CN113937728A - 漏电保护装置和电气设备 - Google Patents

Abstract

本发明实施例提供一种漏电保护装置，用于电气设备中，所述电气设备的机壳连接地线，所述漏电保护装置包括：电源电路、检测电路、比较电路和开关电路，所述检测电路配置为根据所述机壳上的电压输出检测电压；所述比较电路连接所述检测电路，配置为比较所述检测电压和预设电压范围，并在所述检测电压处于预设电压范围内时，输出第一控制信号；在检测电压处于预设电压范围之外时，输出第二控制信号；开关电路连接电源电路和机壳，开关电路配置为，响应于第一控制信号，将电源电路与机壳导通，以及响应于第二控制信号，将电源电路与机壳断开。本发明实施例还提供一种电气设备。本发明能够防止电气设备的机壳带电，并保证设备的正常工作。

Description

漏电保护装置和电气设备

技术领域

本发明涉及电气系统安全防护领域，具体涉及一种漏电保护装置和电气设备。

背景技术

在I类电气设备中，为了进行防触电保护，通常将设备中容易触及的导电部分(例如设备机壳)连接到接地导体上。而在内置供电电源的I类电气设备中，为了降低设备的电磁干扰(EMI)，通常会在供电电源中设计共模滤波电路，这些共模滤波电路把供电电源的内部电路与设备的金属机壳连接起来，从而降低电气设备的电磁干扰，但是，当设备外部保护接地线漏接或连接不良时，共模滤波电路会导致设备金属机壳带电，从而导致触电危险。

发明内容

本发明实施例提供一种漏电保护装置和电气设备，以防止机壳带电而导致人员触电。

作为本发明的一方面，提供一种漏电保护装置，用于电气设备中，所述电气设备的机壳连接地线，所述漏电保护装置包括：电源电路、检测电路、比较电路和开关电路，

所述检测电路配置为根据所述机壳上的电压输出检测电压；

所述比较电路连接所述检测电路，配置为比较所述检测电压和预设电压范围，并在所述检测电压处于预设电压范围内时，输出第一控制信号；在所述检测电压处于所述预设电压范围之外时，输出第二控制信号；

所述开关电路连接所述电源电路和所述机壳，所述开关电路配置为，响应于所述第一控制信号，将电源电路与所述机壳导通，以及响应于所述第二控制信号，将所述电源电路与所述机壳断开。

在一些实施例中，所述检测电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述机壳，所述第一电阻的第二端与所述比较电路连接于第一节点；

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一节点与第一参考地之间；

滤波电容，所述滤波电容与所述第二电阻并联。

在一些实施例中，所述检测电路还包括：第三电阻和第一三极管，所述第三电阻的第一端连接所述第一节点，所述第三电阻的第二端连接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极连接所述第一参考地。

在一些实施例中，所述比较电路包括：第二三极管、第四电阻、第五电阻和光耦器件，

所述第二三极管的基极连接所述检测电路的输出端；

所述第二三极管的集电极连接光耦器件的第一端，所述光耦器件的第二端连接第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第一工作电压端，所述光耦器件的第三端连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接第二工作电压端，所述光耦器件的第四端连接第二参考地；

其中，所述预设电压范围为：大于或等于所述第二三极管的开启电压。

在一些实施例中，所述比较电路还包括：第一二极管，所述第一二极管连接在所述第二三极管的发射极与所述第二参考地之间。

在一些实施例中，所述开关电路包括：回路开关器件和控制子电路，

所述控制子电路连接所述回路开关器件、第一参考地，所述控制子电路配置为，响应于所述第一控制信号，将所述第一参考地与所述回路开关器件导通；

所述回路开关器件连接所述电源电路、所述机壳，所述回路开关器件配置为，响应于所述第一参考地的电压，将所述电源电路和所述机壳导通，以及响应于所述控制子电路的断开信号，将所述电源电路与所述机壳断开。

