防漏水觸電燈具自動(dòng)控制電路設(shè)計(jì)研究

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摘要:設(shè)計(jì)LED戶外燈具防漏水觸電的自動(dòng)控制裝置電路，利用信號(hào)探頭模塊檢測(cè)進(jìn)水信號(hào)反饋給信號(hào)處理模塊，輸出控制信號(hào)控制可控硅的導(dǎo)通與關(guān)斷，由可控硅控制LED負(fù)載點(diǎn)亮與熄滅。當(dāng)燈具內(nèi)的漏水現(xiàn)象排除并干燥后燈具自動(dòng)恢復(fù)正常工作。實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制漏水漏電帶來(lái)的觸電現(xiàn)象，使燈具更加安全可靠。

關(guān)鍵詞:漏水;觸電;信號(hào)探頭;自動(dòng)控制

引言

我國(guó)LED照明已取得全面發(fā)展，國(guó)家產(chǎn)業(yè)政策鼓勵(lì)光控時(shí)控開(kāi)關(guān)邁向智能高新技術(shù)發(fā)展方向受到行業(yè)內(nèi)各方的密切關(guān)注。市場(chǎng)上LED照明產(chǎn)品還存在較多的技術(shù)問(wèn)題，需進(jìn)行深入探討開(kāi)發(fā)出更加安全可靠的產(chǎn)品。LED燈具特別是戶外照明燈具雖然都做了防水結(jié)構(gòu)，但也難以保證百分之百不進(jìn)水，特別是使用久了防水性能變壞，一旦進(jìn)水就產(chǎn)生漏電，觸電現(xiàn)象發(fā)生頻繁，有很多地區(qū)的燈具并沒(méi)有接地保護(hù)或接地不可靠造成很大的觸電安全事故。目前的LED照明燈具電路占有很大比例是非隔離及線性方案，這種燈具如果進(jìn)水，燈具外殼就有150～220V的漏電，此漏電電壓遠(yuǎn)大于安全電壓數(shù)倍，對(duì)于人身安全造成極大生命危害［1］。而目前并沒(méi)有實(shí)現(xiàn)每盞燈帶有自動(dòng)智能控制，這就帶來(lái)了很大的安全問(wèn)題。此問(wèn)題很有必要進(jìn)行克服與改善。為解決漏水觸電問(wèn)題，本文提出兩種防漏水觸電的自動(dòng)控制裝置電路方案，以防止因燈具進(jìn)水漏電所造成的人身觸電現(xiàn)象。

1燈具結(jié)構(gòu)分析

1．1常見(jiàn)燈具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

如圖1所示，燈具內(nèi)部是由較多電子元件組成恒流控制及抗浪涌等設(shè)置。這些電子元件及LED燈珠都是工作在市電220V的狀態(tài)且為全部裸露。而又不能全部灌封，即便是透明灌封LED燈珠的發(fā)光亮度也會(huì)受到極大的衰減，所以大家都采用鋁外殼加玻璃面罩做防水粘接處理。在大批量防水粘接處理的過(guò)程中由于受玻璃與鋁殼接觸面平整度及粘接膠和工藝操作的局限性，做不到100%IP65(IngressProtection65)合格率，即便是能做到IP65，在長(zhǎng)時(shí)間戶外使用時(shí)也會(huì)有風(fēng)化現(xiàn)象出現(xiàn)。一旦風(fēng)化在下雨的時(shí)候就會(huì)出現(xiàn)燈具內(nèi)進(jìn)水的現(xiàn)象。

