防漏水触电灯具自动控制电路设计研究

摘要:设计LED户外灯具防漏水触电的自动控制装置电路，利用信号探头模块检测进水信号反馈给信号处理模块，输出控制信号控制可控硅的导通与关断，由可控硅控制LED负载点亮与熄灭。当灯具内的漏水现象排除并干燥后灯具自动恢复正常工作。实现自动控制漏水漏电带来的触电现象，使灯具更加安全可靠。

关键词:漏水;触电;信号探头;自动控制

引言

我国LED照明已取得全面发展，国家产业政策鼓励光控时控开关迈向智能高新技术发展方向受到行业内各方的密切关注。市场上LED照明产品还存在较多的技术问题，需进行深入探讨开发出更加安全可靠的产品。LED灯具特别是户外照明灯具虽然都做了防水结构，但也难以保证百分之百不进水，特别是使用久了防水性能变坏，一旦进水就产生漏电，触电现象发生频繁，有很多地区的灯具并没有接地保护或接地不可靠造成很大的触电安全事故。目前的LED照明灯具电路占有很大比例是非隔离及线性方案，这种灯具如果进水，灯具外壳就有150～220V的漏电，此漏电电压远大于安全电压数倍，对于人身安全造成极大生命危害［1］。而目前并没有实现每盏灯带有自动智能控制，这就带来了很大的安全问题。此问题很有必要进行克服与改善。为解决漏水触电问题，本文提出两种防漏水触电的自动控制装置电路方案，以防止因灯具进水漏电所造成的人身触电现象。

1灯具结构分析

1．1常见灯具设计结构

如图1所示，灯具内部是由较多电子元件组成恒流控制及抗浪涌等设置。这些电子元件及LED灯珠都是工作在市电220V的状态且为全部裸露。而又不能全部灌封，即便是透明灌封LED灯珠的发光亮度也会受到极大的衰减，所以大家都采用铝外壳加玻璃面罩做防水粘接处理。在大批量防水粘接处理的过程中由于受玻璃与铝壳接触面平整度及粘接胶和工艺操作的局限性，做不到100%IP65(IngressProtection65)合格率，即便是能做到IP65，在长时间户外使用时也会有风化现象出现。一旦风化在下雨的时候就会出现灯具内进水的现象。

1．2灯具进水后的现状

灯具进水后由于电子元件及LED灯珠都是全部裸露状态，各元件及LED灯珠与水直接接触，同时水也与铝外壳直接接触即外壳通过水与220V的市电接通，这时的外壳就带有220V的电压，当有人接触此外壳时就会发生严重的触电事故。水的阻值用万用表测量是在10～20kΩ左右，这只能用于较小直流电压的控制计算，实际在220V的作用下其阻值是500Ω左右。随着元器件与进水面积的不断增加，其电阻值在不断减小至200～300Ω，假如按此最大值500Ω来计算。人的平均电阻值为1．7kΩ，在出汗或潮湿时为500Ω左右，220V/(1700+500)=0．1A，220V/(500+500)=0．22A，因此当人体触电时其触电电流在100～220mA。国家安全规定触电安全电流小于10mA［1］，所以触电电流远大于安全电流，这对于人的生命造成了极大的危险。