在一些实施例中，所述控制子电路包括：第一晶体管、第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的第一端连接所述比较电路的输出端，所述第六电阻的第二端连接所述第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的第一极连接所述第一参考地，所述第一晶体管的第二极连接所述回路开关器件；所述第七电阻的两端分别连接所述第一晶体管的栅极和第一极。

在一些实施例中，所述电源电路包括：

共模滤波模块，所述共模滤波模块包括至少一组Y电容，每组所述Y电容包括第一Y电容和第二Y电容，每个所述第一Y电容与所述回路开关器件串联在火线与所述机壳之间，每个所述第二Y电容与所述回路开关器件串联在零线与所述机壳之间。

在一些实施例中，所述第一Y电容的第一端连接所述火线，所述第一Y电容的第二端连接所述回路开关器件的第一端，所述回路开关器件的第二端连接所述机壳；所述第二Y电容的第一端连接所述零线，所述第二Y电容的第二端连接所述回路开关器件的第一端，所述回路开关器件的第三端连接所述控制子电路。

在一些实施例中，所述回路开关器件包括：继电器、光耦器件、晶体管中的任意一者。

作为本发明的第二方面，提供一种电气设备，包括机壳和上述实施例中的所述漏电保护装置。

在本发明实施例提供的漏电保护装置和电气设备中，当机壳与地线连接良好时，机壳不带电，检测电压处于预设电压范围内，比较电路输出第一控制信号，从而使得开关电路将电源电路与机壳导通；当机壳与地线接触不良时，检测电压超出预设电压范围，比较电路输出第二控制信号，从而使得开关电路将电源电路与机壳断开，以防止机壳带电。且本发明实施例中，开关电路不影响外部的电气设备的供电回路，从而保证电气设备的正常工作。

附图说明

附图是用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明，但并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为相关技术中的电气设备中的共模滤波电路的示意图。

图2为本发明实施例中提供的一种漏电保护装置的示意图。

图3为本发明实施例中提供的一种共模滤波模块与开关电路的连接示意图。

图4为本发明实施例中提供的一种检测电路和比较电路的示意图。

图5为本发明实施例中提供的开关电路的示意图。

图6为本发明实施例中提供的共模滤波模块与回路开关器件的示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

在内置供电电源的I类电气设备中，为了降低设备的电磁干扰(EMI)，通常会在供电电源中设计共模滤波电路，其中，内置的供电电源与火线L/零线N连接，用于将输入接口1接入的交流电转换为设备内部器件和负载实际所需的电压。图1为相关技术中的电气设备中的共模滤波电路的示意图，如图1所示，共模滤波电路包括共模电感(未示出)和Y电容C1'/C2'，其中，共模电感串联在供电回路中；Y电容C1'的一端连接火线L线，另一端连接机壳2；Y电容C2'的一端连接零线N，另一端连接机壳。火线L和零线N通过Y电容连接到机壳2，使得机壳2与地线PE连接良好时，金属机壳2与大地等电位，用户无触电危险，而当机壳2与地线PE漏接或接触不良时，金属机壳带电，用户接触到机壳2时容易发生触电。

为了避免机壳2带电导致用户触电，在一些技术中，采用的漏电保护方式是对地线PE进行漏电检测，当检测到地线PE发生漏电时，通过控制开关的通断，将火线L、零线N及地线PE断开，从而断开设备的供电回路，达到漏电保护的效果。但是，断电的过程不仅会影响用户的体验，还可能会造成经济损失。当在不断电的情况下进行维护时，如果机壳2带电，维护人员将有触电的危险。

本发明实施例提供一种漏电保护装置，用于电气设备中，其中电气设备的机壳连接地线PE。图2为本发明实施例中提供的一种漏电保护装置的示意图，如图2所示，所述漏电保护装置包括：电源电路31、检测电路32、比较电路33和开关电路34。

其中，检测电路32连接机壳2，检测电路32配置为根据机壳2上的电压输出检测电压。

比较电路33连接检测电路32，配置为比较检测电压和预设电压范围，并在检测电压处于预设电压范围内时，输出第一控制信号；在检测电压处于预设电压范围之外时，输出第二控制信号。

