CN117543503A - 漏电保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及漏电保护装置，包括供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器；信号放大电路与检测电路相连；放大反馈回路与信号放大电路相连；电压补偿电路通过电阻R2与放大反馈回路相连；整形滤波电路与芯片相连；所述数字电位器用于向芯片提供参考电压；所述芯片用于接收检测信号，并将检测信号对应的电压与参考电压进行比较。本发明中，漏电电流小于断电电流时，无论漏电电流是多大，人体触电后的电流都是0.2V叠加电压提供的，存在一定的触电感，但触电感并不强烈，触电电流不会对人体造成伤害，从而有效保护人体安全。
Description
技术领域
本发明属于漏电保护技术领域，尤其是一种漏电保护装置。
背景技术
目前，家庭用电环境存在诸多电线和电器漏电现象，而且现有的漏电保护器大多都是要求漏电值要达到30MA才能动作，而当漏电电流达到十到二十几MA时，如果人体触电且不能及时摆脱，就会对人体产生很大的伤害，甚至导致死忙。因此，现有的漏电保护器在漏电电流较小的情况下，不能对触电的人体机进行保护。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种漏电保护装置，可以更好地对触电的人体进行保护。
为解决上述问题，本发明采用的技术方案为：漏电保护装置，包括供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器；
所述检测电路用于对被测电路进行检测并输出检测信号；
所述信号放大电路与检测电路相连，用于将检测信号进行放大；
所述放大反馈回路与信号放大电路相连，所述放大反馈回路用于将放大的检测信号反馈至信号放大电路，同时将检测信号传输至整形滤波电路；
所述电压补偿电路通过电阻R2与放大反馈回路相连，用于向放大反馈回路输送0.2V补偿电压；
所述整形滤波电路与芯片相连，用于对检测信号进行整形滤波，并将检测信号输送至芯片；
所述数字电位器用于向芯片提供参考电压，参考电压为基础电压与叠加电压之和，叠加电压为0.2v；
所述芯片用于接收检测信号，并将检测信号对应的电压与参考电压进行比较，如果检测信号对应的电压小于参考电压，则处理漏电电流，并将叠加电压输入被测电路；如果检测信号对应的电压等于或大于参考电压，则控制继电器断开被测电路；
所述芯片、信号放大电路、放大反馈回路、电压补偿电路均与供电电路相连。
进一步地，所述检测电路为霍尔检测电路。
进一步地，所述芯片为SC92F7445B微控制芯片。
进一步地，所述芯片连接有蜂鸣器。
进一步地，所述芯片连接有热敏电阻R31。
进一步地，所述芯片连接有多个漏电指示灯。
进一步地，包括绝缘外壳，所述供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器均设置在绝缘外壳内部，所述绝缘外壳设置有绝缘的连接块，所述连接块的侧壁设置有进线孔，连接块的顶壁设置有垂直于进线孔的定位孔，所述定位孔的孔底设置有锁紧盲孔，所述锁紧盲孔的直径从上至下逐渐减小，所述定位孔内设置有与定位孔螺纹配合的绝缘定位柱，所述绝缘定位柱的下端固定设置有导电的连接柱，所述连接柱的下端面设置有定位槽，定位槽将连接柱的下部分隔为两个定位片，所述连接柱的外壁设置有导电环，所述导电环通过导线与供电电路、检测电路或继电器相连。
进一步地，所述进线孔的外端孔口设置有绝缘的保护套。
本发明的有益效果是：当发生漏电后，如果漏电电流小于设定的断电电流，但又可能对人体造成伤害，例如断电电流的设定值为30mA，检测到的漏电电流为15mA，达不到断电标准，人体接触到漏电电流后又会被伤害，此时，本发明通过芯片将漏电电流处理掉，被测电路中漏电电流消失，避免人体受到漏电电流的伤害，同时，将叠加电压输入被测电路，叠加电压为0.2V的低压，在被测电路中的电流为3mA左右，该电流经过人体后，不会对人体造成损伤，但人体能够感受到触电，从而对触电处的电器进行检修。当漏电电流达到设定的断电电流，则直接断开被测电路。
可见，本发明中，漏电电流小于断电电流时，无论漏电电流是多大，人体触电后的电流都是0.2V叠加电压提供的，存在一定的触电感，但触电感并不强烈，触电电流不会对人体造成伤害，从而有效保护人体安全。
