CN110829364A - 一种漏电保护电路、漏电保护装置及用电设备 - Google Patents

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CN110829364A CN201911119259.7A CN201911119259A CN110829364A CN 110829364 A CN110829364 A CN 110829364A CN 201911119259 A CN201911119259 A CN 201911119259A CN 110829364 A CN110829364 A CN 110829364A
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Abstract

本发明涉及一种漏电保护电路、漏电保护装置和用电设备，包括整流桥堆和漏电保护单元和高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护单元以向漏电保护单元提供电能；所述高低压转换装置包括判别单元，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置。本发明的交流电经半波或全波整流后输出的脉动电压向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本发明的功率消耗。

Description

一种漏电保护电路、漏电保护装置及用电设备
技术领域
本发明属于供电技术领域，具体地说，涉及一种漏电保护电路、漏电保护装置及用电设备。
背景技术
在交流电源供电系统中，需要使用漏电保护装置，漏电保护装置对使用者起到人身安全保护的功能。
因此，电力部门强制要求用电单位或家庭都必须安装漏电保护装置，有的家用电器的插头和用电插座也安装了漏电保护装置。这样，我国乃至全世界使用漏电保护装置的数量是巨大的。漏电保护装置在每个时刻都处于工作状态，尽管每个漏电保护装置的消耗的电能不大(例如小于500mW)，但是，对于如此巨大的市场保有量，所有的漏电保护装置消耗电能是相当大的，所以造成了电能的极大浪费。
为此，降低漏电保护装置的电能消耗成为一项亟需解决的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种漏电保护电路、漏电保护装置及用电设备，在漏电保护电路中加入高低压转换装置，以减低电能的消耗。
本发明的技术方案是：
第一方面，本发明实施例提供了一种漏电保护电路，包括整流桥堆和漏电保护单元，其特征在于，还包括高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护单元以向漏电保护单元提供电能；
所述高低压转换装置包括判别单元，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置。
进一步的，该高低压转换装置还包括启动装置、开关元件和限流电路，所述判别单元包括第一判别单元和第二判别单元；
其中，启动装置用于启动开关元件；
限流电路用于限制开关元件被开通时流过的电流；
第一判别单元用于判断开关元件的输入电压的大小；
第二判别单元用于判断开关元件的输出电压的大小；
其中，当开关元件的输入电压大于第一预设阈值时或开关元件的输出电压大于第二预设阈值时，高低压转换装置断开所述开关元件。
进一步的，所述高低压转换装置还包括稳压单元LDO，该稳压单元LDO产生的恒定电压为漏电保护单元提供电能。
进一步的，所述高低压转换装置还包括第三判别单元，该第三判别单元用来确定高低压转换装置的输出电压或稳压单元LDO的输出电压的大小，以此来判断该高低压转换装置的输出电压或稳压单元LDO的输出电压是否正常。
进一步的，所述漏电保护单元包括漏电检测单元和可控硅驱动单元；所述漏电检测单元包括放大器，该放大器为I/V转换放大器或差分电压放大器。
进一步的，所述漏电保护单元还包括显示驱动单元，该显示驱动单元连接LED灯，以用于检测该漏电保护电路的电源是否正常。
进一步的，所述漏电检测单元还包括漏电故障信号延时器，用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。
进一步的，所述可控硅驱动单元包括故障信号锁存器，用于锁存故障信号以驱动该漏电保护电路外接的用电设备。
进一步的，所述整流桥堆、漏电保护单元和高低压转换装置全部或部分集成在一个芯片内。
第二方面，本发明实施例提供了一种漏电保护装置，该装置包括上述任一所述的漏电保护电路。
第三方面，本发明实施例提供了一种用电设备，该用电设备包括上述任一所述的漏电保护电路。
本发明在高低压转换装置的输入电压大于第一预设阈值时或输出电压小于第二预设阈值时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本发明漏电保护电路、漏电保护装置和用电设备的功率消耗。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种漏电保护电路的电路模块示意图；
图2为本发明实施例提供的一种漏电保护电路的电路原理示意图；