开关电路34连接电源电路31和机壳2，开关电路34配置为，响应于第一控制信号，将电源电路31与机壳2导通，以及响应于第二控制信号，将电源电路31与机壳2断开。

其中，预设电压范围、检测电压与机壳2上实际所带电压之间的关系可以根据实际情况确定，以保证机壳2与地线PE连接良好时，检测电压处于预设电压范围内，当机壳2与地线PE连接不良时检测电压处于预设电压范围外即可。

在本发明实施例中，当机壳2与地线PE连接良好时，机壳2不带电，检测电压处于预设电压范围内，比较电路33输出第一控制信号，从而使得开关电路34将电源电路31与机壳2导通；当机壳2与地线PE接触不良时，检测电压超出预设电压范围，比较电路33输出第二控制信号，从而使得开关电路34将电源电路31与机壳2断开，以防止机壳2带电。且本发明实施例中，开关电路34不影响外部的电气设备的供电回路，从而保证电气设备的正常工作。

在一些实施例中，电源电路31包括：共模滤波模块和电压转换模块，电压转换模块配置为对输入接口1接入的交流电压进行电压转换，从而得到设备中各器件以及负载4实际所需要的电压，负载4包括：多个整流二极管形成的整流桥41、电容C7、电阻R等。在本发明实施例中，电压转换模块可以具有第一工作电压端、第二工作电压端、第一参考地和第二参考地。其中，第一工作电压端和第二工作电压端的信号可以均为高电平信号；第一参考地和第二参考地的电压均为低电平信号，且二者可以相同。

图3为本发明实施例中提供的一种共模滤波模块与开关电路的连接示意图，如图3所示，共模滤波模块311包括至少一组Y电容，每组Y电容包括两个Y电容，每组Y电容连接至少一个开关电路34，在一具体示例中，共模滤波模块采用一级共模滤波电路，其具体包括共模电感L1和两组Y电容，共模电感L1串联在火线L与零线N的回路中。每组Y电容包括两个Y电容，分别为第一Y电容C1/C3和第二Y电容C2/C4。每个Y电容均与开关电路34连接。

图4为本发明实施例中提供的一种检测电路和比较电路的示意图，如图4所示，检测电路32包括：第一电阻R1、第二电阻R2和滤波电容C5。

其中，第一电阻R1的第一端连接机壳2，第一电阻R1的第二端与比较电路33连接于第一节点N1，该第一节点N1可以看作检测电路32的输出端。第二电阻R2连接在第一节点N1与电源电路31的第一参考地AL1之间。滤波电容C5与第二电阻R2并联。

其中，第一参考地AL1的电压与地线PE的电压不同。第一电阻R1和第二电阻R2用于对机壳2与第一参考地AL1之间的电压进行分压，滤波电容C5用于对第一节点N1的检测电压进行滤波。

在一些实施例中，检测电路32还包括：第三电阻R3和第一三极管VT1，第三电阻R3的第一端连接第一节点N1，第三电阻R3的第二端连接第一三极管VT1的集电极，第一三极管VT1的发射极连接第一参考地AL1，第一三极管VT1的基极连接选通控制SR，第一三极管VT1根据选通控制端SR的控制信号，控制第三电阻R3、第一三极管VT1和第一参考地AL1所在支路的导通与断开。通过第一三极管VT1的设置，可以在输入的市电电压不同时，在第一节点N1处获得比较一致的采样电压。例如，可以根据实际的市电供电向第一三极管VT1通过控制信号，以使第三电阻R3与第二电阻R2并联，从而调节第一节点处N1的电压值，以保证机壳2接地良好时，第一节点N1处的检测电压处于预设电压范围内，而机壳2接地不良时，第一节点N1处的检测电压处于预设电压范围外。

