CN109406858A - 漏电流检测电路与电热水器 - Google Patents

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CN109406858A
CN109406858A CN201811435662.6A CN201811435662A CN109406858A CN 109406858 A CN109406858 A CN 109406858A CN 201811435662 A CN201811435662 A CN 201811435662A CN 109406858 A CN109406858 A CN 109406858A
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卢楚鹏
黄智�
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Abstract

本发明公开了一种漏电流检测电路与电热水器，该漏电流检测电路包括：安装在电源火线和电源零线上的零序电流互感器、第一电阻、直流偏置电路、同相比例放大电路；第一电阻并联在零序电流互感器的两端；第一电阻的第一端与直流偏置电路的输入端连接，第一电阻的第二端接地；直流偏置电路的电源端用于连接第一供电电源，直流偏置电路的输出端与同相比例放大电路的输入端连接；同相比例放大电路的电源端用于连接第一供电电源，同相比例放大电路的输出端用于与单片机连接。该电路能够采集感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，从而避免漏电流检测出现误报或不报的情况。

Description

漏电流检测电路与电热水器
技术领域
本发明涉及电热水器漏电流的检测技术领域，具体涉及一种漏电流检测电路与电热水器。
背景技术
目前，针对电热水器漏电流的检测，一般是通过零序电流互感器配合放大电路实现的。例如电热水器常用的由零序互感器、放大电路、单片机、脱扣器和输出信号的辅助接点组成的漏电保护继电器进行漏电检测和保护。零序电流互感器感应漏电流，并将感应到的感应电压信号通过放大电路放大，实现漏电流检测。后续单片机在当漏电电流超过规定安全值时即响应中断，但是由于通过零序电流互感器感应出来的感应电压信号为毫伏级别且为交流信号，放大电路若直接进行放大，由于单片机端口只能识别正电压信号，会导致有用的交流负半部分电压信号无法识别，导致采集的感应电压信号不完整，漏电检测电路的可靠性低，容易出现漏电流检测误报警或者该报警时不报警的情况发生。
发明内容
本发明所解决的第一个技术问题是要提供一种漏电流检测电路与电热水器，其能有效地采集感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，从而避免漏电流检测出现误报或不报的情况。
上述第一个技术问题通过以下技术方案进行解决：
一种漏电流检测电路，包括：安装在电源火线和电源零线上的零序电流互感器、第一电阻、直流偏置电路、同相比例放大电路；所述第一电阻并联在所述零序电流互感器的两端；所述第一电阻的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述直流偏置电路的电源端用于连接第一供电电源，所述直流偏置电路的输出端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述同相比例放大电路的电源端用于连接所述第一供电电源，所述同相比例放大电路的输出端用于与单片机连接。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
通过零序电流互感器感应电源线的漏电流，并通过第一电阻把感应到的漏电流转化为感应交流电压信号，之后通过直流偏置电路将感应交流电压信号进行直流偏置叠加，随后通过同相比例放大电路将叠加后的直流感应电压信进行放大，通过上述过程将感应交流电压信号全部偏置到一个正电压的范围，从而保证后续的单片机可以采集到感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，避免漏电流检测出现误报或不报的情况。
在其中一种实施例中，所述直流偏置电路包括第二电阻、第三电阻、第一二极管以及第一电容；所述第二电阻的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端、所述直流偏置电路的输出端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的正极、所述第一电容的第一端连接；所述第一二极管的负极、所述第一电容的第二端接地。
在其中一种实施例中，所述直流偏置电路还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述直流偏置电路的电源端连接，所述第四电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