图3为现有技术中的漏电保护装置实例的电路模块示意图；
图4为现有技术中的漏电保护装置实例的电路原理示意图；
图5为本发明实施例提供的一种高低压转换装置的电路原理示意图；
图6为本发明实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图；
图7为本发明另一实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图；
图8为本发明另一实施例提供的一种漏电保护电路的电路模块示意图；
图9为本发明另一实施例提供的一种漏电保护电路的电路原理示意图。
其中，110为第一整流桥堆；120为第一漏电保护单元，121为第一感应线圈，122为第一螺线管，123为第一交流触点开关，124为第一可控硅，125为供电单元，126为第一漏电检测单元，127为第一可控硅驱动单元；R1为第一电阻；
210为第二整流桥堆；220为第二漏电保护单元，221为第二感应线圈，222为第二螺线管，223为第二交流触点开关，224为第二可控硅，225为第二漏电检测单元，226为第二可控硅驱动单元，227为第二显示驱动单元；230为第一高低压转换装置，231为第一启动装置，232为第一开关元件，233为第一限流电路，234为第一判别单元，235为第二判别单元，236为稳压单元LDO，237为第三判别单元；R2为第二电阻；C1为电容。
310为第三整流桥堆；320为第三漏电保护单元，321为第三感应线圈，322为第三螺线管，323为第三交流触点开关，324为第三可控硅，325为第三漏电检测单元，326为第三可控硅驱动单元，327为第三显示驱动单元；330为第二高低压转换装置。
具体实施方式
下面结合附图所示的各实施方式对本发明进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本说明书以及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的组件，而所属领域中具有通常知识者应可理解。硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件，本说明书与后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书以及权利要求书中所提到的“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包括有但不限定于”，此外，“耦接”一词在此是包含任何直接与间接的电性连接手段。因此，若文中描述第一回路耦接于第二回路，则代表所述的第一回路可以直接电性连接在所述的第二回路，或通过其它电阻等元器件间接地连接至所述的第二回路等等。
下面首先对本发明实施例中应用的一些简写附图标记进行解释说明。
AC：交流电(例如常规的市电)；
L线：交流电的相线(火线)；
N线：交流电的中性线(零线)；
HV：整流桥堆的输出端/高低压转换装置的输入端；
VCC：高低压转换装置的输出端或供电单元的稳压输出端/漏电检测单元等的电源端；
GND：接地端；
VDD：LDO的输出端/漏电检测单元等的另一电源端或偏置；
LVI：第一判别单元的输入端；
OPI：漏电检测单元的反相放大器的输入端；
OPO：漏电检测单元的反相放大器的输出端；
DNI：漏电检测单元的差分放大器的负输入端；
DPI：漏电检测单元的差分放大器的正输出端；
SCRdr：可控硅驱动单元的输出端；
SDr：第三判别单元的输出端或显示驱动单元的输入端；
DRO：显示驱动单元的输出端；
K1：测试开关。
实施例一 漏电保护电路
请参照图1和图2，本实施例的一种漏电保护电路包括第二整流桥堆210、第二漏电保护单元220和第一高低压转换装置230；其中，所述第一高低压转换装置230的输出端耦接第二漏电保护单元220的电源端，用于向第二漏电保护单元220提供电能，该第一高低压转换装置230的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第二整流桥堆210将交流电(市电)经半波或全波整流后的脉动电压HV输出给所述第一高低压转换装置230；
所述第一高低压转换装置230包括判别单元，用于在输入电压大于第一预设阈值时(例如该预设的第一阈值约为50V)或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时(例如该预设的第二阈值约为15V)，断开所述第一高低压转换装置230；所述断开所述第一高低压转换装置230可以不是完全断开，也可以是将电流降低至微小电流。
其中，所述第二漏电保护单元220包括第二感应线圈221、第二螺线管222、第二交流触点开关223、第二可控硅224、第二漏电检测单元225和第二可控硅驱动单元226，本实施例中的漏电保护单元220的工作原理是所属领域的基本常识，这里不再赘述。
参见图2，其中，第二感应线圈221通过导线耦接第二漏电检测单元225的输入端；第二螺线管222的一端连接零线，第二螺线管222的另一端耦接第二可控硅224的一端；第二交流触点开关223的两个触点分别连接零线和火线；所述第二可控硅224的另一端接地；第二漏电检测单元225的另一个输入端耦接第一高低压转换装置的输出端。
