CN102931645A - 地线带电保护电路、方法及具有该电路的空调器 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种地线带电保护电路、方法及具有该电路的空调器。该地线带电保护电路包括：第一检测电路(A)，用于检测地线中的电流；继电器(B)，第一端接零线，第二端接地线；驱动电路(C)，与继电器(B)的第三端相连接，用于驱动继电器(B)吸合；以及微处理器(D)，连接于第一检测电路(A)和驱动电路(C)之间，用于判断地线中的电流是否大于预设电流值以及在地线中的电流大于预设电流值时控制驱动电路(C)驱动继电器(B)吸合以使地线与零线相连接。通过该发明，能够实时检测流过电器地线的电流，一旦该电流值超过人体的安全电流值，电路中的地线与零线相接，从而避免发生人体触电的安全事故。

Description

地线带电保护电路、方法及具有该电路的空调器

技术领域

本发明涉及电器领域，具体而言，涉及一种地线带电保护电路、方法及具有该电路的空调器。

背景技术

家用空调等I类电器，是强制接地的，采取接地保护的基本原理是通过接地电阻的钳位作用，将漏电部位的对地电压钳制在一定范围内，避免通过人体向大地的电流过大而对人体造成伤害甚至造成触电者死亡的事故。

接地保护的基本原理阐述如下：

假设一个金属外壳的电热产品的额定工作电压为V，电路的等效内阻为Rj。在正常情况下，金属外壳通过绝缘和内部的带电导体隔离而不带电，通过产品本身的分布电容耦合后经人体流向大地的电流一般非常小(在电气产品安全中称为接触电流或泄漏电流)，不会对人体造成伤害。

当产品的绝缘损坏时，如图1(a)所示，金属外壳会带电，一旦人体接触金属外壳，人体会在金属外壳和大地之间构成回路，便有电流流经人体。在正常的坏境中，人体的等效电阻约为2kΩ，而产品的等效内阻Rj远远小于人体的等效电阻(例如，对于一个工作电压为AC 230V、功率为1500W的电热产品，其等效内阻Rj约为35Ω)，可以计算出流经人体的电流Ib约为110mA，这样大的电流流经人体是足以致命的。

如果通过合适的手段将金属外壳接地，如图1(b)所示，并且接地电阻非常小(0.1Ω)，仍以上述电热产品为例，此时流经人体的电流Ib′仅为0.3mA，大部分电流都被接地电阻旁路。这样，通过将产品的金属外壳进行保护接地，避免了大电流流经人体而导致电击伤亡事故。

但是，目前我国供电***普遍存在地线的接地电阻不达标，造成地线有电流流过时存在电势差。当这个电势差为50V时，按触电伤亡事故的电流为30mA，可得接地电阻1666.7Ω，此时可认为接地电阻和人体对地的电阻近似相等，由并联电路的特性，30mA的电流被等分为15mA，15mA的电流是在成年男子摆脱范围9～16mA内，由此可知，在电势差小于50V时，地线对人体能够提供有效保护的前提条件为：接地电阻小于1666.7Ω，如果接地电阻不达标，即使采用接地保护，泄漏电流仍然对人体造成伤害。

此外，当有外来电源漏电，致使有电流经由空调器的金属外壳到空调器地线，通过空调器地线流回电网的中性点时，住宅的漏电开关不会跳闸，因为此电流虽然很大，但不会引起电路中零线、火线电流不平衡，例如，有电源三相不平衡电流通过与建筑地线相连的金属构架，流向空调器金属支架后，进一步使得空调器的金属外壳有电流流过，此时，一旦人体接触空调器的外壳时，必然会触电造成伤害。

针对相关技术中在电器的地线带电时，人体接触电器外壳容易触电的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种地线带电保护电路、方法及具有该电路的空调器，以解决电器的地线带电时，人体接触电器外壳容易触电的问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种地线带电保护电路。

