CN207299557U - 基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器 - Google Patents

Abstract

本专利申请涉及一种基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，包括热水器本体和安全防护电路，所述安全防护电路包括故障检测模块、放大电流模块、控制单元模块。故障检测模块用于检测所述热水器本体内零线连接端的电压值，热水器本体内有电热丝，所述控制单元模块设有继电器控制热水器的工作状态。当零火线接反时或热水器本体漏电时，通过故障检测模块检测信号输出给放大电流模块，电流放大模块传递信号给控制单元，控制单元模块内显示屏故障报警，继电器控制开关断开控制电热丝停止加热。本实用新型热水器故障检测电路能处理不同类型的故障，尤其是不需要连接地线能识别零火线反接报警，给一些在不具有接地线或接地不良的场所提供了方便。

Description

基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器

技术领域

本实用新型涉及有热发生装置的电加热器的技术领域，特别是一种热水器故障检测电路。

背景技术

电热水器广泛应用家用电器中，给人们带来许多的方便，但在使用过程中，由于电热水器电线老化、电器使用不规范等原因，将导致设备漏电现象发生，电器设备漏电会引发触电，严重时会造成人身伤害。现有技术中有在接地线的情况下判断零火线反接的电路和漏电检测的电热水器装置，所以现有技术中零火线反接的检测电路必须连接地线，但是在许多地区，接地线连接造价太高，用户自行接地线又太危险，所以并没有地线，或者有些场所年久失修接地不良；以往的零序互感器即漏电线圈是电流型检测电路，检测漏电时还需要人体与电热水器设备接触，与大地形成回路，从而检测漏电电路，这或多或少对人体会有伤害。为了克服上述缺陷，发明人在保留原有的零序互感器即漏电线圈电流检测漏电的基础上增加了电压检测漏电装置，对设有多功能智能安全防护的热水器进行了技术开发，尤其是对具有不接地线的零火线反接检测及漏电检测电路的安全防护热水器进行了研制。

实用新型内容

本实用新型意在提供基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，不仅能实现现有技术的电流型零序互感器即漏电线圈检测功能，还避免了电流可以经过人体造成的触电的事故发生，提前判断漏电故障确保安全从而及时确保用户用电安全。

基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，包括热水器本体和安全防护电路，其特征在于：所述安全防护电路包括故障检测模块，用于检测所述热水器本体内零线连接端的电压值；放大电流模块，用于放大故障检测模块输出的电流；控制单元模块，用于控制所述热水器本体内设有的电热丝的工作状态；漏电线圈模块，用于检测安全防护电路漏电；所述故障检测模块的输出端与放大电流模块的输入端相连接，所述放大电流模块输出端与控制单元相连接，所述漏电线圈模块输出端与控制单元输入端相连，所述漏电线圈模块输出端与控制单元模块相连接；所述热水器本体外部连接有水龙头，所述控制单元设有单片机，所述单片机连接有继电器，所述继电器连接热水器本体内的电热丝。

上述方案的原理在于：当热水器用电开始工作时，当零火线反接时零线错接为火线，此时的零线（实际是火线）对地电压产生电压差，电流经电阻R6、光电耦合器U2至热水器本体，地线不接时或地线接触不良的情况下，微小电流通过热水器里的水回路流至大地，经光电耦合器U2通过放大电流模块输出给控制单元模块，控制单元控制显示屏故障报警，同时继电器控制零线（实际是火线）上的开关断开，控制热水器本体内电热丝停止加热。当热水器零火线没有反接时，零线对地电压没有产生电压差，热水器正常工作。

上述方案的优点在于：该零火线反接的故障报警不需要连接地线，给一些不具备地线的地区提供了方便。

方案二：所述放大电流模块包括电阻R24、电阻R11，电容C3，三极管Q2、电阻R22、电容C4、电容C7；所述电阻R24与所述电容C7并联且一端连接至-5V电源接口，所述电阻R11一端连接至光电耦合器U2的一脚，所述电阻R11的另一端连接至三极管Q2的基级，所述电容C3一端连接至-5V电源接口,另一端连接在电阻R11和三极管Q2之间，所述三极管Q2的发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q2的集电级连接电阻R22至+5V电源接口,所述电容C4的一侧连接在三极管Q2的集电级与单片机之间，所述电容C4的另一侧连接至-5V电源接口。其优点在于：放大电流模块中电阻R11是三极管Q2的限流电阻，电阻R22是上拉电阻，电阻R24是分压电阻，电流流经电阻R24，产生电压，电容C7、电容C3、电阻R11组成RC滤波滤除杂波，电容C4是输出滤波电容，把放大后的信号传到控制单元模块。电流通过电阻R11转化成放大电压，三极管Q2通过电流放大作用将微小电流放大，从而实现放大电流模块。

