CN220692814U - 接地保护电路、控制器和用电设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种接地保护电路、控制器和用电设备，其中接地保护电路通过设置串联于交流火线和地线之间的降压电路、开关电路，以及检测降压电路是否有输出有效电压的接地信号检测电路，MCU通过极短时间内控制开关电路的开关导通，以此实现接地有效时，降压电路是输出有效低电压被接地信号检测电路检测到并输出到MCU，从而被MCU识别，而如果地线没有有效接地，则降压电路无法输出有效电压，并被接地信号检测电路检测到，从而使得MCU无法识别到有效接地。通过此安全有效的方式实现了电器每次上电开机时都能有效的接地检测状态，并在识别为非有效接地时，MCU可以反馈给用户并控制对应的电路停止工作，从而实现了用电设备的工作安全性。

Description

接地保护电路、控制器和用电设备

技术领域

本实用新型涉及一种接地保护电路、控制器和用电设备，属于接地保护控制电路领域。

背景技术

一些大功率的用电设备如热水器、水泵、热泵或者大功率落地式空调设备等，工作耗电流高，有的机型机壳部分为钣金件外露，为了安全工作，都需要将外壳安全接地，这些大功率的空调设备在安装过程中室外机和室内机部分一般需要单独接线，安装人员在接线过程中容易导致地线漏接或者接错，从而引发安全问题。

发明内容

本实用新型需要解决的技术问题针对现有的电器控制器，由于整机漏接或者错接地线导致安全问题。

本实用新型提出一种接地保护电路，其特征在于，接地保护电路包括降压电路、接地信号检测电路、MCU和开关电路；其中降压电路的两个输入端分别串联于输入的交流火线和地线之间的回路，接地信号检测电路并联于降压电路的两个输出端，开关电路的开关输出的两端串联于交流火线和地线之间的回路，接地信号检测电路的输出端和开关电路的控制端分别连接MCU。

可选地，降压电路包括第一电容、第二电阻，第一二极管、第二二极管、第一稳压二极管和第一电解电容；其中第一电容的一端为接地保护电路的一输入端，第一电容的另一端连接第二电阻的一端，第二电阻的另一端共接于第一二极管的阳极和第二二极管的阴极，第二二极管的阳极、第一稳压二极管的阳极和第一电解电容的负极共接于降压电路的输出端负极，第一二极管的阴极、第一稳压二极管的阴极和第一电解电容的正极共接于接地保护电路的另一输入端和降压电路的输出端正极。

可选地，接地信号检测电路包括第四电阻、第一光耦、第六电阻和第七电阻；其中第一光耦的阳极为接地信号检测电路的正极输入端，第一光耦的阴极连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端为接地信号检测电路的负极输入端，第一光耦的集电极连接第一直流电源正极，第一光耦的发射极共接于第六电阻的一端和第七电阻的一端，第六电阻的另一端接地，第七电阻的另一端为接地信号检测电路的输出端。

可选地，接地信号检测电路包括第一隔离变压器、第五二极管和第二电解电容；其中第一隔离变压器的初级输入端为接地信号检测电路的输入端，第一隔离变压器的第一次级连接第五二极管的阳极，第一隔离变压器的第二次级共接于第二电解电容的负极和地，第五二极管的阴极共接于第二电解电容的阳极和接地信号检测电路的输出端。

可选地，开关电路包括第一继电器和继电器驱动电路，其中第一继电器的线圈的一端连接第二直流电源正极，第一继电器的线圈的另一端连接继电器驱动电路的输出端，继电器驱动电路的控制端为开关电路的控制端。

可选地，开关电路还包括倍压控制电路，其中倍压控制电路的两个输出端分别连接第一继电器的线圈的两端，倍压控制电路的控制端连接继电器驱动电路的输出端。

可选地，继电器驱动电路包括第二NPN三极管和第十二电阻；其中第二NPN三极管的集电极为继电器驱动电路的输出端，第二NPN三极管的发射极接地，第二NPN三极管的基极连接第十二电阻的一端，第十二电阻的另一端为继电器驱动电路的控制端。

可选地，倍压控制电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四二极管、第一PNP三极管和第二电解电容；其中

