電器外殼漏電保護電路及方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種電器外殼漏電保護電路，包括輸入零線、輸入火線、接地保護線、工作零線、工作火線、主控制器以及主控開關，輸入零線、輸入火線、接地保護線三者兩兩之間分別經(jīng)過限流電阻、光耦的信號發(fā)送端及整流二極管相連，三路光耦的信號接收端與主控制器輸入端相連；主控制器輸出端之一與通路光耦的信號發(fā)送端相連，通路光耦的信號接收端連接于接地保護線上且位于該線路上各信號采集端之前；主控制器還連接有報警裝置。本發(fā)明的有益效果：反應靈敏，檢測結果準確可靠，元器件選擇合理，使用壽命長；當電器電源連接錯誤或電器外殼帶電，能在電器面板上進行燈光異常顯示，并阻止電器工作。
【專利說明】電器外殼漏電保護電路及方法

【技術領域】
[0001 ] 本發(fā)明涉及家用電器外殼漏電警報及控制領域，具體是指能電器外殼漏電保護電路及方法。

【背景技術】
[0002]當前家用電器安全隱患最主要是漏電，其中又是金屬外殼帶電，針對漏電防護當前市場主要有二種方案:一為使用漏電開關，即在家庭總線箱中安裝漏電開關，當電器漏電，則地線上產(chǎn)生泄漏電流，當泄漏電流超過一定值后會觸發(fā)漏電開關動作，切斷電源。此方式的條件是家庭地線連接良好，且確保漏電開關未失效的前提下是可行的。二是在電器上從外殼地到零線間串接發(fā)光管，當外殼帶電，則通過發(fā)光管到零線形成回路，發(fā)光管發(fā)光報警。此方法的弊端是當電器零火線反接時起不到警示作用。綜上所訴，二方案均存在一些弊端，為確保電器外殼漏電警示，務必需求另一種更可靠方案。
[0003]申請?zhí)枮?01110445751.0和200810163938.X的發(fā)明專利申請?zhí)峁┝藘煞N電壓檢測型漏電保護電路，二者都是通過感應線圈感應相應相線上的電壓，感應線圈很容易受到干擾，存在可靠性不足的缺陷。