可选的，所述第二漏电检测单元225包括放大器，该放大器可以为I/V转换放大器，该I/V转换放大器用于放大漏电流感应信号。
可选的，所述第二漏电检测单元225还包括漏电故障信号延时器，该漏电故障信号延时器用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。
可选的，所述第二可控硅驱动单元226包括故障信号锁存器，该故障信号锁存器用于锁存故障信号，以驱动第二螺线管222的连接的不同类型的电路。
可选的，所述第二漏电保护单元220还包括第二显示驱动单元227，第二漏电检测单元225的输出端耦接该第二显示驱动单元227。在电源(包含电源VCC和电源VDD)输出正常时，第二显示驱动单元227的输出端可连接LED灯，用于间隙驱动所述LED灯；当该漏电保护电路的电源VCC或电源VDD发生异常时，第二显示驱动单元227用于驱动该LED灯报警，该LED灯停止闪烁。优选的，所述LED灯为绿色LED灯。
结合图3和图4。图3为现有技术中的漏电保护装置实例的电路模块示意图；图4为现有技术中的漏电保护电路实例的电路原理示意图。第一漏电保护单元120的供电是通过第一电阻R1来降压的。若第一漏电保护单元120的电源电压为13.2V，工作电流为400μA；在交流电的输入电压为50V时，该漏电保护电路可以正常工作，则第一电阻R1应小于(50V-13.2V)/0.4mA＝92kΩ；在交流电的输入电压为220V时，该漏电保护电路的功率消耗为220V×(220V-13.2V)/92kΩ＝495mW。此时，第一漏电检测单元120的功率消耗为13.2V×(220V-13.2V)/92kΩ＝30mW，而第一电阻R1上的功率消耗为(220V-13.2V)×(220V-13.2V)/92kΩ＝465mW，通过上述计算，现有技术中的漏电保护电路的功率绝大部分是第一电阻R1所消耗的。其中，所述第一电阻R1为限流电阻。
而在本实施例中，参见图2和图5，若在脉动电压HV低于预设的第一阈值(约50V)时并且在第二漏电保护单元220等电源电压小于预设的第二阈值(约15V)时，向第二漏电保护单元220等提供电能；在其余状态下，断开所述第一高低压转换装置230的输入至输出通路，以降低漏电保护电路的功率消耗。
假设第二漏电保护单元220的电源电压为13.2V，工作电流为400μA，在交流电的输入电压为50V时，该第一高低压转换装置230的静态电流为1mA，则本实施例中的漏电保护电路的功率消耗为50V×(1+0.4)mA＝70mW；即使本实施例中的交流电的输入电压为220V时，那么漏电保护电路的功率消耗与输入电压为50V交流电的漏电保护电路的功率消耗也相差不大，至多是第一开关元件232的损耗略有增加。因此，本实施例中的漏电保护电路在交流电为50V～265V时，其功率消耗可以降低至100mW以内，所以本实施例的漏电保护电路的功率消耗极低。
下面将进一步介绍本实施例中的第一高低压转换装置230是如何高效地实现将脉动高电压转换成直流低电压的。参见图5，图5为本发明实施例提供的一种高低压转换装置的电路原理示意图。该第一高低压转换装置230包括第一启动装置231、第一开关元件232、第一限流电路233、第一判别单元234和第二判别单元235；
其中，第一启动装置231的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一启动装置231的输出端VA连接第一开关元件232，以用于启动第一开关元件232；
本实施例中的第一启动装置231可通过以下方式实现：在第二整流桥堆210的输出端HV和内部VA节点间连接大电阻(如几MΩ的电阻)，或者采用其它有源限流器件(例如JFET或耗尽型MOSFET等)。
第一开关元件232的输入端HV耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一开关元件232的输出端耦接电源端VCC，该开关元件的开通与关闭受第一判别单元234和第二判别单元235的共同控制；
第一限流电路233的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一限流电路233的输出端耦接第一开关元件232，以用于限制第一开关元件232被开通时流过的电流；
本实施例中，第一限流电路233包括电流采样器、第一比较器和驱动器，第一比较器的输入端连接电流采样器，第一比较器的输出端连接驱动器；其中，电流采样器包括多个串接的电阻，第一比较器用来将串接的电阻上的电压与预先设定的基准电压作比较，当串接的电阻上的电压大于预先设定的基准电压时，第一比较器的输出端电压翻转，翻转后得到的信号输入至驱动器；驱动器的输出端控制第一开关元件232，使第一开关元件232的开关导通程度发生改变。
第一判别单元234的输入端LVI通过外接第二电阻R2耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一判别单元234的输出端耦接第一开关元件232，这里的第一判别单元234用于判断第一开关元件232的输入电压的大小；其中，第二电阻R2可为兆级的大电阻，当第一开关元件232的输入电压HV大于第一预设阈值(约50V)时，切断该第一开关元件232；