根据本发明的地线带电保护电路包括：第一检测电路，用于检测地线中的电流；继电器，第一端接零线，第二端接地线；驱动电路，与继电器的第三端相连接，用于驱动继电器吸合；以及微处理器，连接于第一检测电路和驱动电路之间，用于判断地线中的电流是否大于预设电流值以及在地线中的电流大于预设电流值时控制驱动电路驱动继电器吸合以使地线与零线相连接。

进一步地，根据本发明的地线带电保护电路还包括：电流互感器，设置于地线上，与第一检测电路相连接。

进一步地，第一检测电路包括：第一接线端子，包括第一端子和第二端子，其中，第一检测电路经由第一端子和第二端子连接至电流互感器；第二接线端子，包括第三端子和第四端子，其中，第一检测电路经由第三端子和第四端子连接至微处理器；放大电路，连接于第一端子与第三端子之间；第一电容，连接于第一端子与放大电路的第一端之间；第二电容，第一端与放大电路的第二端相连接；第一二极管，正极与第二电容的第二端相连接，负极连接于第三端子；第二二极管，正极与第一端子相连接，负极与第二端子相连接；第三二极管，正极与第二端子相连接，负极与第一端子相连接；以及第三电容，第一端连接于第三端子，第二端与第二端子和第四端子连接在一起并接地。

进一步地，放大电路包括：三极管，发射极接地；第一电阻，第一端连接于三极管的基极；第二电阻，第一端连接于第一电阻的第二端，第二电阻的第二端接直流电源；以及第三电阻，第一端连接于第二电阻的第二端，第三电阻的第二端连接于三极管的集电极，其中，在第二电阻与第一电阻之间设置有第一节点，该第一节点与第一电容相连接，在第二电阻与第三电阻之间设置有第二节点，该第二节点连接直流电源，在第三电阻与三极管的集电极之间设置有第三节点，该第三节点与第二电容相连接。

进一步地，根据本发明的地线带电保护电路还包括：第二检测电路，与微处理器相连接，用于检测电器的火线与零线是否接反，或者电器是否连接地线并将检测到的信号发送至微处理器。

进一步地，微处理器包括：报警单元，用于在地线中的电流大于预设电流值时，发出报警信号；以及存储单元，用于在地线中的电流大于预设电流值时，存储报警状态信息。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种空调器。

根据本发明的空调器包括本发明提供的任意一种地线带电保护电路。

为了实现上述目的，根据本发明的另一个方面，提供了一种地线带电保护方法。

根据本发明的地线带电保护方法包括：检测地线中的电流；判断地线中的电流是否大于预设电流值；以及在地线中的电流大于预设电流值时，控制地线与零线相连接。

进一步地，在检测地线中的电流之前，根据本发明的地线带电保护方法还包括：检测电器的零线与火线是否接反；以及在电器的零线与火线接反时，发出报警信号。

进一步地，在检测地线中的电流之前，根据本发明的地线带电保护方法还包括：检测电器是否接地线；以及在电器没有接地线时，发出报警信号。

进一步地，在控制地线与零线相连接之前，根据本发明的地线带电保护方法还包括：发出报警信号；以及存储报警状态信息。

通过本发明，采用包括以下部分的地线带电保护电路：第一检测电路，用于检测地线中的电流；第一端接零线、第二端接地线的继电器；用于驱动继电器吸合的驱动电路；以及连接于第一检测电路和驱动电路之间的微处理器，在地线中的电流是否大于预设电流值时，驱动电路驱动继电器吸合，即继电器的第一端与第二端相接，从而地线与零线相接，解决了电器的地线带电时，人体接触电器外壳容易触电的问题，进而有效地避免了人体触电安全事故的发生，提高了电器的安全性。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1(a)是人体与金属外壳和大地构成电流回路的示意图；

