CN106711922A - 触电保护装置以及供电*** - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种触电保护装置以及供电***，涉及安全供电技术领域，能够有效预防各种原因造成的触电伤害。该触电保护装置包括感应电路和保护芯片；所述感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将所述感应信号传输至所述保护芯片；所述保护芯片根据所述感应信号生成安全载波信号，并将所述安全载波信号输出至交流输出端，使交流输出端输出对地的无功功率。

Description

触电保护装置以及供电***

技术领域

本发明涉及安全供电技术领域，尤其是涉及一种触电保护装置以及供电***。

背景技术

随着电力技术的发展，工频交流电(即市电)已经遍布每一个家庭和单位，用电的安全性也变得越来越重要。

目前的市电通常由两条输出线供电，其中一条为火线，另一条为零线。由于线路老化或破损，会造成火线与零线的部分金属线裸露在外，人体直接或间接接触到裸露的金属线时，特别是接触到火线时，就会通过人体与地形成回路，造成触电伤害。另外，在用电设备使用过程中，由于用电设备的内部故障，也会使用电设备的表面带电，如果此时人体接触到该用电设备，也会造成触电伤害。

目前市面上的防触电插座，通过在插座中设置开关电路，可以在通电状态下，确保每一个插孔在未***电器插头前是没有电的。该防触电插座能可以识别***物是否为电器插头，只有两个插孔同时***电器插头时才会通电，所以导体单独***任何一极都不会触电。

但是，现有的防触电插座只能在插座处，防止由于误***导体造成的触电，而对于金属线裸露、用电设备表面带电等漏电原因造成的触电起不到预防作用。因此，对于漏电等多种原因造成的触电伤害，现有技术难以有效预防。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种触电保护装置以及供电***，能够有效预防各种原因造成的触电伤害。

第一方面，本发明实施例提供了一种触电保护装置，包括感应电路和保护芯片；

所述感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将所述感应信号传输至所述保护芯片；

所述保护芯片根据所述感应信号生成安全载波信号，并将所述安全载波信号输出至交流输出端，使交流输出端输出对地的无功功率。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，该触电保护装置还包括整流电路；

所述整流电路的输入端连接交流输出端，所述整流电路的输出端连接所述保护芯片的电源端。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述整流电路为整流桥。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述保护芯片包括N沟道结型场效应管、比较器和载波发生器；

所述N沟道结型场效应管的栅极连接所述感应电路，源极接地，漏极连接所述比较器的输入端；

所述比较器的输出端连接所述载波发生器的输入端，所述载波发生器的输出端通过二极管连接交流输出端；

所述比较器根据所述N沟道结型场效应管漏极电流输出比较信号，所述载波发生器根据所述比较信号输出载波信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述保护芯片中还包括触发器；

所述触发器的输入端连接所述比较器的输出端；

当所述比较信号超出预设值时，所述触发器输出断电信号。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述感应电路包括感应电阻，所述感应电阻连接在所述保护芯片与交流输出端之间。

结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述感应电路还包括与所述感应电阻耦合连接的感应电容。

第二方面，本发明实施例还提供一种供电***，包括变压器以及上述的触电保护装置；

所述变压器的初级线圈连接电网，所述变压器的次级线圈的连接交流输出端。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，该供电***还包括第一继电器和第二继电器；

所述触电保护装置中的保护芯片包括触发器；

所述第一继电器的控制线圈连接所述触发器的输出端，所述第一继电器的输出端与所述第二继电器的控制线圈串联，所述第二继电器的输出端与所述初级线圈串联。

结合第二方面，本发明实施例提供了第二方面的第二种可能的实施方式，其中，所述第一继电器为常闭型继电器，所述第二继电器为常开型继电器。

本发明实施例带来了以下有益效果：

本发明实施例提供的触电保护装置中，包括感应电路和保护芯片。其中，感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至保护芯片。保护芯片根据感应信号生成安全载波信号，并将安全载波信号输出至交流输出端。

采用本发明实施例提供的触电保护装置，当人体直接或间接接触到交流输出线时，感应电路能够感应到线路上的异常电流，并生成感应信号发送至保护芯片。保护芯片根据感应信号的强度，生成相应幅度的安全载波信号，使交流电以安全载波的形式***化稳定输出，使交流输出端输出对地的无功功率，能够起到安全隔离作用，使交流输出端不会通过人体与地形成回路。因此，本发明实施例提供的触电保护装置，能够有效预防各种原因造成的触电伤害。

本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例一提供的触电保护装置的示意图；

图2为本发明实施例一提供的触电保护装置的另一示意图；

图3为本发明实施例一提供的触电保护装置中保护芯片的示意图；

图4为本发明实施例二提供的供电***的示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

目前的防触电插座只能在插座处，防止由于误***导体造成的触电，而对于金属线裸露、用电设备表面带电等漏电原因造成的触电起不到预防作用。因此，对于漏电等多种原因造成的触电伤害，现有技术难以有效预防。