本实施例中，参见图9，第一判别单元234包括分压电阻和第二比较器，第二整流桥堆210的输出端HV端的脉动电压通过R2(R2A和R2B)与分压电阻分压后得到LVI端电压，该LVI端电压连接第二比较器的一个输入端，第二比较器的另一输入端连接预先设定的某一基准电压端，第二比较器的输出端连接第一开关元件232，当LVI端电压大于预先设定的基准电压时，第二比较器的输出端电压翻转，从而来控制第一开关元件232。
第二判别单元235的输入端耦接电源端VCC，第二判别单元235的输出端耦接第一开关元件232，这里的第二判别单元235用于判断第一开关元件232的输出电压VCC的大小，当第一开关元件232的输出电压VCC大于第二预设阈值(约15V)时，切断该第一开关元件232；
本实施例中，第二判别单元235包括第三比较器，电源端VCC连接第三比较器的一个输入端，第三比较器的另一个输入连接预先设定的基准电压端(如15V左右)，第三比较器的输出端连接第一开关元件232；当输出电压VCC大于预先设定的某一基准电压时，第三比较器的输出端电压翻转，从而来控制第一开关元件232。
进一步的，所述第一高低压转换装置230还包括稳压单元LDO 236(该LDO236为具有抗反向电流的稳压单元)，所述稳压单元LDO 236用于产生另一路恒定电压VDD，该稳压单元LDO 236的输入端耦接第一开关元件232的输出端，稳压单元LDO 236的输出端耦接第二漏电保护单元220的VDD，为第二漏电保护单元220提供电源或偏置电压。
现有技术中，一般电源VDD的输出电压精度小于±1.0％，纹波幅度小于50mVrms；而本实施例中电源VCC的输出电压精度小于±10％，纹波幅度小于2Vrms，所以，电源VCC只能用于对电源电压的精度和纹波幅度要求不高的功能单元，如应用于运放比较器和驱动器等，在第一高低压转换装置230中设置稳压单元LDO 236，可以产生比现有技术中输出电压更小、精度更高且纹波幅度更小的恒定电压VDD。
进一步的，所述第一高低压转换装置230还包括第三判别单元237；该第三判别单元237的第一输入端耦接电源端VCC，该第三判别单元237的第二输入端耦接稳压单元LDO236的输出端，第三判别单元237的输出端耦接第二显示驱动单元227，该第三判别单元用来确定第一高低压转换装置230的输出电压或稳压单元LDO 236的输出电压的大小，以判断第一高低压转换装置230的输出电压或稳压单元LDO 236的输出电压是否正常，若发生异常，则该漏电保护电路进行报警；
本实施例中，第三判别单元237包括第一窗口比较器和第二窗口比较器，其中：
第一窗口比较器的输入端连接电源端VCC，第一窗口比较器的输出端连接第二显示驱动单元227，第一窗口比较器用与比较输出电压VCC是否在预设的电压范围内(例如:10～18V)，若不在预设的电压范围内，则第一窗口比较器的电压翻转，将翻转后的信号输入第二显示驱动单元227，该第二显示驱动单元227进行报警；
第二窗口比较器的的输入端连接接稳压单元LDO 236的输出端，第二窗口比较器的输出端连接第二显示驱动单元227，用于比较LDO输出电压VDD是否在预设的范围内(例如：3.6～5.5V)，若不在预设的电压范围内，则第二窗口比较器的电压翻转，将翻转后的信号输入第二显示驱动单元227，该第二显示驱动单元227驱动LED灯报警。
可以理解的是，可以将上述所述的第二整流桥堆210、第二漏电保护单元220和第一高低压转换装置230集成在一个芯片内或多个芯片内，在本发明中不做限制。
图6为本发明实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图。该图显示了第二整流桥堆210将交流电(市电)经全波整流后的脉动电压输入第一高低压转换装置230后所获得的工作波形图；
图7为本发明另一实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图。该图显示了第二整流桥堆210将交流电(市电)经半波波整流后的脉动电压输入第一高低压转换装置230后所获得的工作波形图。
本实施例中的漏电保护电路，其中的第二整流桥堆210和第一高低压转换装置230为第二漏电保护单元220等提供电能，其中，第一高低压转换装置230输出端耦接第二漏电保护单元220等的电源端，第一高低压转换装置230的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端，由交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压；第一高低压转换装置230的判别单元，用于在第一高低压转换装置230的输入电压大于第一预设阈值时或第一高低压转换装置230的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述第一高低压转换装置230，，以切断第一高低压转换装置230的输入至输出通路。因此，该漏电保护电路在交流电幅值小于第一预设阈值(例如约50V)或输出电压小于第二预设阈值(例如约15V)时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向第一高低压转换装置的输出端并连接电容C1充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本实施例中的漏电保护电路的功耗。
