CN109709440A

CN109709440A - 漏电保护检测电路及其控制方法

Info

Publication number: CN109709440A
Application number: CN201811610267.7A
Authority: CN
Inventors: 李剑; 黄朝刚
Original assignee: SHENZHEN QX MICRO DEVICES CO Ltd
Current assignee: SHENZHEN QX MICRO DEVICES CO Ltd
Priority date: 2018-12-27
Filing date: 2018-12-27
Publication date: 2019-05-03
Anticipated expiration: 2038-12-27
Also published as: CN109709440B

Abstract

本发明涉及一种漏电保护检测电路及其控制方法。该漏电保护检测电路，包括电压输入端、整流电路、控制模块电路、驱动模组及LED负载；电压输入端包括与电子镇流器输入端连接的火线端、零线端；整流电路输入端与电子整流器输出端连接，整流电路的输出端与控制模块电路的输入端连接，控制模块电路控制对驱动模组及LED负载的供电。该控制方法：通过一个积分器电路吸收输入电压分压的高频信号，对输入的高频交流信号进行滤波；同时芯片通过对该高频滤波后的信号进行积分检测，通过输入不同的ICCT电流，进而判断输入是否有人体漏电的情形，以达到漏电保护检测并控制的目的。

Description

漏电保护检测电路及其控制方法

技术领域

本发明涉及一种漏电保护系统，特别涉及一种漏电保护检测电路及其控制方法。

背景技术

照明的发展从普通的钨丝灯，到现在的荧光灯，以及现在发展非常迅猛的LED灯。灯泡的样式款式也发生了很大变化，特别对于荧光灯来说，长条形的灯管有利于制作，发光效率等各种优点，广泛应用于厂房、户内、楼体内等各种应用环境。

而作为国家大力支持的LED灯，由于其节能环保，而越来越受到客户的喜爱与支持；其中作为替换长条形的系列灯管，LED灯整体亦需做成与荧光灯管类似的长条形结构，如图2中所示。

图1所示为普通的LED灯具模组原理。此模组由市电的火线L和零线N 输入交流电压，通过整流桥后经过滤波电容得到直流电压，进而为驱动模块及负载进行供电，使得驱动模组正常工作，使得负载LED达到预期设定的效果。

普通的LED灯具模组，由于需要替换荧光灯，因此其灯具需一端接市电火线L、一端接市电零线N，如图2中虚线所示；当市电完全接入后，其 LED灯具模组便会正常工作，使得灯具点亮。

因此，存在以下几种情况：

1.被替换的LED长条灯位置，其之前所用的荧光灯驱动电子镇流器 ballast已经被去掉，则测试LED长条灯的输入为市电；此时，便会存在一种情况，使得当此LED灯具模组在安装过程中，或者其他意外情况发生时，此灯具模组的一端已经接入了市电火线L，此时人体不小心触碰到此 LED灯具模组的另一端；这时可以把从火线输入到大地之间，理解为两个阻抗的串联，其LED灯具模组的阻抗假设为RB，其人体的阻抗假设为RH，如图2中虚线框内所示；当人体的阻抗RH与灯具的阻抗RB为一个量级或接近时，则市电电压的电流则会通过灯具到人体再到大地，此时便会在人体的阻抗RH上形成较大电压，从而使得人体受到电击，便会发生触电危险；

2.被替换的LED长条灯位置，其之前所用的荧光灯驱动电子镇流器 ballast未被去掉，则测试LED长条灯的输入为ballast的输出，而 ballast的输入为市电；此时，由于ballast依然接入到市电，因此 ballast的输出为正常空载输出，即约为AC800v 80kHz左右的高压高频交流输出；同样的，此时会存在一种情况，使得当此LED灯具模组在安装过程中，或者其他意外情况发生时，此灯具模组的一端已经接入了ballast 的一端输出，此时人体不小心触碰到此LED灯具模组的另一端；因此此时的跨越在ballast的一端输出，经过LED灯具模组，经过人体到大地的电压亦为高压交流电，于是使得人体受到电击，便会发生触电危险；