1．2燈具進(jìn)水后的現(xiàn)狀

燈具進(jìn)水后由于電子元件及LED燈珠都是全部裸露狀態(tài)，各元件及LED燈珠與水直接接觸，同時(shí)水也與鋁外殼直接接觸即外殼通過(guò)水與220V的市電接通，這時(shí)的外殼就帶有220V的電壓，當(dāng)有人接觸此外殼時(shí)就會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的觸電事故。水的阻值用萬(wàn)用表測(cè)量是在10～20kΩ左右，這只能用于較小直流電壓的控制計(jì)算，實(shí)際在220V的作用下其阻值是500Ω左右。隨著元器件與進(jìn)水面積的不斷增加，其電阻值在不斷減小至200～300Ω，假如按此最大值500Ω來(lái)計(jì)算。人的平均電阻值為1．7kΩ，在出汗或潮濕時(shí)為500Ω左右，220V/(1700+500)=0．1A，220V/(500+500)=0．22A，因此當(dāng)人體觸電時(shí)其觸電電流在100～220mA。國(guó)家安全規(guī)定觸電安全電流小于10mA［1］，所以觸電電流遠(yuǎn)大于安全電流，這對(duì)于人的生命造成了極大的危險(xiǎn)。

2防漏水觸電的自動(dòng)控制裝置設(shè)計(jì)

2．1防漏水觸電的控制電路方案一

本方案是采用信號(hào)探頭探測(cè)燈體內(nèi)是否進(jìn)水，進(jìn)水信號(hào)經(jīng)比較器處理輸出控制信號(hào)切斷電源保障燈具內(nèi)無(wú)電源。本方案主電路為依次電連接的AC輸入模塊1、降壓整流模塊2、濾波穩(wěn)壓模塊3、信號(hào)探頭4、信號(hào)處理模塊5、控制輸出模塊6、LED負(fù)載7［2］，如圖2所示。信號(hào)探頭4檢測(cè)到進(jìn)水信號(hào)反饋到信號(hào)處理模塊5進(jìn)行信號(hào)處理，信號(hào)探頭4無(wú)水是高電平，得到高電平信號(hào)處理輸出高電平控制信號(hào)，此控制信號(hào)使光耦輸入導(dǎo)通再由光耦輸出打開(kāi)可控硅T，LED負(fù)載7獲電點(diǎn)亮。如信號(hào)探頭4有水是低電平信號(hào)處理輸出低電平控制信號(hào)，此控制信號(hào)使光耦輸入關(guān)斷再由光耦輸出關(guān)斷可控硅T，LED負(fù)載7失電熄滅。其工作原理，AC輸入市電壓經(jīng)阻容降壓后經(jīng)D1整流出直流電源，由穩(wěn)壓管D2及電容C2穩(wěn)定于12V供給比較器U1。信號(hào)探頭4為R10(1MΩ)的電阻且裸露用于檢測(cè)有無(wú)進(jìn)水，當(dāng)探頭4檢測(cè)到無(wú)水時(shí)則1MΩ與R3(100kΩ)并聯(lián)得到91kΩ的阻值，如果R2取68kΩ則比較器U1+端是12×91/(68+91)=6．868V，比較器－端的R4及R5相等取24kΩ，則為6V做基準(zhǔn)電壓。此時(shí)+端的6．868V大于6V的基準(zhǔn)電壓則比較器輸出為高電平Q1導(dǎo)通，光耦U2輸入獲電導(dǎo)通輸出導(dǎo)通打開(kāi)可控硅T，此時(shí)LED負(fù)載獲電亮燈。當(dāng)探頭4檢測(cè)到有水時(shí)，比較器+端電壓不再是6．868V，因?yàn)樗淖柚禐槠淇煽縿?dòng)作取較大值10kΩ～20kΩ左右，所以探頭R10(1MΩ)與水阻(20kΩ)及R3并聯(lián)得到16．39kΩ，此時(shí)比較器+端電壓為12×16．39/(68+16．39)=2．33V，此電壓低于基準(zhǔn)電壓6V，則比較器輸出為低電平Q1關(guān)斷，光耦U2輸入斷電關(guān)閉輸出斷開(kāi)則可控硅T斷開(kāi)，此時(shí)LED負(fù)載斷電燈熄滅。在此狀態(tài)下由于AC輸入模塊1、降壓整流模塊2、濾波穩(wěn)壓模塊3及信號(hào)處理模塊5、控制輸出模塊6是做涂膠防水處理的，可控硅T斷開(kāi)輸入市電L，N接零線所以燈具是不帶電的，因此實(shí)現(xiàn)了安全防觸電的效果。當(dāng)燈具內(nèi)的漏水排出或待水干燥后燈具自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