本发明实施例提供的一种触电保护装置以及供电***，能够有效预防各种原因造成的触电伤害。

实施例一：

本发明实施例提供了一种触电保护装置，可应用于家庭或单位等用电场景。如图1和图2所示，该触电保护装置包括感应电路和保护芯片。感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将感应信号传输至保护芯片。感应电路连接在两个交流输出端b、d中的其中一端，本实施例以感应电路连接交流输出端b为例进行说明。

保护芯片根据感应信号生成安全载波信号，并将安全载波信号通过二极管D0输出至交流输出端，使交流输出端b以及交流输出端d输出对地的无功功率。

本实施例中的感应电路包括感应电阻R，感应电阻R连接在保护芯片与交流输出端之间。进一步的是，感应电路中还包括与感应电阻R耦合连接的感应电容C1、C2。

交流输出端b上的电流信号，经过感应电阻R以及感应电容C1、C2之间的耦合效应，生成感应信号，并且反应电路将该感应信号传输至保护芯片。

本实施例中，感应电容C1、C2均为可调节电容，以便于适用于各种不同的环境，感应电容C1、C2具体的大小可以在出厂时，根据应用场景的电压、电流情况进行调节设置。

进一步的是，本发明实施例提供的触电保护装置中还包括整流电路。整流电路的两个输入端分别连接交流输出端b、d，整流电路的输出端连接保护芯片的电源端，从而将交流输出端b、d整流为直流电，并为保护芯片提供直流电源。

作为一个优选方案，本实施例中的整流电路为整流桥。整流桥具体由四个整流二极管D1、D2、D3、D4连接组成，整流二极管D1与整流二极管D3的阳极相连，整流二极管D2与整流二极管D4的阴极相连，而整流二极管D1的阴极连接整流二极管D2的阳极，整流二极管D3的阴极连接整流二极管D4的阳极。在整流桥的每个工作周期内，同一时间只有两个二极管进行工作，利用二极管的单向导通功能，强交流电转换成单向的直流脉冲电压。

如图3所示，本实施例中的保护芯片包括场效应管T、比较器和载波发生器，其中场效应管T具体为N沟道结型场效应管。比较器的输入端连接场效应管T的漏极d，比较器的输出端连接载波发生器的输入端，载波发生器的输出端通过二极管连接交流输出端。

场效应管T的栅极g连接感应电路，源极s接地，漏极d连接比较器的输入端。结型场效应晶体管(Junction Field-Effect Transistor，简称JFET)是由PN结栅极、源极和漏极构成的一种具有放大功能的三端有源器件,是单极场效应管中常见的一种，结型场效应晶体管它可以分N沟道和P沟道两种，本实施例中采用的是N沟道结型场效应管。

本实施例中，场效应管T的源极s接地，漏极d由比较器提供正电压，使源极s的电压低于漏极d的电压，场效应管T的栅极g连接感应电路，接收负电压感应信号。栅极g于源极s之间的电压Vgs的负值增大，将使沟道的电阻增大，而漏极电流Id减小。这是因为N型半导体内部的电子被栅极负电位形成的电场所排斥，在P区周围产生更厚的耗尽层，N型半导体的导电沟道变窄，漏极至源极之间的电流减小。由于此种特性，漏极电流Id会受到栅源极电压Vgs的控制。

随着感应电路输出的感应信号的变化，场效应管T的漏极电流Id也会发生变化。漏极电流Id输入至比较器，即可利用比较器对当前的电网电流进行检测。

比较器接收到场效应管T的漏极电流Id后，将漏极电流Id与比较器内部的基准电流进行比较，并输出相应的比较信号。

载波发生器根据比较信号的变化情况，输出相应的载波信号。当比较器输出的比较信号在正常范围内时，载波发生器输出幅值平稳的载波信号，以载波的方式输出平稳的交流电。当人体直接或间接接触到交流输出线时，比较器会输出强度很高的(异常的)比较信号，载波发生器根据比较信号的强度，输出相应幅度的安全载波信号，使交流电以安全载波的形式***化稳定输出，使交流输出端输出对地的无功功率，能够起到安全隔离作用，使交流输出端不会通过人体与地形成回路。因此，本发明实施例提供的触电保护装置，能够有效预防各种原因造成的触电伤害。

进一步的是，本发明实施例中保护芯片还包括触发器。触发器的输入端连接比较器的输出端。当供电线路发生短路或过载等现象时，比较信号会超出触发器内部的预设值，触发器就会输出断电信号，断开输电线路的电源。