3.市电经过隔离电源，比如调压台、隔离变压器等输入后，此时测试 LED长条灯的输入与市电隔离，即没有直流电流回路，因此，人体此时触摸是没有任何电击或触电危险的；但由于隔离电源需采用隔离变压器，因此其输出也就是测试LED长条灯的输入相当于串入一个大的电感；此时如果通电，则由于有漏电检测模块的存在，会把隔离变压器的寄生输入电感误判为人体接触，导致后面的驱动模块不能正常工作并点亮LED灯条。

传统技术的技术特征及缺点在于：如图3所示，传统的漏电保护，当照明LED驱动模组接入市电时，可通过芯片控制检测是否是非正常接入市电；但当存在电子镇流器ballast时，传统的漏电保护不能正常处理，从而导致后面的驱动模组不能正常工作以及LED灯条不能正常点亮；同时如果整个模块输入存在一个大的电感时，检测模块亦会误判；因此需要专业的技术安装人员对此模组进行替换，对灯具替换或者更新换代造成了极大的不便以及危险性。

发明内容

本发明的目的是提供一种芯片通过检测输入市电电压并引入恒流控制电流，进而通过积分器进行积分检测，判断其是否具有波形波动，进而判断是否有漏电发生的漏电保护检测电路。本发明的另一目的是提供一种芯片检测在安全电压范围内，进而保证人体模型安全的漏电保护检测电路的控制方法。

本发明的技术解决方案是所述漏电保护检测电路，其特殊之处在于，包括电压输入端、整流电路、控制模块电路、驱动模组及LED负载；所述电压输入端包括与电子镇流器输入端连接的火线端、零线端；所述整流电路输入端与电子整流器输出端连接，整流电路的输出端与所述控制模块电路的输入端连接，控制模块电路控制对驱动模组及LED负载的供电。

作为优选：所述整流电路包括两个交流输入端、一个正输出端、一个负输出端的整流桥，所述电子整流器的输出端包括第一输出端、第二输出端，所述控制模块电路的输入端包括第一控制端、第二控制端、控制输出端；所述驱动模组及LED负载的输入端包括正输入端、负输入端；

所述整流电路的两个交流输入端分别与电子整流器的第一输出端、第二输出端连接，正输出端、负输出端分别与控制模块电路第一控制端、第二控制端连接，所述驱动模组及LED负载的正输入端与整流电路的正输出端连接，负输入端与所述控制模块电路的控制输出端连接。

所述整流电路的两个交流输入端分别与电子整流器的第一输出端、第二输出端连接，控制模块电路第一控制端与电子整流器的第一输出端连接，第二控制端与整流电路的负输出端连接，所述驱动模组及LED负载的正输入端与整流电路的正输出端连接，负输入端与所述控制模块电路的控制输出端连接。

作为优选：所述整流电路正输出端、负输出端之间设有电容Cin，所述控制模块电路的芯片包括逻辑控制电路、电压补偿及其判断控制电路、积分器、OPA运算放大器、逻辑判断及驱动电路、ICCT模块；控制模块电路的第一控制端依次通过串联的电阻Rs、电容Cs与第二控制端连接，芯片的VAC端与第一控制端连接，控制模块的芯片电源VCC引脚与Rs与Cs之间的节点连接，芯片的Vss引脚、GND引脚均与第二控制端连接，芯片的VAC端依次通过串联的电阻R₁、R₂与VSS引脚连接，电阻R₂两端并联电容 Cc，电阻R₁、电阻R₂中间节点接MOS管Q₂漏极和积分器的负极，积分器正极与Vcc引脚连接，MOS管Q₂源极与Vss引脚连接，MOS管Q₂漏极与电压补偿及其判断控制电路的电压输出端连接，积分器的输出端与电压补偿及其判断控制电路的输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第一供给端通过逻辑控制电路与OPA运算放大器的信号输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第二供给端通过所述逻辑判断及驱动电路与MOS管Q₁漏极连接，MOS 管Q₁源极与芯片GND引脚连接，栅极与芯片的SW引脚连接，ICCT模块输入端与芯片的VAC端连接、信号接收端与OPA运算放大器输出端连接，驱动模组及LED负载输入端两端并联电容Co，一端连接整流电路的正输出端，另一端与芯片的SW端连接。