图1(b)是人体、接地电阻分别与金属外壳和大地构成电流回路的示意图；

图2是根据本发明实施例的地线带电保护电路的原理图；

图3是根据本发明实施例的第一检测电路的原理图；

图4是根据本发明实施例的第二检测电路的原理图；以及

图5是根据本发明实施例的地线带电保护方法的流程图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

首先介绍地线带电保护电路的具体实施方式。

图2是根据本发明实施例的地线带电保护电路的原理图，如图2所示，该地线带电保护电路包括：第一检测电路A，用于检测地线中的电流；继电器B，第一端接零线，第二端接地线；驱动电路C，与继电器B的第三端相连接，用于驱动继电器B吸合；以及微处理器D，连接于第一检测电路A和驱动电路C之间，用于判断地线中的电流是否大于预设电流值以及在地线中的电流大于预设电流值时控制驱动电路C驱动继电器B吸合，即驱动继电器B的第一端与第二端相接，使得电器中的电动部件G(即电器中连接零线，火线、地线的带电组件，例如空调器中的压缩机、变频机等)的地线与零线相接。

在该实施例中，通过第一检测电路实时检测电源地线中的电流，并将检测结果返回给微处理器D，即MCU，当MCU判断电源地线中的电流大于预设电流值，该预设电流值一般设置为人体安全电流值，当地线中的电流大于人体安全电流值时，即有危险电流时，发高电平给驱动电路，驱动继电器吸合，使得地线接零线，即使电器的接地电阻不达标时，或者外来电源漏电导致电器的外壳带电时，地线及时接零线，连接地线的电器外壳对地的电势也必然为零，因此，人体在接触电器的外壳时不会发生触电事故，提高了使用电器的安全性。

优选地，如图2所示，该地线带电保护电路还包括：电流互感器E，设置于地线上，与第一检测电路A相连接。在该优选的实施方式中，第一检测电路A通过检测电流互感器E对电器的地线进行电流检测，当电器的微处理器D接收到第一检测电路A，即电流互感器的检测电路，检测到电器的电源地线中流过有危险电流值时，控制驱动电路C驱动继电器B吸合。

图3是根据本发明实施例的第一检测电路的原理图，如图3所示，第一检测电路A，即电流互感器的检测电路包括：第一接线端子01，包括第一端子和第二端子，其中，第一检测电路A经由第一端子和第二端子连接至电流互感器E；第二接线端子02，包括第三端子和第四端子，其中，第一检测电路A经由第三端子和第四端子连接至微处理器D；放大电路03，连接于第一端子与第三端子之间；第一电容04，连接于第一端子与放大电路03的第一端之间；第二电容05，第一端与放大电路03的第二端相连接；第一二极管06，正极与第二电容05的第二端相连接，负极连接于第三端子；第二二极管07，正极与第一端子相连接，负极与第二端子相连接；第三二极管08，正极与第二端子相连接，负极与第一端子相连接；以及第三电容09，第一端连接于第三端子，第二端与第二端子和第四端子连接在一起并接地，其中，第一检测电路依靠直流电源010供电。

第一检测电路A的工作原理大致介绍如下：

图2中电流互感器E的输出端子连接图3所示的第一接线端子01，电流互感器E感应出的交变电流流过第一电容04，再经放大电路03放大后，通过第二电容05，经第一二极管06的半波整流和第三电容09的滤波后，经由第二接线端子02输出一个直流电压给微处理器MCU(即图2中的微处理器D)，完成电器的地线电流的检测。

微处理器D实时判断第一检测电路A检测到的电流值，当电流互感器E流过的电流值为零或小于预设电流值，即危险电流值时，微处理器D得到的电压值低于接零保护值，因此不会控制驱动电路C驱动继电器B完成地线接零保护；当电流互感器E流过的电流值大于危险电流值时，微处理器D得到的电压值高于接零保护值，因此微处理器D及时控制驱动电路C驱动继电器B完成地线接零保护。

可选地，放大电路03包括：三极管031，发射极接地；第一电阻032，第一端连接于三极管031的基极；第二电阻033，第一端连接于第一电阻032的第二端，第二电阻033的第二端接直流电源；以及第三电阻034，第一端连接于第二电阻033的第二端，第三电阻034的第二端连接于三极管031的集电极，其中，在第二电阻033与第一电阻032之间设置有第一节点，该第一节点与第一电容04相连接，在第二电阻033与第三电阻034之间设置有第二节点，该第二节点连接直流电源，在第三电阻034与三极管031的集电极之间设置有第三节点，该第三节点与第二电容04相连接。