【發(fā)明內容】

[0004]本發(fā)明的發(fā)明目的之一在于針對現(xiàn)有技術中存在的不足處，提供一種電流檢測型電器外殼漏電保護電路，當電器金屬外殼帶電時能提供燈光警示及阻止電器工作。
[0005]為實現(xiàn)上述發(fā)明目的本發(fā)明采用的技術方案為:電器外殼漏電保護電路，包括輸入零線N-1n、輸入火線L-1n、接地保護線PE、工作零線N_out、工作火線L_out、主控制器CPU以及用于導通主回路的主控開關K1，主控開關Kl的控制端與主控制器CPU相連，輸入零線N-1n、輸入火線L-1n、接地保護線PE三者兩兩之間分別經(jīng)過限流電阻、光耦的信號發(fā)送端及整流二極管相連，三路光耦的信號接收端分別作為信號采集端與主控制器CPU輸入端相連；主控制器CPU輸出端之一與通路光耦U4的信號發(fā)送端相連，通路光耦U4的信號接收端連接于接地保護線PE上且位于該線路上各信號采集端之前；主控制器CPU根據(jù)三路采集信號情況是否正常以啟停主控開關Kl，主控制器CPU還連接有在三路采集信號與預設表單中正常值不相符時啟動的報警裝置。
[0006]進一步地，輸入零線N-1n經(jīng)第一電阻R1、第一光耦U1、第一二極管Dl與接地保護線PE相連；輸入零線N-1n經(jīng)第二電阻R2、第二光耦U2、第二二極管D2與輸入火線L_in相連；輸入火線L-1n經(jīng)第三電阻R3、第三光耦U3、第三二極管D3與接地保護線PE相連。
[0007]進一步地，第一光耦Ul、第二光耦U2和第三光耦U3均為無基極三極管輸出型光率禹，通路光稱U4為單向可控娃型光稱；第一光稱Ul信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第一電阻Rl與輸入零線N-1n相連,第一光稱Ul信號發(fā)送端的陰極與第一二極管Dl的陽極相連,第一光率禹Ul信號接收端的集電極與主控制器CPU的第一接口 1l相連，第一光耦Ul信號接收端的發(fā)射極接地，第一二極管Dl的陰極與通路光耦U4信號接收端的陽極相連，通路光耦U4信號接收端的陰極引至市電連接端；第二光耦U2信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第二電阻R2與輸入零線N-1n相連，第二光耦U2信號發(fā)送端的陰極與第二二極管D2的陽極相連，第二光耦U2信號接收端的集電極與主控制器CPU的第二接口 102相連，第二光耦U2信號接收端的發(fā)射極接地，第二二極管D2的陰極與輸入火線L-1n相連；第三光耦U3信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第三電阻R3與輸入火線L-1n相連，第三光耦U3信號發(fā)送端的陰極與第三二極管D3的陽極相連，第三光耦U3信號接收端的集電極與主控制器CPU的第三接口 103相連，第三光耦U3信號接收端的發(fā)射極接地，第三二極管D3的陰極與通路光耦U4信號接收端的陽極相連。
[0008]進一步地，主控開關Kl為常開型繼電器，電磁線圈與主控制器CPU的第六接口 106相連。
[0009]進一步地，報警裝置為紅綠雙色指示燈LEDl，紅綠雙色指示燈LEDl —端與主控制器CPU的第五接口 105相連另一端接地。
[0010]本發(fā)明的另一發(fā)明目的在于提供一種電器外殼漏電保護方法，電路結構采用前述漏電保護電路，保護方法包括以下步驟:(I)主控制器CPU向通路光耦U4輸出高電平的啟動信號，驅動通路光耦U4導通；(2)讀取一個市電周期內輸入零線N-1n、輸入火線L-1n、接地保護線PE三者兩兩之間的第一光耦Ul、第二光耦U2和第三光耦U3在正半周和負半周分別輸出的電平值；(3)將步驟(2)讀取的數(shù)值與預設表單進行對照，若屬正常則允許主控開關Kl閉合，若屬非正常則禁止主控開關Kl閉合并通過報警裝置向用戶報警提示。
[0011]進一步地，在是否存在漏電判斷過程結束后還進行終了步驟4:向第四接口輸出低電平，關斷通路光耦U4。
[0012]進一步地，主控制器CPU還進行上電檢測，在輸入零線N-1n、輸入火線L_in有市電接入時開始步驟I。
[0013]本發(fā)明的有益效果在于:采用電流檢測型漏電保護電路，出現(xiàn)微弱電流時光耦即輸出相應電平信號，檢測結果準確可靠，元器件選擇合理，使用壽命長；當電器電源連接錯誤或電器外殼帶電，即地線帶電或地線缺失等不正產(chǎn)情況下，能在電器面板上進行燈光異常顯示，并同時阻止電器的電機、發(fā)熱管、水管通斷閥等主要功能部件工作。
[0014]

【專利附圖】

【附圖說明】
[0015]圖1是本發(fā)明電路實現(xiàn)圖。
[0016]圖2是本發(fā)明電路中主芯片CPU的103端口采集信號圖。
[0017]圖3是本發(fā)明實施例電熱水器內部電路連接圖。
[0018]