在一些实施例中，比较电路33包括：第二三极管、第四电阻R4、第五电阻R5和光耦器件U2。

第二三极管VT2的基极连接检测电路32的输出端。第二三极管VT2的集电极连接光耦器件U2的第一端，光耦器件U2的第二端连接第四电阻R4的第一端，第四电阻R4的第二端连接第一工作电压端VCC，光耦器件U2的第三端连接第五电阻R5的第一端，第五电阻R5的第二端连接第二工作电压端VDD，光耦器件U2的第四端连接第二参考地AL2。第五电阻R5用于将比较电路33的输出端(即，第二节点B)处的电压与第二工作电压端VDD的电压隔离，从而在光耦器件U2的第三端与第四端导通时，使第二节点B处能够输出足够低的电压。

其中，第一工作电压端VCC和第二工作电压端VDD的电压均为高电平电压，第二参考地AL2与第一参考地AL1的电压可以相同。上述预设电压范围为：大于或等于第二三极管VT2的开启电压。第一控制信号为光耦器件U2的第三端与第四端导通时，光耦器件U2的第三端的电压信号，第二控制信号为光耦器件U2的第三端与第四端断开时，光耦器件U2的第三端的电压信号。

需要说明的是，也可以采用其他选通器件(例如，MOS管)来代替上述第一三极管VT1和第二三极管VT2。

在一些实施例中，比较电路33还包括：第一二极管VD1，第二三极管VT2的发射极连接所述第一二极管VD1的第一端(阳极)，第一二极管VD1的第二端(阴极)连接第二参考地AL2。第一二极管VD1的设置可以调整第二三极管VT2的基极的导通电压值。

图5为本发明实施例中提供的开关电路的示意图，如图5所示，在一些实施例中，开关电路34包括：回路开关器件342和控制子电路34。其中，控制子电路34连接回路开关器件342、电源电路31的第一参考地AL1，控制子电路34配置为，响应于第一控制信号，将第一参考地AL1与回路开关器件342导通。

回路开关器件342连接电源电路31和机壳2，回路开关器件342配置为，响应于第一参考地AL1的电压，将电源电路31和机壳2导通，以及响应于控制子电路34的断开信号(即，第一参考地AL1与回路开关器件342断开的信号)，将电源电路31与机壳2断开。需要说明的是，将电源电路31与机壳2导通，是指电源电路31与机壳2所连接的支路导通；将电源电路31与机壳2断开，是指电源电路31与机壳2之间无电流通过。

示例性地，控制子电路34包括第一晶体管M1、第六电阻R6和第七电阻R7，该第一晶体管M1可以为场效应管(MOS)管。第六电阻R6的第一端连接比较电路33的输出端，所述第六电阻R6的第二端连接所述第一晶体管M1的栅极，第一晶体管M1的第一极连接第一参考地AL1，第一晶体管M1的第二极连接回路开关器件342。其中，第一晶体管M1的第一极和第二极中的一者为源极，另一者为漏极。需要说明的是，控制子电路34不限于采用晶体管的结构，例如，也可以采用三极管。

在本发明的一些实施例中，检测电路32输出第一控制信号时，第一晶体管M1将第一参考地AL1与回路开关器件342导通。需要说明的是，图5中的开关电路34仅为本发明的一种具体实施方式，在实际应用中，开关电路34也可以不包括控制子电路34，而使得回路开关器件342直接与比较电路33的输出端连接，且回路开关器件342配置为响应于第一控制信号，将电源电路31与机壳2导通，响应于电源电路31与机壳2断开。或者，在电源电路31中设置信号转换模块，该信号转换模块响应于第一控制信号，生成第三控制信号，控制回路开关器件342将电源电路31与机壳2导通；且信号转换模块响应于第二控制信号，生成第四控制信号，控制回路开关器件342将电源电路31与机壳2断开。