本发明的技术解决方案是所述漏电保护检测电路的控制方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

⑴市电交流信号经整流电路变为直流信号；

⑵电容Cin滤除所述直流信号中的尖峰毛刺电压得到第一控制端电压；

⑶所述第一控制端电压通过供电线路Rs和Cs使得芯片电源VCC引脚具有稳定电压，芯片开始工作；

⑷第一控制端的电压通过电阻R₁、电阻R₂得到分压电压，分压电压通过电容Cc耦合掉高频信号，得到分压信号；

⑸所述MOS管Q₂通过电压补偿及其判断控制电路提供内部偏置电压vb 导通，进而控制所述分压信号工作在合适的工作点，所述分压信号通过积分器得到合适的积分电压；

⑹所述积分电压稳定后，电压补偿及其判断控制电路依次通过逻辑控制电路、OPA运算放大器切换ICCT模块的参考电流；

⑺当人体触摸上漏电，所述参考电流发生变化，所述第一控制端的电压随之改变，输入到积分器的分压信号随之改变，进而积分器的积分电压发生改变，通过积分电压的变化可判断人体触摸上漏电；

⑻所述积分器的积分电压变化通过电压补偿及其判断控制电路控制逻辑判断及驱动电路，进而控制功率开关MOS管Q₁断开，保护人体不受漏电电压电击；

⑼当正常接入时，第一控制端的电压不随ICCT模块的参考电流的变化而改变，积分器的积分电压也不会改变，电压补偿及其判断控制电路控制逻辑判断及驱动电路，进而控制功率开关MOS管Q₁导通，此时芯片的SW端与GND端短路，电容Co接入直流高压，驱动模组及LED负载正常工作。

作为优选：所述积分器负端电压输入输出电流相等

积分器负端输入电压为

由于输入端电容Cc仅是滤除高频输入电压纹波，因此VAC输入电压依然具有低频输入母线电压特性，通过积分器进行积分后，可得到一段时间内一个稳定的积分电压，显而易见，此积分电压与时域内的平均电压呈线性关系

V_AVG1＝k*V_NEG1

当积分电压稳定后，芯片通过逻辑控制切换ICCT模块的参考电流，于是

通过积分器后，得到

V_AVG2＝k*V_NEG2

当整个模块处于正常上电时，由于没有人体电阻R_H的影响，因此切换 ICCT模块的参考电流并不能影响V_NEG的电压变化；因此芯片通过判断V_AVG2与V_AVG2之间的大小变化即可判断出，是否是人体模型触摸上电；

进而通过逻辑控制电路，即可输出逻辑驱动控制开关MOS管Q₁；当控制开关MOS管Q₁导通后，驱动模块便会正常工作，直至断电后再次上次，芯片重新开启检测市电电压是否漏电。

与现有技术相比，本发明的有益效果:

⑴本发明的电路具有结构简单，稳定性强，节约成本的优点，且其具有非常强的可靠性，保证系统安全可靠工作。

⑵本发明不仅可以有效检测漏电情况，及时切断电路，保护人体不被电击，而且可以兼容电子镇流器、调压台等应用，不影响LED灯的正常工作。

⑶通过应用本发明的漏电检测控制方法，可有效检测是否有人体漏电模型触摸到模块外壳输入端，当有漏电发生时，及时保护人体免受电击危险，且外围简单可靠，能够兼容电子镇流器、调压台等应用，对AC/DC LED 驱动模块具有重大意义。

⑷本发明的漏电检测控制方法，使得芯片通过检测输入市电电压并引入恒流控制电流，进而通过积分器进行积分检测，判断其是否具有波形波动，进而判断是否有漏电发生；本检测控制方法具有可靠及稳定性好的特性，且芯片检测在安全电压范围内，进而保证人体模型的安全。