优选地，如图2所示，地线带电保护电路还包括：第二检测电路F，与微处理器D和电器中的电动部件G分别相连接，用于检测电器，即电动部件G的火线与零线是否接反以及电动部件G是否连接地线并将检测到的信号发送至微处理器D。

在该实施例中，通过第二检测电路F能检测到电器连接的火线与零线是否接反以及是否连接了地线。当电器的微处理器D检测到电器的电源火线与零线接反时，电器给出提示，并禁止开机；当检测到电器没有连接地线时，电器给出提示。通过该优选实施方式，在控制电器的地线与零线相接前，有效地避免了由于零线、火线接反使得地线直接接到火线，也避免没有连接地线而无法实施接零保护，从而进一步保证电器使用的安全性。

对于本申请中提到的第二检测电路F，在申请号为CN200520065480.6的专利申请中所记载的空调器电源线连接检测电路也实现了类似的功能，因而，可以采用CN200520065480.6中的空调器电源线连接检测电路作为本申请的第二检测电路，如图4所示，优选地，本申请中的第二检测电路F包括强电电路、弱电电路，其中，强电电路和弱电电路之间通过继电器10连接。

其中，强电电路的接线端子2的端口a2、端口b2和端口c2分别接火线L、零线N和地线，地线上依次连接了电阻5，继电器10强电部分的第一端口；零线N上连接了光耦11强电部分的第一端口；火线L上依次连接了电阻3，二极管6和光耦9强电部分的第一端口，光耦9强电部分的第二端口与继电器10的第二端口、光耦11的第二端口连接于一点，二极管4的负极连接于电阻3和二极管6之间，正极连接于接线端子2和光耦11之间，二极管8的负极连接于电阻3和二极管6之间，正极连接于电阻5和继电器10之间，电容7与光耦9强电部分并联连接。

弱电电路通过直流电源1(包括端口a1，端口b1和端口c1)供电，由三条支路并联组成，第一支路依次连接了电阻12、光耦9的弱电部分以及电阻13与电容14的并联部分；第二支路依次连接了二极管17和电容18的并联部分以及三极管19；第三支路依次连接了电阻15和光耦11的弱电部分。第二检测电路F的输出端的接线端子16的端口a3，端口b3，端口c3分别与光耦9的弱电部分的输入端、三极管19的基极、光耦11的弱电部分的输入端相连接。

第二检测电路F的工作原理大致介绍如下：

弱电部分由直流电源1提供工作电源，输出端连接到微处理器D。输入端的接线端子2连接220V电源，输出端的接线端子16的连接到微处理器D。

第二检测电路F不工作时，即不检测有无地线和零线火线(LN)是否接反时，微处理器D给第二检测电路F的接线端子16的端口c3发高电平、b3发低电平，使得光耦11导通、继电器10的触点断开，形成正常的LN回路。

检测有无地线时，微处理器D给第二检测电路F的接线端子16的端口c3发低电平、b3发高电平，即将光耦11关闭、继电器10的触点闭合，通过检测端口a3的电平来检测有无地线。如果有地线，AC220V由火线L和地线形成回路流通，使得光耦9导通，接线端子16的端口a3为高电平，即：当微处理器D检测到接线端子16的端口a3为高电平时表示有地线；如果没地线，火线L和地线不能形成回路，光耦9关闭，接线端子16的端口a3为低电平，即：当微处理器D检测到接线端子16的端口a3为低电平时表示没有地线。

检测LN是否接反时，微处理器D给第二检测电路F的接线端子16的端口b3发高电平、端口c3发高电平，即将光耦11导通、继电器10的触点闭合，通过检测端口a3的电平来检测火线与零线有无接反。如果LN接反，AC220V由零线和地线形成回路流通，则光耦9关闭，接线端子16的端口a3为低电平，即：当微处理器D检测到接线端子16的端口a3为低电平时表示LN接反；如果LN没接反，L、N和地线形成回路，则光耦9导通，接线端子16的端口a3为高电平，即：当微处理器D检测到接线端子16的端口a3为高电平时表示LN没接反。