【具體實施方式】
[0019]以下結合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進一步詳細描述:
參照圖1至圖3，電器外殼漏電保護電路，包括輸入零線N-1n、輸入火線L-1n、接地保護線PE、工作零線N-out、工作火線L-out、主控制器CPU以及用于導通主回路的主控開關K1，主控開關Kl的控制端與主控制器CPU相連，輸入零線N-1n、輸入火線L_in、接地保護線PE三者兩兩之間分別經(jīng)過限流電阻、光耦的信號發(fā)送端及整流二極管相連，三路光耦的信號接收端分別作為信號采集端與主控制器CPU輸入端相連；主控制器CPU輸出端之一與通路光耦U4的信號發(fā)送端相連，通路光耦U4的信號接收端連接于接地保護線PE上且位于該線路上各信號采集端之前；主控制器CPU根據(jù)三路采集信號情況是否正常以啟停主控開關K1，主控制器CPU還連接有在三路采集信號與預設表單中正常值不相符時啟動的報警裝置。
[0020]進一步地，輸入零線N-1n經(jīng)第一電阻R1、第一光耦U1、第一二極管Dl與接地保護線PE相連；輸入零線N-1n經(jīng)第二電阻R2、第二光耦U2、第二二極管D2與輸入火線L_in相連；輸入火線L-1n經(jīng)第三電阻R3、第三光耦U3、第三二極管D3與接地保護線PE相連。[0021 ] 第一光稱Ul、第二光稱U2和第三光稱U3均為無基極三極管輸出型光稱(其耐壓值較低，反應靈敏)，通路光耦U4為單向可控硅型光耦(耐壓值可達幾百伏，使用安全)，通過元器件的選擇達到優(yōu)化成本和性能的目的；第一光耦Ul信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第一電阻Rl與輸入零線N-1n相連,第一光稱Ul信號發(fā)送端的陰極與第一二極管Dl的陽極相連,第一光耦Ul信號接收端的集電極與主控制器CPU的第一接口 1l相連，第一光耦Ul信號接收端的發(fā)射極接地，第一二極管Dl的陰極與通路光耦U4信號接收端的陽極相連，通路光耦U4信號接收端的陰極引至市電連接端；第二光耦U2信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第二電阻R2與輸入零線N-1n相連，第二光耦U2信號發(fā)送端的陰極與第二二極管D2的陽極相連，第二光耦U2信號接收端的集電極與主控制器CPU的第二接口 102相連，第二光耦U2信號接收端的發(fā)射極接地，第二二極管D2的陰極與輸入火線L-1n相連；第三光耦U3信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第三電阻R3與輸入火線L-1n相連，第三光耦U3信號發(fā)送端的陰極與第三二極管D3的陽極相連，第三光耦U3信號接收端的集電極與主控制器CPU的第三接口 103相連，第三光耦U3信號接收端的發(fā)射極接地，第三二極管D3的陰極與通路光耦U4信號接收端的陽極相連。
[0022]主控開關Kl為常開型繼電器，電磁線圈與主控制器CPU的第六接口 106相連。
[0023]報警裝置為紅綠雙色指示燈LEDl，紅綠雙色指示燈LEDl —端與主控制器CPU的第五接口 105相連另一端接地。還可以設置蜂鳴器等報警裝置。
[0024]通過上述電器外殼漏電保護電路進行漏電保護的方法，包括以下步驟:(1)主控制器CPU向通路光耦U4輸出高電平的啟動信號，驅動通路光耦U4導通；(2)讀取一個市電周期內輸入零線N-1n、輸入火線L-1n、接地保護線PE三者兩兩之間的第一光耦Ul、第二光耦U2和第三光耦U3在正半周和負半周分別輸出的電平值；(3)將步驟(2)讀取的數(shù)值與預設表單進行對照，若屬正常則允許主控開關Kl閉合，若屬非正常則禁止主控開關Kl閉合并通過報警裝置向用戶報警提示。
[0025]為防止重新檢測增加不必要的工作量，在是否存在漏電判斷過程結束后還進行終了步驟(4):向第四接口輸出低電平，關斷通路光耦U4。
[0026]主控制器CPU還進行上電檢測，在輸入零線N-1n、輸入火線L_in有市電接入時開始步驟(I)。
[0027]下面以家用電器中常見的電熱水器為例，說明工作過程，參照圖3所示，電熱水器包括箱體7、電源插頭1、電源連接線火線1、零線4、地線3、控制裝置6，還包括水箱8、加熱器件9、進水管10、出水管11、出水控制閥12、及地線與外殼固定裝置5。
[0028]電熱水器安裝好后接通電源，在用戶開始操作前，控制裝置6中CPU先進行電源自檢，包括電源線中電線是否缺失、錯接、外殼漏電等。其流程如下(見圖1)，首先CPU指定U4光耦導通，之后在市電電網(wǎng)電壓的一個正弦波周期內檢測101、102、103的電平，例如103的電平信號如圖2所示，當火線、地線均正常連接時，在電網(wǎng)電壓的正弦波前5m秒，電流方向是從火線到電阻R3、之后正向通過光耦U3、D3、U4到達地線，光耦U3導通，觸發(fā)光耦U3的接受端，使得集電極發(fā)射極導通，從而拉低主芯片103 口電平，得到小于5m秒的低電平，記為O ;當電網(wǎng)電壓正弦波波形進入后5m秒即負半周時，由于二極管D3的單向截止，光耦U3
中不能通過電流，故不能導通，主芯片103腳變?yōu)闀r間大于5m秒的高電平，記為I。如此類推，當電源連線不同連接情況時，可以得到如下組合數(shù)據(jù):_