在另一实施例中，还提供了一种漏电保护电路，请参考图8和图9，该漏电保护电路包括第三整流桥堆310、第三漏电保护单元320和第二高低压转换装置330；其中，该第二高低压转换装置330包括第三感应线圈321、第三螺线管322，第三交流触点开关323、第三可控硅324、第三漏电检测单元325、第三可控硅驱动单元326和第三显示驱动单元327；该实施例的各单元模块或电子元器件的连接方式与上一个实施例基本一致，不同之处在于：本实施例中的第三漏电检测单元325中的放大器为差分电压放大器，该差分电压放大器同样可以用于放大漏电流感应信号，在此不再具体赘述。
实施例二 漏电保护装置
本实施例中提供的一种漏电保护装置，该装置包括实施例一所述的漏电保护电路，该电路的具体连接方式和工作原理与实施例一相一致，在此不再赘述。
实施例三 用电设备
本实施例提供了一种用电设备，该用电设备包括实施例一所述的漏电保护电路，该电路的具体连接方式和工作原理与实施例一相一致，在此不再赘述。
本发明的有益效果：
本发明利用高低压转换装置的输出端耦接漏电保护单元的电源端，高低压转换装置的输入端耦接整流桥堆的输出端，由交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压；所述高低压转换装置包括判别单元，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置，以切断该高低压转换装置的输入至输出通路。因此，本发明在高低压转换装置的输入电压小于第一预设阈值时或输出电压小于第二预设阈值时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本发明漏电保护电路、漏电保护装置和用电设备的功率消耗。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本发明实施例中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (11)

1.一种漏电保护电路，包括整流桥堆和漏电保护单元，其特征在于，还包括高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护单元以向漏电保护单元提供电能；
所述高低压转换装置包括判别单元，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置。
2.根据权利要求1所述的漏电保护电路，其特征在于，该高低压转换装置还包括启动装置、开关元件和限流电路，所述判别单元包括第一判别单元和第二判别单元；
其中，启动装置用于启动开关元件；
限流电路用于限制开关元件被开通时流过的电流；
第一判别单元用于判断开关元件的输入电压的大小；
第二判别单元用于判断开关元件的输出电压的大小；
其中，当开关元件的输入电压大于第一预设阈值时或开关元件的输出电压大于第二预设阈值时，高低压转换装置断开所述开关元件。
3.根据权利要求2所述的漏电保护电路，其特征在于，所述高低压转换装置还包括稳压单元LDO，该稳压单元LDO产生的恒定电压为漏电保护单元提供电能。
4.根据权利要求3所述的漏电保护电路，其特征在于，所述高低压转换装置还包括第三判别单元，该第三判别单元用来确定高低压转换装置的输出电压或稳压单元LDO的输出电压的大小，以此来判断该高低压转换装置的输出电压或稳压单元LDO的输出电压是否正常。
5.根据权利要求1所述的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电保护单元包括漏电检测单元和可控硅驱动单元；所述漏电检测单元包括放大器，该放大器为I/V转换放大器或差分电压放大器。
6.根据权利要求5所述的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电保护单元还包括显示驱动单元，显示驱动单元连接LED灯，以用于显示高低压转换装置的输出电压或稳压单元LDO的输出电压是否正常。
7.根据权利要求5所述的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电检测单元还包括漏电故障信号延时器，用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。
8.根据权利要求5所述的漏电保护电路，其特征在于，所述可控硅驱动单元包括故障信号锁存器，用于锁存故障信号以驱动该漏电保护电路外接的用电设备。
9.根据权利要求1-8任一项所述的漏电保护电路，其特征在于，所述整流桥堆、漏电保护单元和高低压转换装置全部或部分集成在一个芯片内。
10.一种漏电保护装置，其特征在于，该装置包括权利要求1-9任一项所述的漏电保护电路。
11.一种用电设备，其特征在于，该用电设备包括权利要求1-9任一项所述的漏电保护电路。
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