示例性地，回路开关器件342包括继电器、光耦器件、晶体管中的任意一者。当然，回路开关器件342也可以采用其他满足工作要求和绝缘要求的半导体开关器件。

图6为本发明实施例中提供的共模滤波模块与回路开关器件的示意图，如图6所示，在一些实施例中，每组Y电容连接至少一个回路开关器件342，不同回路开关器件342可以采用相同的结构，或者，如图6中所示，其中一组Y电容连接的回路开关器件342采用继电器K1，另一组Y电容连接的回路开关器件342采用光耦器件U1。

每个Y电容与相应的回路开关器件342串联在电源线与地线之间。其中，电源线包括火线L和零线N，第一Y电容C1/C3和回路开关器件342串联在火线L与机壳2之间，第二Y电容C2/C4和回路开关器件342串联在零线N与机壳2之间。

示例性地，第一Y电容C1/C3的第一端连接火线，第一Y电容C1/C3的第二端连接回路开关器件342的第一端，回路开关器件342的第二端连接机壳2；第二Y电容C2/C4的第一端连接零线，第二Y电容C2/C4的第二端连接回路开关器件342的第一端，回路开关器件342的第三端连接控制子电路34，回路开关器件342的第四端连接第一工作电压端VCC。当回路开关器件342的第三端接收到第一参考地AL1的电压时，回路开关器件342的第一端与第二端导通；当控制子电路34断开时，回路开关器件342的第一端与第二端断开。

需要说明的是，Y电容与回路开关器件342之间的连接方式不限于图6中所示，例如，还可以将第一Y电容C1/C3、第二Y电容C2/C4均与回路开关器件342调换顺序，即，第一Y电容C1/C3和第二Y电容C2/C4分别连接两个回路开关器件342，第一Y电容C1/C3所连接的回路开关器件342记作第一回路开关器件，第二Y电容连接C2/C4的回路开关器件342记作第二回路开关器件，那么，第一Y电容C1/C3的第一端连接地线，第一Y电容C1/C3的第二端连接第一回路开关器件342的第一端，第一回路开关器件342的第二端连接火线L；第二Y电容的第一端连接机壳2，第二Y电容C2/C4的第二端连接第二回路开关器件342的第一端，第二回路开关器件342的第二端连接零线N。

在本发明实施例中，当机壳2与地线PE之间发生漏接或接地不良时，机壳2上的电压高于地线PE上的电压，机壳2、第一电阻R1、第二电阻R2与第一参考地AL1之间形成电流通路，第一节点N1处产生检测电压，该检测电压低于第二晶体管VT4与串联第一二极管VD1时的开启电压，因此，第一工作电压端VCC、第四电阻R4、光耦器件U2、第二三极管VT2、第一二极管VD1和第一参考地AL1形成的支路断开，比较电路33的输出电压接近于第二工作电压端VDD的电压(即，输出第二控制信号)，开关电路34响应于第二控制信号将Y电容与机壳2断开，从而达到断开漏电回路的目的。例如，第二控制信号传输至控制子电路34，控制第一晶体管M1断开，从而使回路开关器件342自动断开；或者，第二控制信号传输至电源电路31，电源电路31响应于第二控制信号，控制回路开关器件342断开；又或者，选择合适的回路开关器件342(如，PMOS管)，使第二控制信号可以直接控制回路开关器件342断开。另外，还可以在漏电保护装置中设置报警电路，用于在回路开关器件342断开的同时，上报报警信息。

当机壳2与地线之间接触良好时，机壳2上的电压等于地线PE上的电压，第一节点N1处的检测电压大于第二晶体管VT4的开启电压，第一工作电压端VCC、第四电阻R4、光耦器件U2、第二三极管VT2、第一二极管VD和第一参考地AL1形成的支路导通，比较电路33的输出电压接近于第二参考地AL2的电压(即，输出第一控制信号)，开关电路34响应于第一控制信号将Y电容与机壳2导通。

本发明实施例还提供一种电气设备，包括机壳和上述实施例中的漏电保护装置，漏电保护装置与机壳连接。

可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (11)