方案三：所述故障检测模块包括电阻R6、二极管D2以及热水器本体，光电耦合器U2，二极管D2的正极连接电阻R6，二极管D2的负极连接至热水器本体表面；所述光电耦合器U2与所述二极管D2并联，所述光电耦合器U2一端连接二极管D2，所述光电耦合器U2另一端连接电流放大模块。其优点在于：故障检测模块中的电阻R6是限流电阻起到保护电路作用。光电耦合器U2确保高压端与低压端隔离，同时确保电路彼此间的电绝缘,起着安全保障作用。

方案四：所述漏电线圈模块包括零序互感器、电阻R25、电容C6，所述零序互感器连接电容C6至-5V电源接口，连接电阻R25至-5V电源接口。其优点在于：零序互感器在漏电时检测到信号传递给控制单元内的单片机，单片机控制继电器断开火线的开关，显示屏连接声光报警器，热水器本体内电热丝停止加热。零序互感器脱落或者失效时，可通过单片机检测到零序互感器脱落，确保漏电检测部件可靠以及正常工作。

方案五：所述控制单元模块包括单片机、电阻R9、三极管Q1、继电器和显示屏，所述单片机连接电阻R9至三极管Q1的基级，所述三极管Q1发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q1集电级连接有继电器，继电器控制火线上的开关S，所述单片机信号输出给所述显示屏显示故障报警信息。其优点在于：单片机将接受到的信号转化为输出信号控制继电器的工作状态，电阻R9限流电阻，三极管Q1将单片机反应的信号传递给继电器，从而控制继电器的工作状态，继电器控制开关S断开或闭合，控制热水器本体内电热丝的工作情况。

方案六：所述故障检测模块设有连接于热水器本体表面的电荷检测端。其优点和原理在于：所述故障检测模块设有连接于热水器本体表面的电荷检测端，所述电热水器本体表面因为其他设备漏电等原因带电荷，电荷经过电阻R6、光电耦合器U2至零线形成回路，光电耦合器U2输出信号给单片机，经过所述故障检测模块识别信号通过放大电流模块输出给控制单元，控制单元控制显示屏显示故障报警，所述继电器断开，确保在漏电时继电器断开的是火线，控制电热水器本体内电热丝停止加热。不需要接地线能识别电热水器本体因其他原因带电荷的漏电故障，解决了许多地区没有地线或接地线造价太高，自行接地线太危险的问题，其次微小电流通过水回路至大地，避免了人体与电热水器本体接触检测电路的情况，降低了对人体的伤害。

方案七：所述火线的电压为110V、120V、220V、230V、240V和380V中的任何一种。其优点在于：不同国家不同区域的电压也有所不同。

方案八：所述显示屏连接有声光报警器。声光报警可以让使用者能更快速地接收到报警信号。

方案九：所述漏电线圈模块设有用于检测漏电线圈脱落或失效的传感模块，所述传感模块与单片机相连。其优点在于：当漏电线圈脱落或失效时，不具有对安全电路的漏电检测功能，会存在即使漏电也检测不到的安全隐患，所以当漏电线圈脱落或失效时，检测到信号输出给控制单元模块中的单片机，单片机控制显示屏光电故障报警，同时与热水器本体相连的继电器断开，控制热水器本体内的电热丝停止加热。

本方案产生的积极效果：

1．不接地线的零火线反接的识别报警功能，避免因零线火线接反时继电器断开的不是火线而引起的事故，给一些在不具有地线的地区，或自行接地线价格太高的地区，提供了方便。

2.电热水器地线带电时故障检测电路可以检测到，控制单元中显示屏提供声光报警提示用户，避免用户使用以防意外。

3.电热水器漏电时不需要连接地线就可以识别报警，给一些在不具有地线的地区，接地线不良或自行接地线价格太高的地区，提供了方便。

4.电压型检测漏电电热水器漏电时不需要人体接触电热水器本体来检测漏电，可以避免人体检测时受到的伤害。

5.零序互感器即漏电线圈脱落时，能传递信号给控制单元模块，本方案运用程序检测可以检测到漏电线圈脱落，确保漏电检测部件可靠及正常工作。

6．因为零火线接错时热水器一直报警不能开机工作，所以控制单元检测到故障时，控制单元内的继电器断开确保的是带电的火线。

附图说明

图1为本实用新型基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器实施例的示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