附图说明
图1是本发明的电路框图；
图2是本发明供电电路图；
图3是本发明检测电路和信号放大电路的电路图；
图4是信号放大电路和放大反馈回路的电路图；
图5是放大反馈回路、整形滤波电路和电压补偿电路的电路图；
图6是芯片的电路图；
图7是数字电位的电路图；
图8是继电器的电路图；
图9是蜂鸣器的电路图；
图10是热敏电阻的电路图；
图11是本发明漏电保护装置的硬件俯视示意图；
图12是图11中A-A的剖视示意图；
图13是图11中B-B的剖视示意图；
图14是图13中C-C的剖视示意图；
附图标记：1—绝缘外壳；2—连接块；3—进线孔；4—定位孔；5—锁紧盲孔；6—绝缘定位柱；7—连接柱；8—定位槽；9—定位片；10—导电环；11—保护套。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明的漏电保护装置，如图1所示，包括供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器。
其中，供电电路用于向其他元件供电，具体的电路图如图2所示，包括电源模块、lm7805三端稳压器，电容、电源led灯、电阻等元件。本发明的漏电保护装置安装在电表和负载电路之间，负载电路即家庭用电电路，也是被测电路。供电电路的输入端Lin和Nin分别与电表端的火线和零线相连，输出端VCC5能够输出5V电压。芯片、信号放大电路、放大反馈回路、电压补偿电路均与供电电路相连。
检测电路用于对被测电路进行检测并输出检测信号。被测电路则为家庭用电电路，当被测电路没有漏电时，检测电路不输出检测信号，当被测电路出现漏电时，检测电路则输出相应的检测信号。具体地，本发明的检测电路采用霍尔检测电路，具体的电路图如图3所示，包括霍尔检测元件、电容、电阻等元件，霍尔检测元件的输入端Lin和Nin分别接负载端的火线和零线，输出端Lout和Nout接电表端的火线和零线。
信号放大电路与检测电路相连，用于将检测信号进行放大，通过将检测信号放大，可以提高信号强度，更容易被接受和分析，同时能够削弱噪声的影响，改善信噪比。具体的电路图如图3所示，包括AD620放大器、多个电阻和多个电容，电源输入端通过二极管D1接供电电路的输出端VCC5。
放大反馈回路与信号放大电路相连，放大反馈回路用于将放大的检测信号反馈至信号放大电路，同时将检测信号传输至整形滤波电路。放大反馈回路将信号放大电路输出的信号反馈至信号放大电路，提高信号放大系数。放大反馈回路与信号放大电路的连接如图4所示，放大反馈回路包括LM 358放大器、电阻、电容等元件。LM358放大器的电压输入端VDD接供电电路的输出端VCC5。
电压补偿电路通过电阻R2与放大反馈回路相连，用于向放大反馈回路输送0.2V补偿电压。。具体地，电压补偿电路、放大反馈回路和整形滤波电路的连接如图5所示，电压补偿电路包括LM358放大器、二极管、电阻等组成，LM358放大器的电压输入端VDD接供电电路的输出端VCC5。电压补偿电路通过电阻R2将给出0.2V的补偿电压。
整形滤波电路与芯片相连，用于对检测信号进行整形滤波，并将检测信号输送至芯片。电压补偿电路、放大反馈回路和整形滤波电路的连接如图5所示，整形滤波电路包括二极管以及电阻和电容组成的滤波器。
数字电位器用于向芯片提供参考电压，参考电压为基础电压与叠加电压之和，叠加电压为0.2v。数字电位器的电路图如图7所示，采用X9C103数字电位器。基础电压为设定的断电电压，即当漏电电流对应的电压值达到基础电压后，则断开整个被测电路，使得被测电路中的所有负载(电器)全部断电。叠加电压即额外叠加的电压。
芯片用于接收检测信号，并将检测信号对应的电压与参考电压进行比较，如果检测信号对应的电压小于参考电压，则处理漏电电流，并将叠加电压输入被测电路；如果检测信号对应的电压等于或大于参考电压，则控制继电器断开被测电路；
芯片的电路图如图6所示，采用SC92F7445B微控制芯片，整形滤波电路的Vout端口连接图6中的Vout端口，从而将检测信号输送至芯片。数字电位器的U/D3端口接SC92F7445B微控制芯片的引脚7，数字电位器的INC3端口接SC92F7445B微控制芯片的引脚8，数字电位器的CS3端口接SC92F7445B微控制芯片的引脚1，数字电位器的RW/VW端口接SC92F7445B微控制芯片的引脚5。