1.一种漏电保护装置，用于电气设备中，所述电气设备的机壳连接地线，其特征在于，所述漏电保护装置包括：电源电路、检测电路、比较电路和开关电路，

所述检测电路配置为根据所述机壳上的电压输出检测电压；

所述比较电路连接所述检测电路，配置为比较所述检测电压和预设电压范围，并在所述检测电压处于预设电压范围内时，输出第一控制信号；在所述检测电压处于所述预设电压范围之外时，输出第二控制信号；

所述开关电路连接所述电源电路和所述机壳，所述开关电路配置为，响应于所述第一控制信号，将电源电路与所述机壳导通，以及响应于所述第二控制信号，将所述电源电路与所述机壳断开。

2.根据权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述检测电路包括：

第一电阻，所述第一电阻的第一端连接所述机壳，所述第一电阻的第二端与所述比较电路连接于第一节点；

第二电阻，所述第二电阻连接在所述第一节点与第一参考地之间；

滤波电容，所述滤波电容与所述第二电阻并联。

3.根据权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述检测电路还包括：第三电阻和第一三极管，所述第三电阻的第一端连接所述第一节点，所述第三电阻的第二端连接所述第一三极管的集电极，所述第一三极管的发射极连接所述第一参考地。

4.根据权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述比较电路包括：第二三极管、第四电阻、第五电阻和光耦器件，

所述第二三极管的基极连接所述检测电路的输出端；

所述第二三极管的集电极连接光耦器件的第一端，所述光耦器件的第二端连接第四电阻的第一端，所述第四电阻的第二端连接第一工作电压端，所述光耦器件的第三端连接所述第五电阻的第一端，所述第五电阻的第二端连接第二工作电压端，所述光耦器件的第四端连接第二参考地；

其中，所述预设电压范围为：大于或等于所述第二三极管的开启电压。

5.根据权利要求4所述的漏电保护装置，其特征在于，所述比较电路还包括：第一二极管，所述第一二极管连接在所述第二三极管的发射极与所述第二参考地之间。

6.根据权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述开关电路包括：回路开关器件和控制子电路，

所述控制子电路连接所述回路开关器件、第一参考地，所述控制子电路配置为，响应于所述第一控制信号，将所述第一参考地与所述回路开关器件导通；

所述回路开关器件连接所述电源电路、所述机壳，所述回路开关器件配置为，响应于所述第一参考地的电压，将所述电源电路和所述机壳导通，以及响应于所述控制子电路的断开信号，将所述电源电路与所述机壳断开。

7.根据权利要求6所述的漏电保护装置，其特征在于，所述控制子电路包括：第一晶体管、第六电阻和第七电阻，所述第六电阻的第一端连接所述比较电路的输出端，所述第六电阻的第二端连接所述第一晶体管的栅极，所述第一晶体管的第一极连接所述第一参考地，所述第一晶体管的第二极连接所述回路开关器件；所述第七电阻的两端分别连接所述第一晶体管的栅极和第一极。

8.根据权利要求6所述的漏电保护装置，其特征在于，所述电源电路包括：

共模滤波模块，所述共模滤波模块包括至少一组Y电容，每组所述Y电容包括第一Y电容和第二Y电容，每个所述第一Y电容与所述回路开关器件串联在火线与所述机壳之间，每个所述第二Y电容与所述回路开关器件串联在零线与所述机壳之间。

9.根据权利要求8所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一Y电容的第一端连接所述火线，所述第一Y电容的第二端连接所述回路开关器件的第一端，所述回路开关器件的第二端连接所述机壳；所述第二Y电容的第一端连接所述零线，所述第二Y电容的第二端连接所述回路开关器件的第一端，所述回路开关器件的第三端连接所述控制子电路。

10.根据权利要求6所述的漏电保护装置，其特征在于，所述回路开关器件包括：继电器、光耦器件、晶体管中的任意一者。

11.一种电气设备，其特征在于，包括机壳和权利要求1至10中任一项所述漏电保护装置。

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