防漏水觸電燈具自動控制電路設計研究

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摘要:設計LED戶外燈具防漏水觸電的自動控制裝置電路，利用信號探頭模塊檢測進水信號反饋給信號處理模塊，輸出控制信號控制可控硅的導通與關斷，由可控硅控制LED負載點亮與熄滅。當燈具內的漏水現象排除并干燥后燈具自動恢復正常工作。實現自動控制漏水漏電帶來的觸電現象，使燈具更加安全可靠。

關鍵詞:漏水;觸電;信號探頭;自動控制

引言

我國LED照明已取得全面發展，國家產業政策鼓勵光控時控開關邁向智能高新技術發展方向受到行業內各方的密切關注。市場上LED照明產品還存在較多的技術問題，需進行深入探討開發出更加安全可靠的產品。LED燈具特別是戶外照明燈具雖然都做了防水結構，但也難以保證百分之百不進水，特別是使用久了防水性能變壞，一旦進水就產生漏電，觸電現象發生頻繁，有很多地區的燈具并沒有接地保護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，這種燈具如果進水，燈具外殼就有150～220V的漏電，此漏電電壓遠大于安全電壓數倍，對于人身安全造成極大生命危害［1］。而目前并沒有實現每盞燈帶有自動智能控制，這就帶來了很大的安全問題。此問題很有必要進行克服與改善。為解決漏水觸電問題，本文提出兩種防漏水觸電的自動控制裝置電路方案，以防止因燈具進水漏電所造成的人身觸電現象。

1燈具結構分析

1．1常見燈具設計結構

如圖1所示，燈具內部是由較多電子元件組成恒流控制及抗浪涌等設置。這些電子元件及LED燈珠都是工作在市電220V的狀態且為全部裸露。而又不能全部灌封，即便是透明灌封LED燈珠的發光亮度也會受到極大的衰減，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，在長時間戶外使用時也會有風化現象出現。一旦風化在下雨的時候就會出現燈具內進水的現象。

1．2燈具進水后的現狀

燈具進水后由于電子元件及LED燈珠都是全部裸露狀態，各元件及LED燈珠與水直接接觸，同時水也與鋁外殼直接接觸即外殼通過水與220V的市電接通，這時的外殼就帶有220V的電壓，當有人接觸此外殼時就會發生嚴重的觸電事故。水的阻值用萬用表測量是在10～20kΩ左右，這只能用于較小直流電壓的控制計算，實際在220V的作用下其阻值是500Ω左右。隨著元器件與進水面積的不斷增加，其電阻值在不斷減小至200～300Ω，假如按此最大值500Ω來計算。人的平均電阻值為1．7kΩ，在出汗或潮濕時為500Ω左右，220V/(1700+500)=0．1A，220V/(500+500)=0．22A，因此當人體觸電時其觸電電流在100～220mA。國家安全規定觸電安全電流小于10mA［1］，所以觸電電流遠大于安全電流，這對于人的生命造成了極大的危險。

2防漏水觸電的自動控制裝置設計

2．1防漏水觸電的控制電路方案一

本方案是采用信號探頭探測燈體內是否進水，進水信號經比較器處理輸出控制信號切斷電源保障燈具內無電源。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、濾波穩壓模塊3、信號探頭4、信號處理模塊5、控制輸出模塊6、LED負載7［2］，如圖2所示。信號探頭4檢測到進水信號反饋到信號處理模塊5進行信號處理，信號探頭4無水是高電平，得到高電平信號處理輸出高電平控制信號，此控制信號使光耦輸入導通再由光耦輸出打開可控硅T，LED負載7獲電點亮。如信號探頭4有水是低電平信號處理輸出低電平控制信號，此控制信號使光耦輸入關斷再由光耦輸出關斷可控硅T，LED負載7失電熄滅。其工作原理，AC輸入市電壓經阻容降壓后經D1整流出直流電源，由穩壓管D2及電容C2穩定于12V供給比較器U1。信號探頭4為R10(1MΩ)的電阻且裸露用于檢測有無進水，當探頭4檢測到無水時則1MΩ與R3(100kΩ)并聯得到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做基準電壓。此時+端的6．868V大于6V的基準電壓則比較器輸出為高電平Q1導通，光耦U2輸入獲電導通輸出導通打開可控硅T，此時LED負載獲電亮燈。當探頭4檢測到有水時，比較器+端電壓不再是6．868V，因為水的阻值為其可靠動作取較大值10kΩ～20kΩ左右，所以探頭R10(1MΩ)與水阻(20kΩ)及R3并聯得到16．39kΩ，此時比較器+端電壓為12×16．39/(68+16．39)=2．33V，此電壓低于基準電壓6V，則比較器輸出為低電平Q1關斷，光耦U2輸入斷電關閉輸出斷開則可控硅T斷開，此時LED負載斷電燈熄滅。在此狀態下由于AC輸入模塊1、降壓整流模塊2、濾波穩壓模塊3及信號處理模塊5、控制輸出模塊6是做涂膠防水處理的，可控硅T斷開輸入市電L，N接零線所以燈具是不帶電的，因此實現了安全防觸電的效果。當燈具內的漏水排出或待水干燥后燈具自動恢復正常工作狀態。

2．2防漏水觸電的控制電路方案二

AC輸入市電壓經阻容降壓后經D1整流出直流電源，由穩壓管D2及電容C2穩定于12V供給經三端穩壓器輸出5V供給比較器U1［3］。信號探頭4為R10(1MΩ)的電阻且裸露用于檢測有無進水。當探頭4檢測到無水時，1MΩ與R3(100kΩ)并聯得到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做基準電壓。此時，+端的2．86V大于2．5V的基準電壓則比較器輸出為高電平Q1導通，可控硅控制極獲負電導通打開可控硅T，此時LED負載獲電亮燈。當探頭4檢測到有水時比較器+端電壓不再是2．86V，因為水的阻值為10～20kΩ左右，所以探頭R10(1MΩ)與水阻(20kΩ)及R3并聯得到16．39kΩ，此時比較器+端電壓為5×16．39/(68+16．39)=0．97V，此電壓低于基準電壓2．5V，則比較器輸出為低電平Q1關斷，可控硅控制極斷電則可控硅T斷開［4］，此時LED負載斷電燈熄滅。在此狀態下由于AC輸入模塊1、降壓整流模塊2、濾波穩壓模塊3及信號處理模塊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斷開輸入市電L，N接零線所以燈具是不帶電的，因此實現了安全防觸電的效果。當燈具內的漏水排出并干燥后燈具自動恢復正常工作狀態。

3結論

本文設計的燈具線路一體化控制系統，使用簡單方便，具有較高可靠性和較低的制造成本。當燈具內有漏水現象本控制系統自動斷開負載的輸入，使燈具自動實現防漏電觸電現象。當燈具內的漏水現象排除并干燥后，燈具自動恢復正常工作而燈具不受任何破壞。本設計方案能有效解決因漏水漏電所帶來的人體觸電事故，具有有益的效果，廣泛適用于公路、廣場、停車場、庭院、樓道、廣告等各照明場所的照明燈具。

參考文獻

［1］邵燕寧．普通燈具防觸電保護檢測中常見問題及對策［J］．中國照明電器，2013(6):16－18．

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

［3］彭介華．電子技術課程設計指導［M］．北京:高等教育出版社，1997．

［4］高吉祥．電子技術基礎試驗與課程設計［M］．北京:電子工業出版社，2002．

作者：王金柱 劉磊 單位：山東旭程照明科技有限公司