继电器的电路图如图8所示，输出端Lout和Nout接负载端的火线和零线，起到通断被测电路的作用。图8中，电阻R17接SC92F7445B微控制芯片的引脚15，电阻R20接SC92F7445B微控制芯片的引脚16。
通过检测信号可以得到漏电电压，将漏电电压与参考电压进行比较，如果漏电电压大于或等于参考电压，则表明漏电电压较大，此时立即控制继电器断开整个被测电路，被测电路的所有电器均断电，漏电情况消失，需要对电器进行检查并排除故障。当漏电电压小于参考电压时，则表明漏电电压并不高，达不到断电的标准，但是产生的漏电电流可能高达十几毫安或者二十多毫安，人体触电也会造成危害，因此，本发明利用芯片将漏电电流处理掉，具体可以将漏电电流导入接地线，防止人体触电后受到损伤，同时，又将0.2V的叠加电压输入被测电路，使得被测电路中存在3mA左右的漏电电流，人体触电后，3mA的电流通过人体，不会对人体造成损伤，同时又有触电感，使得用户及时发现漏电位置并进行处理。
电压补偿电路向检测信号补偿0.2V的电压后，使得传输至芯片的漏电电压信号为漏电电压加补偿电压，将检测到的漏电电压信号与参考电压进行比较时，补偿电压抵消了0.2V的叠加电压，保证比较结果的准确性。
芯片连接有蜂鸣器。蜂鸣器的电路图如9所示，其端口VCC5接供电电路的输出端VCC5，电阻R44接SC92F7445B微控制芯片的引脚19。当出现漏电时，蜂鸣器可以发出警报，提醒用户漏电。
芯片连接有热敏电阻。热敏电阻的电路图如10所示，其端口VCC5接供电电路的输出端VCC5，电阻R31和电容C25并联连接后与热敏电阻串联，且串联连接处接SC92F7445B微控制芯片的引脚17。热敏电阻可以检测漏电保护装置的温度，当温度达到70摄氏度时，芯片控制继电器断开被测电路。
芯片连接有多个漏电指示灯。当出现漏电时，漏电指示灯发光。具体地，如图6所示，包括漏电时亮的LED1、漏电小于5mA时亮的LED2、漏电大于10mA时亮的LED3以及漏电大于15mA时亮的LED4。通过指示灯，可以快速判断是否出现漏电以及漏电电流的范围。
传统的漏电保护器安装不方便，将火线和零线接入漏电保护器时比较费力，且接头处连接不稳定，连接容易失效。为了方便安装、检修，保证火线和零线接入后的稳定，本发明的漏电保护器如图11至图14所示，包括绝缘外壳1，供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器均设置在绝缘外壳1内部，绝缘外壳1设置有绝缘的连接块2，连接块2的侧壁设置有进线孔3，连接块2的顶壁设置有垂直于进线孔3的定位孔4，定位孔4的孔底设置有锁紧盲孔5，锁紧盲孔5的直径从上至下逐渐减小，定位孔4内设置有与定位孔4螺纹配合的绝缘定位柱6，绝缘定位柱6的下端固定设置有导电的连接柱7，连接柱7的下端面设置有定位槽8，定位槽8将连接柱7的下部分隔为两个定位片9，连接柱7的外壁设置有导电环10，导电环10通过导线与供电电路、检测电路或继电器相连。
连接块2和绝缘外壳1可以采用耐高温的塑料材质，可以一体成型。进线孔3用于接入电表端和负载端的火线和零线，因此，进线孔3至少设置4个，同样的，定位孔4等也设置4个。进线孔3的直径略大于火线和零线的外径。绝缘定位柱6用于对连接柱7进行定位，绝缘定位柱6可以采用耐高温的塑料材质，连接柱7采用圆形的铜柱等。定位槽8的宽度略大于火线和零线的外径，确保火线和零线能够穿过定位槽8。导电环10可以采用铜环，导电环10与连接柱7滑动配合，能够沿着连接柱7的轴向移动。锁紧盲孔5能够对两个定位片9进行锁紧，锁紧盲孔5的上端口直径略大于连接柱7下端的外径，锁紧盲孔5下端的直径小于连接柱7下端的外径。
本发明的安装方式为：旋转绝缘定位柱6，使得连接柱7下端到达定位孔4的孔底，连接柱7下端可以稍微伸入锁紧盲孔5，确保定位槽8对准进线孔3，然后将火线或者零线端部的绝缘皮去除，并将火线或者零线的端部穿过进线孔3并进入定位槽8，接着再次转动绝缘定位柱6，绝缘定位柱6带动连接柱7转动，连接柱7转动的过程中，火线或者零线会逐渐缠绕在连接柱7外壁，且由于绝缘定位柱6与定位孔4螺纹配合，绝缘定位柱6和连接柱7逐渐向下移动，连接柱7逐渐进入锁紧盲孔5，由于锁紧盲孔5的直径逐渐减小，锁紧盲孔5的孔壁逐渐对两个定位片9进行挤压，使得定位片9产生变形，两个定位片9之间的距离(即定位槽8的宽度)逐渐减小，使得两个定位片9逐渐压紧定位槽8中的火线或者零线端头。在绝缘定位柱6向下移动的过程中，推动导电环10向下移动，当定位片9夹紧火线或者零线端头时，绝缘定位柱6的下端面将导电环10压紧固定在连接柱7外壁的火线或者零线上，使得火线或者零线通过导电环10、导线与供电电路、检测电路或继电器相连。