说明书附图中的附图标记包括：热水器本体1、水龙头2、电热丝3、单片机4、零序互感器5、显示屏6、电阻R24、电阻R11、电容C3、三极管Q2、电阻R22、电容C4、电容C7、电阻R6、二极管D2、光电耦合器U2、继电器K、电阻R9、开关S、零线N、火线L。

实施例基本如附图1所示：基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，包括热水器本体1和安全防护电路，所述安全防护电路包括故障检测模块，用于检测所述热水器本体1内零线N连接端的电压值；放大电流模块，用于放大故障检测模块输出的电流；控制单元模块，用于控制所述热水器本体1内设有的电热丝3的工作状态；漏电线圈模块，用于检测安全防护电路漏电；所述故障检测模块的输出端与放大电流模块的输入端相连接，所述放大电流模块输出端与控制单元相连接，所述漏电线圈模块输出端与控制单元输入端相连，所述漏电线圈模块输出端与控制单元模块相连接；所述热水器本体1外部连接有水龙头2，所述控制单元设有单片机4，所述单片机4连接有继电器K，所述继电器K连接热水器本体1内的电热丝3。

具体地来讲，所述放大电流模块包括电阻R24、电阻R11，电容C3，三极管Q2、电阻R22、电容C4、电容C7；所述电阻R24与所述电容C7并联且一端连接至-5V电源接口，所述电阻R11一端连接至光电耦合器U2的一脚，所述电阻R11的另一端连接至三极管Q2的基级，所述电容C3一端连接至-5V电源接口,另一端连接在电阻R11和三极管Q2之间，所述三极管Q2的发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q2的集电级连接电阻R22至+5V电源接口,所述电容C4的一侧连接在三极管Q2的集电级与单片机4之间，所述电容C4的另一侧连接至-5V电源接口。

所述故障检测模块包括电阻R6、二极管D2以及热水器本体1，光电耦合器U2，二极管D2的正极连接电阻R6，二极管D2的负极连接至热水器本体1表面；所述光电耦合器U2与所述二极管D2并联，所述光电耦合器U2一端连接二极管D2，所述光电耦合器U2另一端连接电流放大模块。

所述漏电线圈模块包括零序互感器5、电阻R25、电容C6，所述零序互感器5连接电容C6至-5V电源接口 ，连接电阻R25至-5V电源接口 。

所述控制单元模块包括单片机4、电阻R9、三极管Q1、继电器和显示屏6，所述单片机4连接电阻R9至三极管Q1的基级，所述三极管Q1发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q1集电级连接有继电器K，继电器K控制火线上的开关S，所述单片机4信号输出给所述显示屏6显示故障报警信息。

所述故障检测模块设有连接于热水器本体表面的电荷检测端。所述火线的电压为110V、120V、220V、230V、240V和380V中的任何一种。所述显示屏连接有声光报警器。所述漏电线圈模块设有用于检测漏电线圈脱落或失效的传感模块，所述传感模块与单片机相连。

本实施例的具体工作原理如下：

当故障检测模块检测到零线N电压为0V即零线N和火线L正常连接，零线N与大地压差为0V，无电流通过二极管D2，光电耦合器U2另一侧的电压无变化一直为+5V高电平，三极管Q2处于截止状态，三极管Q1处于导通状态继电器闭合，热水器能正常工作。

用中国的家用电压220V来做说明，当故障检测模块检测到零线N电压为220V即零线N和火线L相互接反时，电流经过光电耦合器U2的一侧，使光电耦合器U2的另一侧导通，产生信号输出给电流放大模块，电流放大模块通过三极管Q2使三极管Q2处于导通状态，输出信号给控制单元模块，控制单元模块中单片机4控制显示屏6光电故障报警，三极管Q1处于截止状态，同时与热水器本体1相连的继电器K控制零线N（实际是火线L）上开关S断开，控制热水器本体1内的电热丝3停止加热，从而实现零线N和火线L反接故障检测报警。

