7、三极管Q7、电阻R21和电阻R22。所述光电耦合器U1和U2均包括一个发光二极管和一个三极管，三极管的发射极与控制器199连接，三极管的集电极接地。所述二极管D5的负极端与电能过滤器11的输出火线连接，极性电容E5的负极端与二极管D5的正极端连接，极性电容E5的正极端与光电耦合器U1的发光二极管的正极端连接，电容C7的第一端与二极管D5的正极端连接，电容C7的第二端与光电耦合器U1的发光二极管的正极端连接，电阻R19的第一端与二极管D5的正极端连接，电阻R19的第二端与光电耦合器U1的发光二极管的负极连接。稳压二极管Z6的正极端与二极管D5的正极端连接，稳压二极管Z6的负极端与光电耦合器U1的发光二极管的正极端、电阻R23连接。二极管D6的负极端与电能过滤器11的输出零线连接，二极管D6的正极端与稳压二极管Z7的正极端、极性电容E6的负极端、电容C8的第二端、电阻R20的第一端连接，电阻R20的第二端与光电耦合器U2的发光二极管的负极端连接，极性电容E6的正极端、电容C8的第一端、光电耦合器U2的发光二极管的正极端均与稳压二极管Z7的负极端连接，稳压二极管Z7的负极端还与电阻R23连接。电阻R28与常开继电器K1的闭合脚位连接，常开继电器K1的公共端接地，常开继电器K1的线圈脚位分别与二极管D7的正极端和负极端连接。二极管D7的负极端还与第二电压调节模块204连接，二极管D7的正极端还与三极管Q7的集电极连接，三极管Q7的发射极接地，三极管Q7的基极与电阻R21的第一端连接，电阻R21的第二端与控制器199连接，电阻R22的第一端与第二电压调节模块204连接，电阻R22的第二端与电阻R21的第二端连接。所述二极管D5、二极管D6、二极管D7的型号优选为IN4007，稳压二极管Z6和稳压二极管Z7的型号优选为SMAJ5.0A，极性电容E6和极性电容E5的型号优选为47μF/16V，电容C7和电容C8的型号优选为0.1μF/50V，电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26、电阻R27、电阻R28、电阻R22的阻值均为10KΩ，电阻R19、电阻R20的阻值为1.2KΩ，电阻R21的阻值为100Ω，三极管Q7的型号优选为S8050，光电耦合器U1和光电耦合器U2的型号优选为PC817，常开继电器K1的型号优选为G5LA-14-DC5。

所述对地阻抗检测电路197分别对电能过滤器11的输出火线和零线的对地阻抗进行检测，并将检测结果传输至控制器199，控制器199基于检测结果来报警和/或控制电能过滤器11的输出线路的通断和/或控制显示元件17对检测结果进行显示。例如，当检测到电能过滤器11的输出火线的对地阻抗小于100KΩ时，此时若人触碰到零线会有触电危险，控制器199控制报警控制电路191进行报警提醒和/或控制显示元件17显示火线对地阻抗异常。当检测到电能过滤器11的输出零线的对地阻抗小于100KΩ时，此时若人触碰到火线会有触电危险，控制器199控制报警控制电路191进行报警提醒和/或控制显示元件17显示零线对地阻抗异常。当检测到电能过滤器11的输出零线和输出火线的对地阻抗均小于100KΩ时，控制器199控制电控开关元件18断开电能过滤器11的输出线路，同时控制显示元件17显示火线和零线对地阻抗异常。可以理解，火线和零线的对地阻抗的设定值也可以是95KΩ、90KΩ或者98KΩ，对地阻抗的设定值在此不做具体限定，仅需要满足电能过滤器11输出线路对地的电流小于人体安全电流即可。

本发明还提供一种检测供电设备的输出电能的电路，尤其用于对输出交流电的供电设备的输出电能进行检测，其包括如上所述的电压检测电路193、电流检测电路194和控制器199，电压检测电路193用于与供电设备连接，电压检测电路193和电流检测电路194均与控制器199连接。可以理解，所述供电设备可以是如上所述的电能过滤器11，也可以是其它的交流供电装置，例如交流发电机等。