所述第四电阻在直流偏置电路中起到限流作用，限制所在直流偏置电路的大小，以防电流过大烧坏直流偏置电路中的元器件；同时所述第四电阻进一步还可以与第二电阻、第三电阻一起起分压作用。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路包括第五电阻、第六电阻、运算放大器、第二电容以及第三电容；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端与所述运算放大器的反向输入端连接；所述第六电阻连接在所述运算放大器的反向输入端与输出端之间；所述运算放大器的正电源端与所述同相比例放大电路的电源端连接；所述运算放大器的输出端、所述第三电容的第一端与所述同相比例放大电路的输出端连接；所述运算放大器的同向输入端、所述第二电容的第一端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述运算放大器的负电源端、所述第二电容的第二端以及所述第三电容的第二端接地。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路还包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的负极用于与第二供电电源连接。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
通过在所述运算放大器的输出端接入所述第二二极管，可以对所述同相比例放大电路起到防过充的作用。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路还包括第七电阻，所述第七电阻连接在所述第二二极管的正极与所述第三电容的第一端之间。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
通过在所述第二二极管的正极与所述第三电容的第一端之间接入所述第七电阻，可以对所述同相比例放大电路起到抗干扰的作用。
在其中一种实施例中，所述漏电流检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端用于与所述第一供电电源连接；所述滤波电路的输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
通过在电源与直流偏置电路的电源端和同相比例放大电路的电源端之间增加滤波电路，可以进一步提高漏电流检测电路的稳定性。
在其中一种实施例中，所述滤波电路包括第四电容和第五电容；所述第四电容、所述第五电容的第一端与所述滤波电路的输入端连接；所述第四电容、所述第五电容的第二端与所述滤波电路的输出端连接，并接地。
上述第一个技术问题通过以下技术方案进行解决：
一种电热水器，包括：电热水器本体，安装在所述电热水器本体上的电源线、电源板、高低压转换电路、以及如上述的漏电流检测电路；所述电源线接入所述电源板的强电接线端子，所述电源线的电源火线、电源零线穿过所述零序电流互感器；所述电源板的电源输出端与所述高低压转换电路的输入端连接，所述高低压转换电路的第一输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接；所述电源板包括单片机，所述同相比例放大电路的输出端与所述单片机连接。
本发明所述的电热水器，与背景技术相比所产生的有益效果：
通过零序电流互感器感应电源线的漏电流，并通过第一电阻把感应到的漏电流转化为感应交流电压信号，之后通过直流偏置电路将感应交流电压信号进行直流偏置叠加，随后通过同相比例放大电路将叠加后的直流感应电压信进行放大，通过上述过程将感应交流电压信号全部偏置到一个正电压的范围，从而保证后续的单片机可以采集到感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，避免漏电流检测出现误报或不报的情况。
在其中一种实施例中，所述电热水器本体包括显示装置、发热管以及继电器驱动电路；所述继电器驱动电路的电源端与所述高低压转换电路的第一输出端连接，所述继电器驱动电路的输入端与所述单片机连接，所述继电器驱动电路的输出端与所述发热管连接；所述显示装置的信号端与所述单片机连接。
本发明所述的电热水器，与背景技术相比所产生的有益效果：
单片机通过采集到感应交流信号的全部数据，并在感应交流信号超过安全值时进行响应中断，当单片机响应中断后，控制所述继电器驱动电路断开发热管，同时在显示装置上进行故障代码提示，实现当电热水器出现零火线漏电时，立即断开发热管加热的功能，提升电热水器的安全可靠性。
附图说明
图1是本发明实施例提供的漏电流检测电路的电路图；
图2是本发明实施例提供的电热水器的第一局部示意图；
图3是本发明实施例提供的电热水器的第二局部示意图。
附图说明：
1、发热管，2、电源线，3、按键显示板，4、显示屏，5、温度传感器，6、信号线，7、漏电流检测电路，8、电源板，9强电接线端子，10、继电器驱动电路，11、高低压转换电路。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