【權利要求】
1.電器外殼漏電保護電路，包括輸入零線(N-1n)、輸入火線(L-1n)、接地保護線(PE)、工作零線(N-out)、工作火線(L-out)、主控制器(CPU)以及用于導通主回路的主控開關(Kl )，主控開關(Kl)的控制端與主控制器(CPU)相連，其特征在于:輸入零線(N-1n)、輸入火線(L-1n)、接地保護線(PE)三者兩兩之間分別經(jīng)過限流電阻、光耦的信號發(fā)送端及整流二極管相連，三路光耦的信號接收端分別作為信號采集端與主控制器(CPU)輸入端相連；主控制器(CPU)輸出端之一與通路光耦(U4)的信號發(fā)送端相連，通路光耦(U4)的信號接收端連接于接地保護線(PE)上且位于該線路上各信號采集端之前；主控制器(CPU)根據(jù)三路采集信號情況是否正常以啟停主控開關(K1)，主控制器(CPU)還連接有在三路采集信號與預設表單中正常值不相符時啟動的報警裝置。
2.根據(jù)權利要求1所述的電器外殼漏電保護電路，其特征在于:輸入零線(N-1n)經(jīng)第一電阻(R1)、第一光耦(U1)、第一二極管(Dl)與接地保護線(PE)相連；輸入零線(N-1n)經(jīng)第二電阻(R2)、第二光耦(U2)、第二二極管(D2)與輸入火線(L-1n)相連；輸入火線(L_in)經(jīng)第三電阻(R3 )、第三光耦(U3 )、第三二極管(D3 )與接地保護線(PE)相連。
3.根據(jù)權利要求2所述的電器外殼漏電保護電路，其特征在于:第一光耦(Ul)、第二光耦(U2)和第三光耦(U3)均為無基極三極管輸出型光耦，通路光耦(U4)為單向可控硅型光耦；第一光耦(Ul)信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第一電阻(Rl)與輸入零線(N-1n)相連，第一光耦(Ul)信號發(fā)送端的陰極與第一二極管(Dl)的陽極相連，第一光耦(Ul)信號接收端的集電極與主控制器(CPU)的第一接口(101)相連，第一光耦(Ul)信號接收端的發(fā)射極接地，第一二極管(Dl)的陰極與通路光耦(U4)信號接收端的陽極相連，通路光耦(U4)信號接收端的陰極引至市電連接端； 第二光耦(U2)信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第二電阻(R2)與輸入零線(N-1n)相連，第二光耦(U2)信號發(fā)送端的陰極與第二二極管(D2)的陽極相連，第二光耦(U2)信號接收端的集電極與主控制器(CPU)的第二接口(102)相連，第二光耦(U2)信號接收端的發(fā)射極接地，第二二極管(D2)的陰極與輸入火線(L-1n)相連； 第三光耦(U3)信號發(fā)送端的陽極經(jīng)第三電阻(R3)與輸入火線(L-1n)相連，第三光耦(U3)信號發(fā)送端的陰極與第三二極管(D3)的陽極相連，第三光耦(U3)信號接收端的集電極與主控制器(CPU)的第三接口(103)相連，第三光耦(U3)信號接收端的發(fā)射極接地，第三二極管(D3)的陰極與通路光耦(U4)信號接收端的陽極相連。
4.根據(jù)權利要求1所述的電器外殼漏電保護電路，其特征在于:主控開關(Kl)為常開型繼電器，電磁線圈與主控制器(CPU)的第六接口(106)相連。
5.根據(jù)權利要求1所述的電器外殼漏電保護電路，其特征在于:報警裝置為紅綠雙色指示燈(LED1)，紅綠雙色指示燈(LEDl) —端與主控制器(CPU)的第五接口(105)相連另一端接地。
6.電器外殼漏電保護方法，其特征在于電路結構采用如權利要求1所述的漏電保護電路，保護方法包括以下步驟:(I)主控制器(CPU)向通路光耦(U4)輸出高電平的啟動信號，驅動通路光耦(U4)導通；(2)讀取一個市電周期內輸入零線(N-1n)、輸入火線(L-1n)、接地保護線(PE)三者兩兩之間的第一光耦(Ul )、第二光耦(U2)和第三光耦(U3)在正半周和負半周分別輸出的電平值；(3)將步驟(2)讀取的數(shù)值與預設表單進行對照，若屬正常則允許主控開關(Kl)閉合，若屬非正常則禁止主控開關(Kl)閉合并通過報警裝置向用戶報警提
/Jn ο
7.根據(jù)權利要求6所述的電器外殼漏電保護方法，其特征在于在是否存在漏電判斷過程結束后還進行終了步驟(4):向第四接口輸出低電平，關斷通路光耦(U4 )。
8.根據(jù)權利要求6所述的電器外殼漏電保護方法，其特征在于:主控制器(CPU)還進行上電檢測，在輸入零線(N-1n)、輸入火線(L-1n)有市電接入時開始步驟(I)。
【文檔編號】H02H3/32GK104201647SQ201410440753
【公開日】2014年12月10日 申請日期:2014年9月1日 優(yōu)先權日:2014年9月1日
【發(fā)明者】官闊榮 申請人:浙江蘇泊爾家電制造有限公司