2防漏水触电的自动控制装置设计

2．1防漏水触电的控制电路方案一

本方案是采用信号探头探测灯体内是否进水，进水信号经比较器处理输出控制信号切断电源保障灯具内无电源。本方案主电路为依次电连接的AC输入模块1、降压整流模块2、滤波稳压模块3、信号探头4、信号处理模块5、控制输出模块6、LED负载7［2］，如图2所示。信号探头4检测到进水信号反馈到信号处理模块5进行信号处理，信号探头4无水是高电平，得到高电平信号处理输出高电平控制信号，此控制信号使光耦输入导通再由光耦输出打开可控硅T，LED负载7获电点亮。如信号探头4有水是低电平信号处理输出低电平控制信号，此控制信号使光耦输入关断再由光耦输出关断可控硅T，LED负载7失电熄灭。其工作原理，AC输入市电压经阻容降压后经D1整流出直流电源，由稳压管D2及电容C2稳定于12V供给比较器U1。信号探头4为R10(1MΩ)的电阻且裸露用于检测有无进水，当探头4检测到无水时则1MΩ与R3(100kΩ)并联得到91kΩ的阻值，如果R2取68kΩ则比较器U1+端是12×91/(68+91)=6．868V，比较器－端的R4及R5相等取24kΩ，则为6V做基准电压。此时+端的6．868V大于6V的基准电压则比较器输出为高电平Q1导通，光耦U2输入获电导通输出导通打开可控硅T，此时LED负载获电亮灯。当探头4检测到有水时，比较器+端电压不再是6．868V，因为水的阻值为其可靠动作取较大值10kΩ～20kΩ左右，所以探头R10(1MΩ)与水阻(20kΩ)及R3并联得到16．39kΩ，此时比较器+端电压为12×16．39/(68+16．39)=2．33V，此电压低于基准电压6V，则比较器输出为低电平Q1关断，光耦U2输入断电关闭输出断开则可控硅T断开，此时LED负载断电灯熄灭。在此状态下由于AC输入模块1、降压整流模块2、滤波稳压模块3及信号处理模块5、控制输出模块6是做涂胶防水处理的，可控硅T断开输入市电L，N接零线所以灯具是不带电的，因此实现了安全防触电的效果。当灯具内的漏水排出或待水干燥后灯具自动恢复正常工作状态。

2．2防漏水触电的控制电路方案二

AC输入市电压经阻容降压后经D1整流出直流电源，由稳压管D2及电容C2稳定于12V供给经三端稳压器输出5V供给比较器U1［3］。信号探头4为R10(1MΩ)的电阻且裸露用于检测有无进水。当探头4检测到无水时，1MΩ与R3(100kΩ)并联得到91kΩ的阻值，如果R2取68kΩ则比较器U1+端是5×91/(68+91)=2．86V，比较器－端，R4及R5相等取24kΩ则为2．5V做基准电压。此时，+端的2．86V大于2．5V的基准电压则比较器输出为高电平Q1导通，可控硅控制极获负电导通打开可控硅T，此时LED负载获电亮灯。当探头4检测到有水时比较器+端电压不再是2．86V，因为水的阻值为10～20kΩ左右，所以探头R10(1MΩ)与水阻(20kΩ)及R3并联得到16．39kΩ，此时比较器+端电压为5×16．39/(68+16．39)=0．97V，此电压低于基准电压2．5V，则比较器输出为低电平Q1关断，可控硅控制极断电则可控硅T断开［4］，此时LED负载断电灯熄灭。在此状态下由于AC输入模块1、降压整流模块2、滤波稳压模块3及信号处理模块5、控制输出模块6是做涂胶防水处理的即可控硅T及前面是涂胶防水的，可控硅T断开输入市电L，N接零线所以灯具是不带电的，因此实现了安全防触电的效果。当灯具内的漏水排出并干燥后灯具自动恢复正常工作状态。

3结论

本文设计的灯具线路一体化控制系统，使用简单方便，具有较高可靠性和较低的制造成本。当灯具内有漏水现象本控制系统自动断开负载的输入，使灯具自动实现防漏电触电现象。当灯具内的漏水现象排除并干燥后，灯具自动恢复正常工作而灯具不受任何破坏。本设计方案能有效解决因漏水漏电所带来的人体触电事故，具有有益的效果，广泛适用于公路、广场、停车场、庭院、楼道、广告等各照明场所的照明灯具。

参考文献

［1］邵燕宁．普通灯具防触电保护检测中常见问题及对策［J］．中国照明电器，2013(6):16－18．

［2］王金柱，刘磊．一种防漏水触电LED灯具自动控制装置:201910889596．8［P］．2019－12－13．

［3］彭介华．电子技术课程设计指导［M］．北京:高等教育出版社，1997．

［4］高吉祥．电子技术基础试验与课程设计［M］．北京:电子工业出版社，2002．

作者：王金柱 刘磊 单位：山东旭程照明科技有限公司