电热水器本体主要包括外壳、内胆、出水管、出水绝缘管、水管接头以及超温保护器。水管接头的一端穿过内胆壁伸入内胆中，且水管接头通过焊接工艺与内胆密封固定连接。出水管穿过水管接头伸入内胆设置，出水管固定在水管接头上，出水绝缘管与水管接头密封连接，出水绝缘管与出水管连通。外壳容纳所述内胆、出水管、出水绝缘管以及水管接头，其中出水绝缘管穿过外壳连通外部热水供应装置。内胆内设有电加热管，用于加热内胆存储的水。
请参照图1，本发明第一实施例提供了一种漏电流检测电路，包括：安装在电源火线L和电源零线N上的零序电流互感器JD1、第一电阻R1、直流偏置电路、同相比例放大电路；所述第一电阻R1并联在所述零序电流互感器JD1的两端(1、2)；所述第一电阻R1的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第一电阻R1的第二端接地；所述直流偏置电路的电源端用于连接第一供电电源，所述直流偏置电路的输出端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述同相比例放大电路的电源端用于连接所述第一供电电源，所述同相比例放大电路的输出端LD用于与单片机连接。
本发明所述的漏电流检测电路，与背景技术相比所产生的有益效果：
电源火线L和电源零线N穿过零序电流互感器JD1，当给电热水器供电时，会有电流从火线L流入，再从零线N流出。当外部输入的电源网络异常漏电时，会导致流入火线的电流IL≠流出零线的电流IN，此时通过零序电流互感器JD1感应电源线的漏电流，并通过第一电阻R1把感应到的漏电流转化为感应交流电压信号，之后通过直流偏置电路将感应交流电压信号进行直流偏置叠加，随后通过同相比例放大电路将叠加后的直流感应电压信进行放大，通过上述过程将感应交流电压信号全部偏置到一个正电压的范围，从而保证后续的单片机可以采集到感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，避免漏电流检测出现误报或不报的情况。
在本实施例中，第一电阻R1的阻值为560Ω±1％。所述第一供电电源采用+12V。
在其中一种实施例中，所述直流偏置电路包括第二电阻R2、第三电阻R3、第一二极管D1以及第一电容C1；所述第二电阻R2的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第二电阻R2的第二端与所述第三电阻R3的第一端、所述直流偏置电路的输出端连接；所述第三电阻R3的第二端与所述第一二极管D1的正极、所述第一电容C1的第一端连接；所述第一二极管D1的负极、所述第一电容C1的第二端接地。
第二电阻R2、第三电阻R3为分压电阻，用于对第一二极管D1提供的基准偏置电压进行分压，从而取得一个合适的偏置电压进行放大。
本实施例中，第二电阻R2的阻值为22K±1％，第三电阻R3的阻值为130K±1％。第一二极管D1的型号为IN4148。
在其中一种实施例中，所述直流偏置电路还包括第四电阻R4，所述第四电阻R4的第一端与所述直流偏置电路的电源端连接，所述第四电阻R4的第二端与所述第一电容C1的第一端连接。
第四电阻R4在直流偏置电路中起到限流作用，限制所在直流偏置电路的大小，以防电流过大烧坏直流偏置电路中的元器件；同时所述第四电阻R4进一步还可以与第二电阻R2、第三电阻R3一起起分压作用。
本实施例中，第四电阻R4的阻值为10K。所述直流偏置电路的电源由+12V加上第四电阻R4提供。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路包括第五电阻R5、第六电阻R6、运算放大器U1、第二电容C2以及第三电容C3；所述第五电阻R5的第一端接地，所述第五电阻R5的第二端与所述运算放大器U1的反向输入端连接；所述第六电阻R6连接在所述运算放大器U1的反向输入端与输出端之间；所述运算放大器U1的正电源端与所述同相比例放大电路的电源端连接；所述运算放大器U1的输出端、所述第三电容C3的第一端与所述同相比例放大电路的输出端LD连接；所述运算放大器U1的同向输入端、所述第二电容C2的第一端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述运算放大器U1的负电源端、所述第二电容C2的第二端以及所述第三电容C3的第二端接地。
第五电阻R5、第六电阻R6为放大倍数电阻，用于调节放大倍数。而第二电容C2、第三电容C3为抗干扰电容，起到抗干扰的作用。本实施例中，第二电容C2、第三电容C3均采用101瓷片电容；第五电阻R5的阻值为4.7K±1％，第六电阻R6的阻值为160K±1％；运算放大器U1的型号为LM358。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路还包括第二二极管D2，所述第二二极管D2的正极与所述运算放大器U1的输出端连接，所述第二二极管D2的负极用于与第二供电电源连接。
通过在所述运算放大器U1的输出端接入所述第二二极管D2，可以对所述同相比例放大电路起到防过充的作用。本实施例中，第二二极管D2的型号为IN4148。
在其中一种实施例中，所述同相比例放大电路还包括第七电阻R7，所述第七电阻R7连接在所述第二二极管D2的正极与所述第三电容C3的第一端之间。