当故障检测模块检测到热水器本体1带电荷量即热水器本体1因其他家电漏电等原因带上电荷时，电流经过光电耦合器U2的一侧，使光电耦合器U2导通，产生信号输出给放大电流模块，放大电流模块通过三极管Q2使三极管Q2处于导通状态，输出信号给控制单元模块，控制单元模块中单片机4控制显示屏6光电故障报警，三极管Q1处于截止状态，同时与热水器本体1相连的继电器K控制火线L上开关S断开，热水器本体1内的电热丝3停止加热，从而控制热水器本体1的工作状态。电荷通过热水器本体里的水回路，水回路通过热水器本体外部的水龙头2排出至大地，避免需要用人体触碰热水器本体1检测漏电情况。

电流型检测漏电即传统型零序互感器，又名漏电线圈，当零序互感器5漏电时，漏电线圈模块检测到漏电信号，输出信号给控制单元模块，控制单元模块中单片机4控制显示屏6光电故障报警，同时与热水器本体1相连的继电器K控制火线L上开关S断开，控制热水器本体1内的电热丝3停止加热，从而控制热水器本体1的工作状态。

当零序互感器5脱落或者失效时，不再具有对安全电路的漏电检测功能，这样会出现即使漏电也检测不到的安全隐患，所以当零序互感器5脱落或失效时，检测到信号输出给控制单元模块中的单片机4，单片机4控制显示屏6光电故障报警，同时与热水器本体1相连的继电器K控制火线L上开关S断开，控制热水器本体1内的电热丝3停止加热。

以上所述的仅是本实用新型的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本实用新型的保护范围，这些都不会影响本实用新型实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (9)

1.基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，包括热水器本体和安全防护电路，其特征在于：所述安全防护电路包括故障检测模块，用于检测所述热水器本体内零线连接端的电压值；放大电流模块，用于放大故障检测模块输出的电流；控制单元模块，用于控制所述热水器本体内设有的电热丝的工作状态；漏电线圈模块，用于检测安全防护电路漏电；所述故障检测模块的输出端与放大电流模块的输入端相连接，所述放大电流模块输出端与控制单元相连接，所述漏电线圈模块输出端与控制单元输入端相连，所述漏电线圈模块输出端与控制单元模块相连接；所述热水器本体外部连接有水龙头，所述控制单元设有单片机，所述单片机连接有继电器，所述继电器连接热水器本体内的电热丝。

2.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述放大电流模块包括电阻R24、电阻R11，电容C3，三极管Q2、电阻R22、电容C4、电容C7；所述电阻R24与所述电容C7并联且一端连接至-5V电源接口，所述电阻R11一端连接至光电耦合器U2的一脚，所述电阻R11的另一端连接至三极管Q2的基级，所述电容C3一端连接至-5V电源接口,另一端连接在电阻R11和三极管Q2之间，所述三极管Q2的发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q2的集电级连接电阻R22至+5V电源接口,所述电容C4的一侧连接在三极管Q2的集电级与单片机之间，所述电容C4的另一侧连接至-5V电源接口。

3.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述故障检测模块包括电阻R6、二极管D2以及热水器本体，光电耦合器U2，二极管D2的正极连接电阻R6，二极管D2的负极连接至热水器本体表面；所述光电耦合器U2与所述二极管D2并联，所述光电耦合器U2一端连接二极管D2，所述光电耦合器U2另一端连接电流放大模块。

4.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述漏电线圈模块包括零序互感器、电阻R25、电容C6，所述零序互感器连接电容C6至-5V电源接口，连接电阻R25至-5V电源接口。

5.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述控制单元模块包括单片机、电阻R9、三极管Q1、继电器和显示屏，所述单片机连接电阻R9至三极管Q1的基级，所述三极管Q1发射级连接至-5V电源接口，所述三极管Q1集电级连接有继电器，继电器控制火线上的开关S，所述单片机信号输出给所述显示屏显示故障报警信息。

6.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述故障检测模块设有连接于热水器本体表面的电荷检测端。

7.根据权利要求5所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述火线的电压为110V、120V、220V、230V、240V和380V中的任何一种。

8.根据权利要求5所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述显示屏连接有声光报警器。

9.根据权利要求1所述的基于无地线检测原理的多功能智能安全防护热水器，其特征在于：所述漏电线圈模块设有用于检测漏电线圈脱落或失效的传感模块，所述传感模块与单片机相连。