本发明中，安装时，只需要三个操作步骤，即将连接柱7下端的定位槽8对准进线孔3、将火线或零线穿过进线孔3和定位槽8、转动绝缘定位柱6，操作十分方便，且通过定位片9的变形将火线或零线的端部夹紧，通过连接柱7的转动使得火线或零线缠绕在连接柱7外壁，保证了火线和零线与连接柱7的稳定、可靠的连接，连接处不易松动。
由于接线时需要去除火线和零线端部的绝缘皮，存在一定的漏电风险，因此，进线孔3的外端孔口设置有绝缘的保护套11。保护套11可以与连接块2一体成型，用于对火线和零线的连接处进行保护，防止漏电、进水。
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 (8)
1.漏电保护装置，其特征在于：包括供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器；
所述检测电路用于对被测电路进行检测并输出检测信号；
所述信号放大电路与检测电路相连，用于将检测信号进行放大；
所述放大反馈回路与信号放大电路相连，所述放大反馈回路用于将放大的检测信号反馈至信号放大电路，同时将检测信号传输至整形滤波电路；
所述电压补偿电路通过电阻R2与放大反馈回路相连，用于向放大反馈回路输送0.2V补偿电压；
所述整形滤波电路与芯片相连，用于对检测信号进行整形滤波，并将检测信号输送至芯片；
所述数字电位器用于向芯片提供参考电压，参考电压为基础电压与叠加电压之和，叠加电压为0.2v；
所述芯片用于接收检测信号，并将检测信号对应的电压与参考电压进行比较，如果检测信号对应的电压小于参考电压，则处理漏电电流，并将叠加电压输入被测电路；如果检测信号对应的电压等于或大于参考电压，则控制继电器断开被测电路；
所述芯片、信号放大电路、放大反馈回路、电压补偿电路均与供电电路相连。
2.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：所述检测电路为霍尔检测电路。
3.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：所述芯片为SC92F7445B微控制芯片。
4.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：所述芯片连接有蜂鸣器。
5.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：所述芯片连接有热敏电阻R31。
6.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：所述芯片连接有多个漏电指示灯。
7.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于：包括绝缘外壳(1)，所述供电电路、检测电路、信号放大电路、放大反馈回路、整形滤波电路、电压补偿电路、芯片、数字电位器和继电器均设置在绝缘外壳(1)内部，所述绝缘外壳(1)设置有绝缘的连接块(2)，所述连接块(2)的侧壁设置有进线孔(3)，连接块(2)的顶壁设置有垂直于进线孔(3)的定位孔(4)，所述定位孔(4)的孔底设置有锁紧盲孔(5)，所述锁紧盲孔(5)的直径从上至下逐渐减小，所述定位孔(4)内设置有与定位孔(4)螺纹配合的绝缘定位柱(6)，所述绝缘定位柱(6)的下端固定设置有导电的连接柱(7)，所述连接柱(7)的下端面设置有定位槽(8)，定位槽(8)将连接柱(7)的下部分隔为两个定位片(9)，所述连接柱(7)的外壁设置有导电环(10)，所述导电环(10)通过导线与供电电路、检测电路或继电器相连。
8.如权利要求7所述的漏电保护装置，其特征在于：所述进线孔(3)的外端孔口设置有绝缘的保护套(11)。
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