附图说明

图1是普通的LED灯具模组原理图；

图2是普通的LED灯管安装示意图；

图3是传统的漏电保护检测及其驱动电路框图；

图4是本发明漏电保护检测电路的电路框图；

图5是本发明模块关键节点波形图；

图6是本发明另一具体实施例的漏电保护检测电路的电路框图。

具体实施方式

本发明下面将结合附图作进一步详述：

请参阅图4至图6所示，本发明提供一种新型市电漏电检测电路，该电路包括电压输入端、整流电路、控制模块电路、驱动模组及LED负载；所述电压输入端包括与电子镇流器输入端连接的火线端、零线端；所述整流电路输入端与电子整流器输出端连接，整流电路的输出端与所述控制模块电路的输入端连接，控制模块电路控制对驱动模组及LED负载的供电。

本实施例中，所述整流电路为包括两个交流输入端、一个正输出端、一个负输出端的整流桥，所述电子整流器的输出端包括第一输出端、第二输出端，所述控制模块电路的输入端包括第一控制端、第二控制端、控制输出端；所述驱动模组及LED负载的输入端包括正输入端、负输入端；

另一实施例中，所述整流电路的两个交流输入端分别与电子整流器的第一输出端、第二输出端连接，所述驱动模组及LED负载的正输入端与整流电路的正输出端连接，负输入端与所述控制模块电路的控制输出端连接；

在图4的具体实施例中，整流电路的正输出端、负输出端分别与控制模块电路第一控制端、第二控制端连接；

在图6的具体实施例所示，控制模块电路输入端的连接与图4的具体实施例有所不同，图6中控制模块电路第一控制端与电子整流器的第一输出端连接，第二控制端与整流电路的负输出端连接。

本实施例中，整流电路正输出端、负输出端之间设有电容Cin，所述控制模块电路的芯片包括逻辑控制电路、电压补偿及其判断控制电路、积分器、OPA运算放大器、逻辑判断及驱动电路、ICCT模块；控制模块电路的第一控制端依次通过串联的电阻Rs、电容Cs与第二控制端连接，芯片的 VAC端与第一控制端连接，控制模块的芯片电源VCC引脚与Rs与Cs之间的节点连接，芯片的Vss引脚、GND引脚均与第二控制端连接，芯片的VAC端依次通过串联的电阻R₁、电阻R₂与VSS引脚连接，电阻R₂两端并联电容Cc，电阻R₁、电阻R₂中间节点接MOS管Q₂漏极和积分器的负极，积分器正极与 Vcc引脚连接，MOS管Q₂源极与Vss引脚连接，MOS管Q₂栅极与电压补偿及其判断控制电路的电压输出端连接，积分器的输出端与电压补偿及其判断控制电路的输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第一供给端通过逻辑控制电路与OPA运算放大器的信号输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第二供给端通过所述逻辑判断及驱动电路与MOS管Q₁栅极连接，MOS管 Q₁源极与芯片GND引脚连接，MOS管Q₁漏极与芯片的SW引脚连接，ICCT模块输入端与芯片的VAC端连接、信号接收端与OPA运算放大器输出端连接，驱动模组及LED负载输入端两端并联电容Co，一端连接整流电路的正输出端，另一端与芯片的SW端连接。

本实施例中，本发明在普通的LED灯具模组上引入一个控制模块，其与后面的驱动模组及负载组成新的LED灯具模组；当电路上电启动时，通过检测是否有漏电会通过人体流入大地，进而控制开关MOS管Q₁的导通与关断。当人体触摸上电漏电时，控制开关MOS管Q₁断开，新的LED灯具模组的等效阻抗RB变得很大，人体的阻抗RH便相对变得较小，进而在人体的阻抗RH上分压变化很小，在人体可承受电压范围内，保护人体受到电击；当此新的LED灯具模组正常接入市电后，控制开关MOS管Q₁导通，于是其后面的驱动模组及负载便会正常工作，模组正常点亮LED负载。