第四二极管的阴极、第二电解电容的正极和第十一电阻的一端共接于倍压控制电路的一输出端，第十一电阻的另一端、第九电阻的一端共接于倍压控制电路的另一输出端和控制端，第四二极管的阳极、第一PNP三极管的发射极和第八电阻的一端共接于第二直流电源正极，第一PNP三极管的基极、第八电阻的另一端、第十电阻的一端和第九电阻的另一端共接于第二电解电容的负极，第十电阻的另一端接地。

可选地，接地信号检测电路还包括第三发光二极管，第三发光二极管的阳极连接第二电阻的一端，第三发光二极管的阴极连接第一电容的另一端。

本实用新型还提出一种控制器，该控制器设置有上述的接地保护电路。

本实用新型还提出一种用电设备，该用电设备包含上述的控制器。

采用本实用新型的接地保护电路，通过设置串联于交流火线和地线之间的降压电路、开关电路，以及检测降压电路是否有输出有效电压的接地信号检测电路，MCU通过极短时间内控制开关电路的开关导通，以此实现接地有效时，降压电路是输出有效低电压被接地信号检测电路检测到并输出到MCU，从而被MCU识别，而如果地线没有有效接地，则降压电路无法输出有效电压，并被接地信号检测电路检测到，从而使得MCU无法识别系统有正确有效的接地线。通过如此安全有效的方式实现了是否有效的电器接地状态检测，并在识别为非有效接地时，MCU可以及时反馈给用户整改并控制对应的电路停止工作，从而实现了用电设备的工作安全性。

附图说明

图1为本实用新型实施例的接地保护电路的一实施例的电路原理图；

图2为本实用新型接地保护电路的第二实施例的电路原理图；

图3为本实用新型接地保护电路的第三实施例的电路原理图；

图4为本实用新型接地保护电路的第四实施例的电路原理图。

具体实施方式

需要说明的是，在结构或功能不冲突的情况下，本实用新型中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面根据实例来详细说明本实用新型。

本实用新型提出一种接地保护电路，如图1所示，该接地保护电路包括降压电路30、接地信号检测电路20、MCU10和开关电路40；其中降压电路30的两个输入端分别串联于输入的交流火线ACL和地线PE之间的回路，接地信号检测电路20并联于降压电路30的两个输出端，开关电路40的开关输出的两端串联于交流火线和地线之间的回路，接地信号检测电路20的输出端和开关电路40的控制端分别连接MCU10。

上述接地保护电路工作时，降压电路30和开关电路40的开关两端串联于交流火线ACL和地线PE之间的回路中，MCU10通过短时间内如100ms左右的时间内控制开关电路40的开关吸合，使得交流火线和地线之间短时间内形成回路，以此使得降压电路30输出低电压，被接地信号检测电路20检测到，从而输出有效的接地信号到MCU10，被MCU10识别以此确定为地线端子有效接地，如果地线端子没有有效接地，则火线和地线之间无法形成回路，从而MCU10检测不到有效的接地信号。由于MCU10只是极短的时间内控制开关导通，一般是在接地保护电路应用的用电设备上电时刻控制开关动作，因此不会对用电设备的工作造成影响，也不会引起设备的漏电导致交流线路的漏电开关保护动作。

本发明的接地保护电路通过设置串联于交流火线和地线之间的降压电路30、开关电路40，以及检测降压电路30是否有输出有效电压的接地信号检测电路20，MCU10通过极短时间内控制开关电路40的开关导通，以此实现接地有效时，降压电路30是输出有效低电压被接地信号检测电路20检测到并输出到MCU10，从而被MCU10识别，而如果地线没有有效接地，则降压电路30无法输出有效电压，并被接地信号检测电路20检测到，从而使得MCU10无法识别系统有正确有效的接地线。通过如此安全有效的方式实现了是否有效的电器接地状态检测，并在识别为非有效接地时，MCU10可以及时反馈给用户整改并控制对应的电路停止工作，从而实现了用电设备的工作安全性。

具体地，作为接地保护电路的一个具体电路，如图1所示，降压电路30包括第一电容C1、第二电阻R1，第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压二极管DZ1和第一电解电容E1；其中第一电容C1的一端为接地保护电路的一输入端，第一电容C1的另一端连接第二电阻R1的一端，第二电阻R1的另一端共接于第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极，第二二极管D2的阳极、第一稳压二极管DZ1的阳极和第一电解电容E1的负极共接于降压电路30的输出端负极，第一二极管D1的阴极、第一稳压二极管DZ1的阴极和第一电解电容E1的正极共接于接地保护电路的另一输入端和降压电路30的输出端正极。