采用本发明实施例提供的触电保护装置，当人体直接或间接接触到交流输出线时，感应电路能够感应到线路上的异常电流，并生成感应信号发送至比较器，比较器根据异常的感应信号生强度很高的(异常的)比较信号，并将该异常的比较信号发送至保护芯片。保护芯片根据比较信号的强度，生成相应幅度的安全载波信号，使交流电以安全载波的形式***化稳定输出，使交流输出端输出对地的无功功率，能够起到安全隔离作用，使交流输出端不会通过人体与地形成回路。另外，交流输出端b、d之间仍然是有功功率，因此能够在预防触电伤害的同时，保持供电线路上各个用电设备的正常运行。

实施例二：

如图4所示，本发明实施例还提供一种供电***，包括变压器TB以及上述实施例一所提供的触电保护装置。其中，变压器TB的初级线圈连接电网，变压器TB的次级线圈的两端分别连接交流输出端d与交流输出端b，输出交流电。

进一步的是，本实施例提供的供电***还包括第一继电器J1和第二继电器J2。第一继电器J1的控制线圈连接触电保护装置中的保护芯片的输出端，第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的控制线圈以及控制电源串联，第二继电器J2的输出端与变压器的初级线圈串联。

作为一个优选方案，第一继电器J1为常闭型继电器，即线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于闭合状态。同时，第二继电器J2为常开型继电器，即线圈不通电时第一继电器J1的输出端处于断开状态。

在供电***正常供电的情况下，第一继电器J1的线圈不通电，第一继电器J1的输出端处于闭合状态，因此控制电源可通过第一继电器J1向第二继电器J2的线圈供电。第二继电器J2的线圈在通电的情况下，其输出端处于闭合状态，以维持变压器的初级线圈持续供电。同时，保护芯片的输出端无断电信号输出。

当保护芯片中的触发单元发出断电信号时，第一继电器J1的线圈通电，使第一继电器J1的输出端断开。由于第一继电器J1的输出端断开，因此第二继电器J2的线圈断电，使第二继电器J2的输出端断开，从而切断电网与变压器的初级线圈的连接，以切断供电***的供电，从而实现供电线路的保护。

本实施例中，第一继电器J1采用常闭型继电器，第二继电器J2采用常开型继电器还具有以下优点：在实际的供电***中，可以在第一继电器J1的输出端与第二继电器J2的线圈之间串联多个不同用途的继电器，比如用于过载保护的继电器、过压保护的继电器，以及用于短路保护的继电器。这些继电器也都采用常闭型继电器，并且每个继电器的输出端都与第二继电器J2的线圈串联，则其中任意一个继电器断开时，都可以使第二继电器J2的线圈断电，从而切断电力***的供电。

本发明实施例提供的供电***，与上述实施例一提供的触电保护装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

另外，在本发明实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种触电保护装置，其特征在于，包括感应电路和保护芯片；

所述感应电路感应交流输出端的电流信号，生成感应信号，并将所述感应信号传输至所述保护芯片；

所述保护芯片根据所述感应信号生成安全载波信号，并将所述安全载波信号输出至交流输出端，使交流输出端输出对地的无功功率。

2.根据权利要求1所述的触电保护装置，其特征在于，还包括整流电路；

所述整流电路的输入端连接交流输出端，所述整流电路的输出端连接所述保护芯片的电源端。

3.根据权利要求2所述的触电保护装置，其特征在于，所述整流电路为整流桥。

4.根据权利要求1所述的触电保护装置，其特征在于，所述保护芯片包括N沟道结型场效应管、比较器和载波发生器；

所述N沟道结型场效应管的栅极连接所述感应电路，源极接地，漏极连接所述比较器的输入端；

所述比较器的输出端连接所述载波发生器的输入端，所述载波发生器的输出端通过二极管连接交流输出端；

所述比较器根据所述N沟道结型场效应管漏极电流输出比较信号，所述载波发生器根据所述比较信号输出载波信号。

5.根据权利要求4所述的触电保护装置，其特征在于，所述保护芯片中还包括触发器；

所述触发器的输入端连接所述比较器的输出端；

当所述比较信号超出预设值时，所述触发器输出断电信号。

6.根据权利要求1所述的触电保护装置，其特征在于，所述感应电路包括感应电阻，所述感应电阻连接在所述保护芯片与交流输出端之间。

7.根据权利要求6所述的触电保护装置，其特征在于，所述感应电路还包括与所述感应电阻耦合连接的感应电容。

8.一种供电***，其特征在于，包括变压器以及如权利要求1至7任一项所述的触电保护装置；

所述变压器的初级线圈连接电网，所述变压器的次级线圈的连接交流输出端。

9.根据权利要求8所述的供电***，其特征在于，还包括第一继电器和第二继电器；

所述触电保护装置中的保护芯片包括触发器；

所述第一继电器的控制线圈连接所述触发器的输出端，所述第一继电器的输出端与所述第二继电器的控制线圈串联，所述第二继电器的输出端与所述初级线圈串联。

10.根据权利要求9所述的供电***，其特征在于，所述第一继电器为常闭型继电器，所述第二继电器为常开型继电器。