本实施例中，控制开关MOS管Q₁的导通和断开由控制模块电路中的积分器吸收输入电压分压的高频信号，对输入的高频交流信号进行滤波；同时芯片通过对该高频滤波后的信号进行积分检测，通过输入不同的ICCT电流，进而判断输入是否有人体上电漏电的情形。

如图4所示，以人体模型触摸上漏电为例，由于电子镇流器ballast 已经接入市电，因此其输出具有约为AC800v 80kHz左右的高压高频交流输出，当负载LED驱动模块接入到此高压高频交流输出的一端时，另外一端通过人体触摸接入到大地；而市电输入零线N其电位与大地电位等同，因此此时负载LED驱动模块的输入具有特性如下：

低频交流信号频率与输入市电频率一致，幅度约为输入市电幅度的0.5 倍；

以低频交流信号为基础，叠加约为AC800v 80kHz左右的高压高频信号；

所述交流信号经过整流桥后变为直流信号；整流桥输出电容Cin可视为此节点寄生电容或为模块的输入电容，此电容可滤除直流信号中的尖峰毛刺电压，防止芯片检测时发生误判；此时得到第一控制端的电压，即VAC 端具有电压，第一控制端的电压通过供电线路Rs和Cs使得芯片电源VCC 引脚具有稳定的电压，芯片开始工作。

芯片工作后，第一控制端的电压(即VAC处的电压)通过电阻R₁及电阻R₂得到分压电压，电阻R₂上的分压电压通过电容Cc耦合掉高频信号，得到经过高频滤波后的分压信号；MOS管Q₂通过电压补偿及其判断控制电路提供的内部偏置电压vb导通，进而控制分压信号工作在合适的工作点；此时的分压信号通过积分器得到合适的积分电压；当积分电压稳定后，电压补偿及其判断控制电路依次通过逻辑控制电路、OPA运算放大器控制切换ICCT 模块的参考电流(改变RT阻值可调整此参考电流大小)，由于是人体触摸上漏电，所述参考电流发生变化，所述第一控制端的电压随之改变，输入到积分器的分压信号随之改变，进而积分器的积分电压发生改变，通过积分电压的变化可判断人体触摸上漏电；积分器的积分电压变化通过电压补偿及其判断控制电路控制逻辑判断及驱动电路，进而控制功率开关MOS管 Q₁断开，保护人体不受漏电电压电击；当正常接入时，第一控制端的电压不随ICCT模块的参考电流的变化而改变，积分器的积分电压也不会改变，电压补偿及其判断控制电路控制逻辑判断及驱动电路，进而控制功率开关MOS 管Q₁导通，此时芯片的SW端与GND端短路，电容Co接入直流高压，驱动模组及LED负载正常工作。

从前面的描述中可知，

于是积分器负端输入电压为

V_AVG1＝k*V_NEG1

当稳定后，芯片通过逻辑控制切换ICCT模块的参考电流，于是

通过积分器后，得到

V_AVG2＝k*V_NEG2

当整个模块处于正常上电时，由于没有人体电阻RH的影响，因此切换 ICCT模块的参考电流并不能影响VNEG的电压变化；因此芯片通过判断VAVG 与VAVG2之间的大小变化即可判断出，是否是人体模型触摸上电。

如图5的波形可以看出，在人体触摸上电时，VAC电压波形具有 (ICCT2-ICCT1)的变化，通过积分器电路，可积分放大此变化，进而可判断是否是人体模型触摸上电。

VNEG1为积分器负端输入电压，VNEG2为稳定后积分器负端输入电压， IBIAS为MOS管Q₂点电流，VACin为电容Cin两端电压，ICCT₁为参考电流， ICCT₂为改变的参考电流，VAVG₁为积分电压，VAVG₂为改变参考电流后的积分电压，RH为人体电阻。