进一步地，如图1所示，接地信号检测电路20包括第四电阻R4、第一光耦U1、第六电阻R6和第七电阻R7；其中第一光耦U1的阳极为接地信号检测电路20的正极输入端，第一光耦U1的阴极连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端为接地信号检测电路20的负极输入端，第一光耦U1的集电极连接第一直流电源正极如+5V，第一光耦U1的发射极共接于第六电阻R6的一端和第七电阻R7的一端，第六电阻R6的另一端接地，第七电阻R7的另一端为接地信号检测电路20的输出端。

上述降压电路30和接地信号检测电路20的工作原理如下：第一电容C1、第二电阻R1、第一二极管D1、第二二极管D2组成半波整流降压电路30，其中第一电容C1和第二电阻R1为降压的关键元件，形成RC降压方式。具体第一电容C1容量和第二电阻R1的阻值根据降压值确定，如可以采用224pF的电容和47Ω的电阻，还可以在第一电容C1上并联大阻值的第一电阻R1以起到断电时快速泄放电容上的电量的作用，其阻值一般设置为几百K至1M欧姆左右。第一二极管D1和第二二极管D2实现降压后的半波整流，而第一稳压二极管DZ1实现对降压和整流后的输出电压的稳压，第一电解电容E1实现对输出电压的平滑滤波，以此在第一电解电容E1两端形成稳定的低压直流电如5V。从第一电解电容E1两端形成的低压直流电经第四电阻R4的降压为第一光耦U1的发光二极管两端提供工作电压，第一光耦U1的输出的电压发射极经第七电阻R7限流后输入到MCU10的一I/O管脚如图1中的P6。第六电阻R6起到第一光耦U1的输出部分未导通时强制拉低接地作用。当地线PE有效接地时，MCU10控制开关电路40的开关短时导通后，输入的火线和地线之间形成通路，使得输入电压经第一电容C1和第二电阻R1降压，并经第一二极管和第二二极管半波整流后在第一电解电容E1两端形成低电压，此低电压使得第一光耦U1的发光二极管点亮，从而使得第一光耦U1的输出端的PN结导通，从而输出高电平到MCU10，MCU10检测到该高电平，则识别为电器或者用电设备有效的接地线，如果检测不到该高电平，则MCU可以用电设备的控制器输出对应的提示如显示或者声音报警等方式反馈给用户，从而方便用户及时整改。

进一步地，降压电路30还可以包括第三电阻R3，第三电阻R3的两端并联于第一电容C1的两端，和第一稳压二极管DZ1一起起到稳压作用。

进一步地，接地信号检测电路20还可以包括第五电阻R5，第五电阻R5并联于第一光耦U1的阳极和阴极两端，起到对第一光耦U1内的发光二极管的限压作用。

在本实用新型的一些实施例中，作为接地信号检测电路20的另外一种可实现方式，如图４所示，该电路可包括第一隔离变压器T1、第五二极管D5和第二电解电容E2；其中第一隔离变压器T1的初级输入端为接地信号检测电路20的输入端，第一隔离变压器T1的第一次级连接第五二极管D5的阳极，第一隔离变压器T1的第二次级共接于第二电解电容E2的负极和地，第五二极管D5的阴极共接于第二电解电容E2的阳极和接地信号检测电路20的输出端。

不同于上述实施例中的图1至图3中的基于光耦的检测电路方式，该电路是基于隔离变压器的方式进行检测，其中第一隔离变压器T1的初级两端连接降压电路输出的交流低压电的两端，第五二极管用于对第一隔离变压器T1的次级输出的电压进行整流，实现输出直流电，第二电解电容E2用于对该直流电进行滤波。因为第一隔离变压器T1的次级用到第五二极管进行半波整流，因此第一隔离变压器T1的初级输入为交流电，此时对应的降压电路还可以进一步简化，具体如图４所示，此时降压电路去掉半波整流滤波部分电路，即去掉第一二极管D1、第二二极管D2、第一稳压二极管DZ1、第一电解电容E1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，仅保留用于RC降压的第一电容C1和第一电阻R1。此时降压电路输入端的交流火线和地线之间的交流电经第一电容C1和第一电阻R1组成RC降压后输出低压交流电到接地信号检测电路20的第一隔离变压器T1的初级两端，第一隔离变压器T1的次级两端输出对应的交流电并经第五二极管D5半波整流和第二电解电容E2滤波输出有效的接地检测信号到MCU。