通过在所述第二二极管D2的正极与所述第三电容C3的第一端之间接入所述第七电阻R7，可以对所述同相比例放大电路起到抗干扰的作用。本实施例中，第七电阻R7的阻值为1K。
在其中一种实施例中，所述漏电流检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端用于与所述第一供电电源连接；所述滤波电路的输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接。
通过在电源与直流偏置电路的电源端和同相比例放大电路的电源端之间增加滤波电路，可以进一步提高漏电流检测电路的稳定性。
在其中一种实施例中，所述滤波电路包括第四电容C4和第五电容C5；所述第四电容C4、所述第五电容C5的第一端与所述滤波电路的输入端连接；所述第四电容C4、所述第五电容C5的第二端与所述滤波电路的输出端连接，并接地。
本实施例中，第四电容C4采用10uF电解电容，第五电容C5采用104瓷片电容。
漏电流检测电路的工作原理如下：
220V的电源火线从零序电流互感器JD1穿入，电流方向为流入，而220V的电源零线从零序电流互感器JD1穿出,电流方向为流出。当流入和流出的电流矢量和不为0时(出现漏电时)，将会有漏电感应电流流过第一电阻R1，从而形成漏电感应电压。通过由第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4，第一电容C1以及第一二极管D1组成直流偏置电路，在原漏电感应电压的基础上，叠加一个固定的直流电压信号，使整个交流信号的整个部分为正电压，使后续单片机可以采集到感应交流信号的全部数据；然后通过由运算放大器U1以及第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7，第二电容C2、第三电容C3，第二二极管D2组成的同相比例放大电路进行交流电压信号的放大处理，将直流偏置后的电压信号放大到单片机可以识别的范围。通过上述过程使得后续单片机可以对交流电压信号的全部数据进行处理，能准确的检测漏电流是否超过安全值，避免出现信号的误判和误报警，从而实现电热水器漏电流检测的功能，提高电热水器的安全性能。
请参照图2和图3，本发明第二实施例提供了一种电热水器，包括：电热水器本体，安装在所述电热水器本体上的电源线2、电源板8、高低压转换电路11、以及上述第一实施例所述的漏电流检测电路7；所述电源线2接入所述电源板8的强电接线端子9，所述电源线2的电源火线、电源零线穿过所述零序电流互感器；所述电源板8的电源输出端与所述高低压转换电路11的输入端连接，所述高低压转换电路11的第一输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接；所述电源板8包括单片机CON1，所述同相比例放大电路的输出端与所述单片机CON1连接。
本发明所述的电热水器，与背景技术相比所产生的有益效果：
电源火线L和电源零线N穿过零序电流互感器，当给电热水器供电时，会有电流从火线L流入，再从零线N流出。当外部输入的电源网络异常漏电时，会导致流入火线的电流IL≠流出零线的电流IN，此时通过零序电流互感器感应电源线的漏电流，并通过第一电阻把感应到的漏电流转化为感应交流电压信号，之后通过直流偏置电路将感应交流电压信号进行直流偏置叠加，随后通过同相比例放大电路将叠加后的直流感应电压信进行放大，通过上述过程将感应交流电压信号全部偏置到一个正电压的范围，从而保证单片机CON1可以采集到感应交流信号的全部数据，提高漏电流检测电路可靠性，避免漏电流检测出现误报或不报的情况。
高低压转换电路11把交流转换为低压+12V/5V的直流电，低压+12V直流电通过所述高低压转换电路11的第一输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接吗，作为第一供电电源。低压+5V直流电通过所述高低压转换电路11的第二输出端与所述同相比例放大电路中的第二二极管D2的负极连接，作为第二供电电源。
在其中一种实施例中，所述电热水器本体包括显示装置、发热管1以及继电器驱动电路10；所述继电器驱动电路10的电源端与所述高低压转换电路11的第一输出端连接，所述继电器驱动电路10的输入端与所述单片机CON1连接，所述继电器驱动电路10的输出端与所述发热管1连接；所述显示装置的信号端与所述单片机CON1连接。
单片机CON1通过采集到感应交流信号的全部数据，并在感应交流信号超过安全值时进行响应中断，当单片机CON1响应中断后，控制所述继电器驱动电路10断开发热管1，同时在显示装置上进行故障代码提示，实现当电热水器出现零火线漏电时，立即断开发热管1加热的功能，提升电热水器的安全可靠性。其中，显示装置与所述单片机CON1通过信号线6连接。
进一步地，所述显示装置包括按键显示板3和显示屏4。显示屏4采用LED显示屏。
进一步地，所述电热水器还包括用于测量内胆水温的温度传感器5以及感温单片机CON2。
电热水器的漏电检测原理如下：