优选地，微处理器D包括：报警单元，用于在地线中的电流大于预设电流值时，发出报警信号；以及存储单元，用于在地线中的电流大于预设电流值时，存储报警状态信息。

采用该优选的实施方式，电器的微处理器D的报警单元在地线中的电流大于预设电流值时，发出泄漏电流故障的报警信号，能够对电器附近的用户起到警示作用，同时通过微处理器D的存储单元(可选地，该存储单元为记忆芯片)存储故障报警状态信息，以供维护或维修人员进行故障处理。在接零保护之前进行报警和故障存储，能够防止地线接零保护时，微处理器D掉电清零而无法报警或丢失故障信息。因为地线接零线后，使得电路中的N与L间电流不平衡，引起有漏电开关的住宅电源开关跳闸断电，进而使微处理器D掉电清零；记忆芯片存储的故障报警状态信息只有在故障清除后，通过人工复位，才可以删除报警状态信息。微处理器D在完成记忆芯片的信息存储后，立即执行地线接零保护，即发送高电平给驱动电路C，来驱动继电器B吸合，当继电器B的动静触点闭合后，完成电器的地线接零保护的全部动作，在电器完成地线接零保护动作后，会使有漏电开关的住宅电源开关跳闸断电，及时切断电源保护。

以上所描述的地线带电保护电路能够用于任意的电器，例如空调器等，在空调器中接入本发明提供的任意一种地线带电保护电路后，当空调器的地线有泄漏电流故障时、或者空调器的外机由于外来电源漏电带电时，能够及时提供接零保护，解决因地线接地电阻过大造成的触电安全事故。

其次介绍地线带电保护方法的具体实施方式。

图5是根据本发明实施例的地线带电保护方法的流程图，如图5所示，该地线带电保护方法包括如下步骤S102至步骤S106：

步骤S102，检测地线中的电流。

优选地，在检测地线中的电流之前，地线带电保护方法还包括：检测电器的电动部件的零线与火线是否接反；以及在电动部件的零线与火线接反时，发出报警信号，能够避免零线和火线接反，进而避免将地线与火线相连接。

优选地，在检测地线中的电流之前，地线带电保护方法还包括：检测电器的电动部件是否接地线；以及在电动部件没有接地线时，发出报警信号，如果电动部件没有接地线，执行接零保护是没有意义的。

步骤S104，判断地线中的电流是否大于预设电流值。该预设电流值一般设为人体的安全电流值，也可根据实际情况设定。

步骤S106，控制地线与零线相连接。

优选地，在控制地线与零线相连接之前，地线带电保护方法还包括：发出报警信号，能够对电器附近的用户起到警示作用；以及存储报警状态信息，以供维护或维修人员进行故障处理，该信息只有在故障清除后，通过人工复位，才可以删除，在接零保护之前执行此步骤，能够避免由于接零保护后电器的微处理器掉电清零，不能发出报警信号以及不能存储报警状态信息。

从以上的描述中，可以看出，本发明实现了如下技术效果：实时检测流过电器地线的电流，在该地线中流过危险电流值时，及时将地线与零线相接，从而能够避免发生人体触电的安全事故，解决了由于外部电流使电器地线带电和由于接地电阻不达标使电器地线带电而导致的触电问题。

需要说明的是，在附图的流程图示出的步骤可以在诸如一组计算机可执行指令的计算机***中执行，并且，虽然在流程图中示出了逻辑顺序，但是在某些情况下，可以以不同于此处的顺序执行所示出或描述的步骤。

以上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 (11)