本实施例中，当所述模块应用于调压台、隔离变压器AC输入的条件时，由于输入控制切换ICCT模块的参考电流，其切换频率很低，因此对于调压台、隔离变压器等电感类输入来说，其相当于一根导线，并不能影响芯片正常判断及使用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明权利要求的涵盖范围。

Claims

1.一种漏电保护检测电路，其特征在于，包括电压输入端、整流电路、控制模块电路、驱动模组及LED负载；所述电压输入端包括与电子镇流器输入端连接的火线端、零线端；所述整流电路输入端与电子整流器输出端连接，整流电路的输出端与所述控制模块电路的输入端连接，控制模块电路控制对驱动模组及LED负载的供电。

2.根据权利要求1所述漏电保护检测电路，其特征在于，所述整流电路包括两个交流输入端、一个正输出端、一个负输出端的整流桥，所述电子整流器的输出端包括第一输出端、第二输出端，所述控制模块电路的输入端包括第一控制端、第二控制端、控制输出端；所述驱动模组及LED负载的输入端包括正输入端、负输入端；

3.根据权利要求1所述漏电保护检测电路，其特征在于，所述整流电路包括两个交流输入端、一个正输出端、一个负输出端的整流桥，所述电子整流器的输出端包括第一输出端、第二输出端，所述控制模块电路的输入端包括第一控制端、第二控制端、控制输出端；所述驱动模组及LED负载的输入端包括正输入端、负输入端；

4.根据权利要求2或3所述漏电保护检测电路，其特征在于，所述整流电路正输出端、负输出端之间设有电容Cin，所述控制模块电路的芯片包括逻辑控制电路、电压补偿及其判断控制电路、积分器、OPA运算放大器、逻辑判断及驱动电路、ICCT模块；所述控制模块电路的第一控制端依次通过串联的电阻Rs、电容Cs与第二控制端连接，芯片的VAC端与第一控制端连接，控制模块的芯片电源VCC引脚与Rs与Cs之间的节点连接，芯片的Vss引脚、GND引脚均与第二控制端连接，芯片的VAC端依次通过串联的电阻R₁、R₂与VSS引脚连接，电阻R₂两端并联电容Cc，电阻R₁、电阻R₂中间节点接MOS管Q₂漏极和积分器的负极，积分器正极与Vcc引脚连接，MOS管Q₂源极与Vss引脚连接，MOS管Q₂漏极与电压补偿及其判断控制电路的电压输出端连接，积分器的输出端与电压补偿及其判断控制电路的输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第一供给端通过逻辑控制电路与OPA运算放大器的信号输入端连接，电压补偿及其判断控制电路第二供给端通过所述逻辑判断及驱动电路与MOS管Q₁漏极连接，MOS管Q₁源极与芯片GND引脚连接，栅极与芯片的SW引脚连接，ICCT模块输入端与芯片的VAC端连接、信号接收端与OPA运算放大器输出端连接，驱动模组及LED负载输入端两端并联电容Co，电容Co的一端连接整流电路的正输出端，另一端与芯片的SW端连接。

5.一种漏电保护检测电路的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

⑴市电交流信号经整流电路变为直流信号；

⑸所述MOS管Q₂通过电压补偿及其判断控制电路提供内部偏置电压vb导通，进而控制所述分压信号工作在合适的工作点，分压信号通过积分器得到合适的积分电压；

6.根据权利要求5所述漏电保护检测电路的控制方法，其特征在于，所述积分器负端电压的输入输出电流相等为

积分器负端输入电压为

V_AVG1＝k*V_NEG1

通过积分器后，得到

V_AVG2＝k*V_NEG2

当整个模块处于正常上电时，由于没有人体电阻R_H的影响，因此切换ICCT模块的参考电流并不能影响V_NEG的电压变化；因此芯片通过判断V_AVG2与V_AVG2之间的大小变化即可判断出，是否是人体模型触摸上电；

进而通过逻辑控制电路，即可输出逻辑驱动控制开关MOS管Q₁；当控制开关MOS管Q₁导通后，驱动模块便会正常工作，直至断电后再次上电，芯片重新开启检测市电电压是否漏电。