在本实用新型的一些实施例中，如图1所示，开关电路40包括第一继电器K1和继电器驱动电路41，其中第一继电器K1的线圈的一端连接第二直流电源正极如图1中的+12V，第一继电器K1的线圈的另一端连接继电器驱动电路41的输出端，继电器驱动电路41的控制端为开关电路40的控制端。其中继电器驱动电路41可采用现有常用驱动电路如基于三极管的驱动电路。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，如图2所示，开关电路40还包括倍压控制电路42，其中倍压控制电路42的两个输出端分别连接第一继电器K1的线圈的两端，倍压控制电路42的控制端连接继电器驱动电路41的输出端。倍压控制电路42起到将加载在第一继电器K1控制端的电压提升一倍的作用，实现第一继电器K1能快速吸合如在10ms内，因为该接地保护电路需要在极短时间内控制第一继电器K1导通后再断开，以此不对设备的正常工作产生干扰，也提升该电路工作的安全性。

具体地，如图3所示，作为继电器驱动电路41和倍压控制电路42的一具体可实现电路，继电器驱动电路41包括第二NPN三极管Q2和第十二电阻R12；其中第二NPN三极管Q2的集电极为继电器驱动电路41的输出端，第二NPN三极管Q2的发射极接地，第二NPN三极管Q2的基极连接第十二电阻R12的一端，第十二电阻R12的另一端为继电器驱动电路41的控制端。

倍压控制电路42包括第八电阻R8、第九电阻R9、第十电阻10、第十一电阻R11、第四二极管D4、第一PNP三极管Q1和第二电解电容E2；其中第四二极管D4的阴极、第二电解电容E2的正极和第十一电阻R11的一端共接于倍压控制电路42的一输出端，第十一电阻R11的另一端、第九电阻R9的一端共接于倍压控制电路42的另一输出端和控制端，第四二极管D4的阳极、第一PNP三极管Q1的发射极和第八电阻R8的一端共接于第二直流电源正极，第一PNP三极管Q1的基极、第八电阻R8的另一端、第十电阻R10的一端和第九电阻R9的另一端共接于第二电解电容E2的负极，第十电阻R10的另一端接地。

上述继电器驱动电路41和倍压控制电路42的工作原理如下：在第一继电器K1未导通时，MCU10的P4端口输出低电平，第二NPN三极管Q2截止，使得第一PNP三极管Q1也截止，第二直流电源正极如图3中的+12V电压正极经第四二极管D4对第二电解电容E2充电，使得第二电解电容E2两端充电到12V，当MCU10的P4端口输出高电平时，第二NPN三极管Q2导通，使得第一PNP三极管Q1也导通，此时，12V电压的正极瞬间加载在第二电解电容E2的负极，从而使得第二电解电容E2的正极端电压加倍到24V，此24V的电压加载在第一继电器K1的控制端的两端，使得第一继电器K1快速的吸合。如此保证了接地保护电路能在极短时间内完成接地的检测。

进一步地，在本实用新型的一些实施例中，如图1至图3所示，接地信号检测电路20还包括第三发光二极管D3，第三发光二极管D3的阳极连接第二电阻R1的一端，第三发光二极管D3的阴极连接第一电容C1的另一端。该第三发光二极管D3串联在火线ACL和地线PE形成的回路中，当火线ACL和地线PE之间导通形成回来时，第三发光二极管D3会点亮，也即接地保护电路在短时间工作过程中，第三发光二极管D3会对应闪亮，以此同时给出接地良好的指示信息，方便相关工作人员目测的方式进行是否接地良好的判断。

本发明还提出一种控制器，该控制器设置有上述实施例提到的接地保护电路，通过设置该接地保护电路，使得控制器具备极短时间内检测是否接地良好的功能。

本发明还提出一种用电设备，该用电设备包含上述实施例提到的控制器，其中用电设备可以是空调器、热泵类设备如热泵热水器、热泵供暖设备、热泵空调等等，也可以是变频运行的水泵设备等。通过采用该控制器，使得这些用电设备可以在极短时间内检测是否接地良好，提醒用户整改并限制设备运行保证了其工作的安全可靠。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本实用新型的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (10)