1.一种地线带电保护电路，其特征在于，包括：

第一检测电路(A)，用于检测所述地线中的电流；

继电器(B)，第一端接零线，第二端接所述地线；

驱动电路(C)，与所述继电器(B)的第三端相连接，用于驱动所述继电器(B)吸合；以及

微处理器(D)，连接于所述第一检测电路(A)和所述驱动电路(C)之间，用于判断所述地线中的电流是否大于预设电流值以及在所述地线中的电流大于所述预设电流值时控制所述驱动电路(C)驱动所述继电器(B)吸合以使所述地线与所述零线相连接。

2.根据权利要求1所述的地线带电保护电路，其特征在于，还包括：

电流互感器(E)，设置于所述地线上，与所述第一检测电路(A)相连接。

3.根据权利要求2所述的地线带电保护电路，其特征在于，所述第一检测电路(A)包括：

第一接线端子(01)，包括第一端子和第二端子，其中，所述第一检测电路(A)经由所述第一端子和所述第二端子连接至所述电流互感器(E)；

第二接线端子(02)，包括第三端子和第四端子，其中，所述第一检测电路(A)经由所述第三端子和所述第四端子连接至所述微处理器(D)；

放大电路(03)，连接于所述第一端子与所述第三端子之间；

第一电容(04)，连接于所述第一端子与所述放大电路(03)的第一端之间；

第二电容(05)，第一端与所述放大电路(03)的第二端相连接；

第一二极管(06)，正极与所述第二电容(05)的第二端相连接，负极连接于所述第三端子；

第二二极管(07)，正极与所述第一端子相连接，负极与所述第二端子相连接；

第三二极管(08)，正极与所述第二端子相连接，负极与所述第一端子相连接；

以及

第三电容(09)，第一端连接于所述第三端子，第二端与所述第二端子和所述第四端子连接在一起并接地。

4.根据权利要求3所述的地线带电保护电路，其特征在于，所述放大电路(03)包括：

三极管(031)，发射极接地；

第一电阻(032)，第一端连接于所述三极管(031)的基极；

第二电阻(033)，第一端连接于所述第一电阻(032)的第二端；以及

第三电阻(034)，第一端连接于所述第二电阻(033)的第二端，所述第三电阻(034)的第二端连接于所述三极管(031)的集电极，

其中，在所述第二电阻(033)与所述第一电阻(032)之间设置有第一节点，所述第一节点与所述第一电容(04)相连接，在所述第二电阻(033)与所述第三电阻(034)之间设置有第二节点，所述第二节点连接直流电源，在所述第三电阻(034)与所述三极管(031)的集电极之间设置有第三节点，所述第三节点与所述第二电容(05)相连接。

5.根据权利要求1所述的地线带电保护电路，其特征在于，还包括：

第二检测电路(F)，与所述微处理器(D)相连接，用于检测电器的火线与零线是否接反，或者电器是否连接地线，并将检测到的信号发送至所述微处理器(D)。

6.根据权利要求1所述的地线带电保护电路，其特征在于，所述微处理器包括：

报警单元，用于在所述地线中的电流大于所述预设电流值时，发出报警信号；

以及

存储单元，用于在所述地线中的电流大于所述预设电流值时，存储报警状态信息。

7.一种空调器，其特征在于，包括权利要求1至6中任一项所述的地线带电保护电路。

8.一种地线带电保护方法，其特征在于，包括：

检测所述地线中的电流；

判断所述地线中的电流是否大于预设电流值；以及

在所述地线中的电流大于所述预设电流值时，控制所述地线与零线相连接。

9.根据权利要求8所述的地线带电保护方法，其特征在于，在检测所述地线中的电流之前，所述方法还包括：

检测电器的零线与火线是否接反；以及

在所述电器的零线与火线接反时，发出报警信号。

10.根据权利要求8所述的地线带电保护方法，其特征在于，在检测所述地线中的电流之前，所述方法还包括：

检测电器是否接地线；以及

在所述电器没有接地线时，发出报警信号。

11.根据权利要求8所述的地线带电保护方法，其特征在于，在控制所述地线与零线相连接之前，所述方法还包括：

发出报警信号；以及

存储报警状态信息。

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