本发明还提供一种检测供电设备温度的电路，其包括如上所述的温度检测电路192、控制器199和温度传感器1162，所述温度传感器1162用于检测供电设备的温度，温度检测电路192与温度传感器1162、控制器199连接。温度检测电路192的具体电路在前面已经具体阐述，故在此不再赘述。可以理解，所述检测供电设备温度的电路还包括如上所述的报警控制电路191、降温元件16、降温元件控制电路195、电控开关元件18以及电控开关元件控制电路198，其具体的连接关系和控制原理已经在前面阐述过，故在此不再赘述。所述控制器199中预存有第三阈值、第四阈值和第五阈值，当控制器199比对供电设备的温度高于第三阈值时，控制器199通过控制降温元件控制电路195来控制降温元件16开启工作以对电能过滤器11进行降温。当控制器199比对出供电设备的温度高于第四阈值时，则意味着供电设备的温度还在持续上升，降温元件16的降温效果不是很明显，控制器199控制报警控制电路191发出报警提醒，以便于用户及时检修。当控制器199比对出供电设备的温度高于第五阈值时，控制器199控制电控开关元件控制电路198以控制电控开关元件18断开供电设备的输出线路以降低供电设备的功率来减少发热。可以理解，所述供电设备可以是如上所述的电能过滤器，也可以是发电机、蓄电池、移动电源或者其它供电装置。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置包括用于对交流电进行过滤处理的电能过滤器(11)、用于对安全用电装置输出的交流电进行切换的转换开关(14)、用于控制安全用电装置输出线路通断的电控开关元件(18)、电路板(19)；

电路板(19)包括用于检测电能过滤器(11)的输出火线和输出零线的对地阻抗的对地阻抗检测电路(197)和用于起主控功能的控制器(199)；

控制器(199)中预存有设定值，当对地阻抗检测电路(197)检测到电能过滤器(11)的零线输出端和火线输出端的对地阻抗均低于设定值时，控制器(199)控制电控开关元件(18)断开电能过滤器(11)的电能输出。

2.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

电路板(19)还包括与控制器(199)连接的报警控制电路(191)；

报警控制电路(191)用于在对地阻抗检测电路(197)检测到电能过滤器(11)的零线输出端或火线输出端的对地阻抗低于设定值时起到报警提醒的作用。

3.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置还包括套设在电能过滤器(11)的火线输出线路上并用于检测电能过滤器(11)的输出电流的电流检测元件(15)，电路板(19)还包括用于与电流检测元件(15)连接的电流检测电路(194)；

电流检测电路(194)还与控制器(199)连接。

4.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置还包括与电能过滤器(11)连接并用于将电能过滤器(11)输出的交流电转换为直流电且起到供电作用的电源电路(200)；

电源电路(200)包括用于将电能过滤器(11)输入的交流电转换为直流电的第一整流模块(202)、用于进行直流电压调节的第一电压调节模块(203)；

第一整流模块(202)与电能过滤器(11)连接，第一电压调节模块(203)与第一整流模块(202)连接。

5.如权利要求4所述的安全用电装置，其特征在于：

电路板(19)还包括用于检测电能过滤器(11)的输出电压的电压检测电路(193)；

电压检测电路(193)分别与第一整流模块(202)、控制器(199)连接。

6.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置还包括用于检测其温度的温度传感器(16)，电路板(19)还包括用于与温度传感器(16)连接的温度检测电路(192)；

温度检测电路(192)与控制器(199)连接。

7.如权利要求6所述的安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置还包括用于在检测到安全用电装置的温度超过阈值时对其进行降温处理的降温元件(16)，电路板(19)还包括用于与降温元件(16)连接的降温元件控制电路(195)；

降温元件控制电路(195)还与控制器(199)连接。

8.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

安全用电装置还包括用于显示数据的显示元件(17)，电路板(19)还包括用于与显示元件(17)连接的显示元件控制电路(196)；

显示元件控制电路(196)还与控制器(199)连接。

9.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

对地阻抗检测电路(197)包括第二整流模块(1971)、第一稳压模块(1972)、第一驱动模块(1973)、分压模块(1974)、常开继电器模块(1975)、第三整流模块(1976)、第二稳压模块(1977)和第二驱动模块(1978)；

第二整流模块(1971)与电能过滤器(11)的火线输出端连接，第一稳压模块(1972)和第一驱动模块(1973)与第二整流模块(1971)连接，第一稳压模块(1972)和第一驱动模块(1973)与分压模块(1974)连接，分压模块(1974)与常开继电器模块(1975)连接，第一驱动模块(1973)、常开继电器模块(1975)还与控制器(199)连接；

第三整流模块(1976)与电能过滤器(11)的输出零线连接，第二稳压模块(1977)和第二驱动模块(1978)与第三整流模块(1976)连接，第二驱动模块(1978)与控制器(199)连接，第二稳压模块(1977)与分压模块(1974)连接。

10.如权利要求1所述的安全用电装置，其特征在于：

转换开关(14)包括应急开关和输出开关，应急开关和输出开关两者无法同时闭合；

转换开关(14)的应急开关和输出开关都断开时，安全用电装置不输出电能；

应急开关闭合时，安全用电装置直接输出市电的交流电；

输出开关闭合时，安全用电装置输出经电能过滤器(11)过滤处理后的交流电。