电源线2把市电交流220V从强电接线端子9引入电源板8，通过电源板8中的高低压转换电路11，把交流转换为低压12V/5V的直流电。低压+12V供给继电器驱动电路10工作用，而低压+5V通过信号线6供给按键显示板3以及第二二极管D2工作用。同时把电源线2的火线和零线穿过电源板8上的漏电流检测电路7中零序电流互感器，当火线和零线输入输出的电流不平衡时，漏电流检测电路7中的零序电流互感器会输出信号到电源板8上的直流漏电流检测电路7中，通过该电路控制继电器驱动电路10断开电热水器的发热管1，同时在显示屏4上显示对应的故障代码进行提示。通过上述过程在电热水器出现零火线漏电时，立即断开发热管1加热的功能，提升电热水器的安全可靠性。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种漏电流检测电路，其特征在于，包括：安装在电源火线和电源零线上的零序电流互感器、第一电阻、直流偏置电路、同相比例放大电路；所述第一电阻并联在所述零序电流互感器的两端；所述第一电阻的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第一电阻的第二端接地；所述直流偏置电路的电源端用于连接第一供电电源，所述直流偏置电路的输出端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述同相比例放大电路的电源端用于连接所述第一供电电源，所述同相比例放大电路的输出端用于与单片机连接。
2.如权利要求1所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述直流偏置电路包括第二电阻、第三电阻、第一二极管以及第一电容；所述第二电阻的第一端与所述直流偏置电路的输入端连接，所述第二电阻的第二端与所述第三电阻的第一端、所述直流偏置电路的输出端连接；所述第三电阻的第二端与所述第一二极管的正极、所述第一电容的第一端连接；所述第一二极管的负极、所述第一电容的第二端接地。
3.如权利要求2所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述直流偏置电路还包括第四电阻，所述第四电阻的第一端与所述直流偏置电路的电源端连接，所述第四电阻的第二端与所述第一电容的第一端连接。
4.如权利要求1或3所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述同相比例放大电路包括第五电阻、第六电阻、运算放大器、第二电容以及第三电容；所述第五电阻的第一端接地，所述第五电阻的第二端与所述运算放大器的反向输入端连接；所述第六电阻连接在所述运算放大器的反向输入端与输出端之间；所述运算放大器的正电源端与所述同相比例放大电路的电源端连接；所述运算放大器的输出端、所述第三电容的第一端与所述同相比例放大电路的输出端连接；所述运算放大器的同向输入端、所述第二电容的第一端与所述同相比例放大电路的输入端连接；所述运算放大器的负电源端、所述第二电容的第二端以及所述第三电容的第二端接地。
5.如权利要求4所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述同相比例放大电路还包括第二二极管，所述第二二极管的正极与所述运算放大器的输出端连接，所述第二二极管的负极用于与第二供电电源连接。
6.如权利要求5所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述同相比例放大电路还包括第七电阻，所述第七电阻连接在所述第二二极管的正极与所述第三电容的第一端之间。
7.如权利要求6所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述漏电流检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路的输入端用于与所述第一供电电源连接；所述滤波电路的输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接。
8.如权利要求7所述的漏电流检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括第四电容和第五电容；所述第四电容、所述第五电容的第一端与所述滤波电路的输入端连接；所述第四电容、所述第五电容的第二端与所述滤波电路的输出端连接，并接地。
9.一种电热水器，其特征在于，包括电热水器本体，安装在所述电热水器本体上的电源线、电源板、高低压转换电路、以及如权利要求1-8任一项所述的漏电流检测电路；所述电源线接入所述电源板的强电接线端子，所述电源线的电源火线、电源零线穿过所述零序电流互感器；所述电源板的电源输出端与所述高低压转换电路的输入端连接，所述高低压转换电路的第一输出端与所述直流偏置电路、所述同相比例放大电路的电源端连接；所述电源板包括单片机，所述同相比例放大电路的输出端与所述单片机连接。
10.如权利要求9所述的电热水器，其特征在于，所述电热水器本体包括显示装置、发热管以及继电器驱动电路；所述继电器驱动电路的电源端与所述高低压转换电路的第一输出端连接，所述继电器驱动电路的输入端与所述单片机连接，所述继电器驱动电路的输出端与所述发热管连接；所述显示装置的信号端与所述单片机连接。
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