1.一种接地保护电路，其特征在于，所述接地保护电路包括降压电路、接地信号检测电路、MCU和开关电路；其中

所述降压电路的两个输入端分别串联于输入的交流火线和地线之间的回路，所述接地信号检测电路并联于所述降压电路的两个输出端，所述开关电路的开关输出的两端串联于所述交流火线和所述地线之间的回路，所述接地信号检测电路的输出端和所述开关电路的控制端分别连接所述MCU。

2.根据权利要求1所述的接地保护电路，其特征在于，所述降压电路包括第一电容、第二电阻，第一二极管、第二二极管、第一稳压二极管和第一电解电容；其中

所述第一电容的一端为所述接地保护电路的一输入端，所述第一电容的另一端连接所述第二电阻的一端，所述第二电阻的另一端共接于所述第一二极管的阳极和所述第二二极管的阴极，所述第二二极管的阳极、所述第一稳压二极管的阳极和所述第一电解电容的负极共接于所述降压电路的输出端负极，所述第一二极管的阴极、所述第一稳压二极管的阴极和所述第一电解电容的正极共接于所述接地保护电路的另一输入端和所述降压电路的输出端正极。

3.根据权利要求1所述的接地保护电路，其特征在于，所述接地信号检测电路包括第四电阻、第一光耦、第六电阻和第七电阻；其中

所述第一光耦的阳极为所述接地信号检测电路的正极输入端，所述第一光耦的阴极连接所述第四电阻的一端，所述第四电阻的另一端为所述接地信号检测电路的负极输入端，所述第一光耦的集电极连接第一直流电源正极，所述第一光耦的发射极共接于所述第六电阻的一端和所述第七电阻的一端，所述第六电阻的另一端接地，所述第七电阻的另一端为所述接地信号检测电路的输出端。

4.根据权利要求1所述的接地保护电路，其特征在于，所述接地信号检测电路包括第一隔离变压器、第五二极管和第二电解电容；其中

所述第一隔离变压器的初级输入端为所述接地信号检测电路的输入端，所述第一隔离变压器的第一次级连接所述第五二极管的阳极，所述第一隔离变压器的第二次级共接于所述第二电解电容的负极和地，所述第五二极管的阴极共接于所述第二电解电容的阳极和所述接地信号检测电路的输出端。

5.根据权利要求1所述的接地保护电路，其特征在于，所述开关电路包括第一继电器和继电器驱动电路，其中所述第一继电器的线圈的一端连接第二直流电源正极，所述第一继电器的线圈的另一端连接所述继电器驱动电路的输出端，所述继电器驱动电路的控制端为所述开关电路的控制端。

6.根据权利要求5所述的接地保护电路，其特征在于，所述开关电路还包括倍压控制电路，其中所述倍压控制电路的两个输出端分别连接所述第一继电器的线圈的两端，所述倍压控制电路的控制端连接所述继电器驱动电路的输出端。

7.根据权利要求5所述的接地保护电路，其特征在于，所述继电器驱动电路包括第二NPN三极管和第十二电阻；其中

所述第二NPN三极管的集电极为所述继电器驱动电路的输出端，所述第二NPN三极管的发射极接地，所述第二NPN三极管的基极连接所述第十二电阻的一端，所述第十二电阻的另一端为所述继电器驱动电路的控制端。

8.根据权利要求6所述的接地保护电路，其特征在于，所述倍压控制电路包括第八电阻、第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第四二极管、第一PNP三极管和第二电解电容；其中

所述第四二极管的阴极、所述第二电解电容的正极和所述第十一电阻的一端共接于所述倍压控制电路的一输出端，所述第十一电阻的另一端、所述第九电阻的一端共接于所述倍压控制电路的另一输出端和控制端，所述第四二极管的阳极、所述第一PNP三极管的发射极和所述第八电阻的一端共接于所述第二直流电源正极，所述第一PNP三极管的基极、所述第八电阻的另一端、所述第十电阻的一端和所述第九电阻的另一端共接于所述第二电解电容的负极，所述第十电阻的另一端接地。

9.一种控制器，其特征在于，所述控制器设置有如权利要求1至8任意一项所述的接地保护电路。

10.一种用电设备，其特征在于，所述用电设备包含如权利要求9所述的控制器。