2．2防漏水觸電的控制電路方案二

AC輸入市電壓經(jīng)阻容降壓后經(jīng)D1整流出直流電源，由穩(wěn)壓管D2及電容C2穩(wěn)定于12V供給經(jīng)三端穩(wěn)壓器輸出5V供給比較器U1［3］。信號(hào)探頭4為R10(1MΩ)的電阻且裸露用于檢測(cè)有無(wú)進(jìn)水。當(dāng)探頭4檢測(cè)到無(wú)水時(shí)，1MΩ與R3(100kΩ)并聯(lián)得到91kΩ的阻值，如果R2取68kΩ則比較器U1+端是5×91/(68+91)=2．86V，比較器－端，R4及R5相等取24kΩ則為2．5V做基準(zhǔn)電壓。此時(shí)，+端的2．86V大于2．5V的基準(zhǔn)電壓則比較器輸出為高電平Q1導(dǎo)通，可控硅控制極獲負(fù)電導(dǎo)通打開(kāi)可控硅T，此時(shí)LED負(fù)載獲電亮燈。當(dāng)探頭4檢測(cè)到有水時(shí)比較器+端電壓不再是2．86V，因?yàn)樗淖柚禐?0～20kΩ左右，所以探頭R10(1MΩ)與水阻(20kΩ)及R3并聯(lián)得到16．39kΩ，此時(shí)比較器+端電壓為5×16．39/(68+16．39)=0．97V，此電壓低于基準(zhǔn)電壓2．5V，則比較器輸出為低電平Q1關(guān)斷，可控硅控制極斷電則可控硅T斷開(kāi)［4］，此時(shí)LED負(fù)載斷電燈熄滅。在此狀態(tài)下由于AC輸入模塊1、降壓整流模塊2、濾波穩(wěn)壓模塊3及信號(hào)處理模塊5、控制輸出模塊6是做涂膠防水處理的即可控硅T及前面是涂膠防水的，可控硅T斷開(kāi)輸入市電L，N接零線所以燈具是不帶電的，因此實(shí)現(xiàn)了安全防觸電的效果。當(dāng)燈具內(nèi)的漏水排出并干燥后燈具自動(dòng)恢復(fù)正常工作狀態(tài)。

3結(jié)論

本文設(shè)計(jì)的燈具線路一體化控制系統(tǒng)，使用簡(jiǎn)單方便，具有較高可靠性和較低的制造成本。當(dāng)燈具內(nèi)有漏水現(xiàn)象本控制系統(tǒng)自動(dòng)斷開(kāi)負(fù)載的輸入，使燈具自動(dòng)實(shí)現(xiàn)防漏電觸電現(xiàn)象。當(dāng)燈具內(nèi)的漏水現(xiàn)象排除并干燥后，燈具自動(dòng)恢復(fù)正常工作而燈具不受任何破壞。本設(shè)計(jì)方案能有效解決因漏水漏電所帶來(lái)的人體觸電事故，具有有益的效果，廣泛適用于公路、廣場(chǎng)、停車場(chǎng)、庭院、樓道、廣告等各照明場(chǎng)所的照明燈具。

參考文獻(xiàn)

［1］邵燕寧．普通燈具防觸電保護(hù)檢測(cè)中常見(jiàn)問(wèn)題及對(duì)策［J］．中國(guó)照明電器，2013(6):16－18．

［2］王金柱，劉磊．一種防漏水觸電LED燈具自動(dòng)控制裝置:201910889596．8［P］．2019－12－13．

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［4］高吉祥．電子技術(shù)基礎(chǔ)試驗(yàn)與課程設(shè)計(jì)［M］．北京:電子工業(yè)出版社，2002．

作者：王金柱 劉磊 單位：山東旭程照明科技有限公司