CN103001174A - 检测电源错误接线状况的电接线保护装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种在地线与零线之间的压差无需很大的情况下就能够检测出使用电源错误接线状况的电接线保护装置。一个实施例中提供一种电接线保护装置，其包括：相线导体(110)、零线导体(120)、地线导体(130)、开关装置(140)、剩余电流检测电路(150)、电压差检测电路(160)、信号处理电路(170)、激励装置(180)。信号处理电路至少响应于剩余电流检测信号和电压差检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号，激励装置响应于该驱动信号而驱使开关装置处于第二位置，从而切断输入侧和输出侧的电连接。上述功能的实现不需要人参加，自动完成检测动作功能，又能满足用电器生产商的在线耐压测试要求。

Description

检测电源错误接线状况的电接线保护装置

技术领域

本发明涉及用电安全保护领域，尤其涉及具有输入端与输出端之间的分断特性的电接线保护装置。

背景技术

由于用户接线的不规范，家用电器的电源有可能存在错误接线，例如将相线与零线交叉接线，使零线带电，或将地线与相线相连，使地线带电，这样易造成用电器的外壳绝缘性能下降或带电，导致触电事故发生。

现有的具有检测电源接线状况功能的剩余电流保护装置都是检测相线对地产生的剩余电流，达到设定值时切断电源供电。通常检测地线带电的方法是用电阻、氖灯或光耦等其它类似电子元件连接于零线与地线之间，通过氖灯点亮或光耦次边有输出来警示危险。此类方法由于选用较大阻值的电阻，需要地线与零线有较大电压差时才能完成检测。为尽可能保护人身安全，希望当地线相对于零线有36V电位差时就能有保护功能，采用传统方法难以实现。

因此需要有一种新的电接线保护装置，在地线与零线之间的压差无需很大的情况下就能检测出使用电源插座的错误接线状况，切断用电器的供电电源。

发明内容

本发明的一个主要目的在于，克服现有技术中的上述缺陷，提供一种在地线与零线之间的压差无需很大的情况下就能够检测出使用电源错误接线状况的电接线保护装置。

在一个实施例中，提供了一种电接线保护装置，其包括：

相线导体、零线导体、地线导体；

开关装置，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压差检测电路，配置为检测所述地线导体和零线导体之间的电压差；

信号处理电路，耦合到所述剩余电流检测电路、电压差检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压差检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述相线导体和零线导体作为该电流互感器的第一初级，该电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路；所述电压差检测电路的输入分别连接到所述地线导体和所述零线导体。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压差检测电路的输出耦合到所述电流互感器的第二初级，从而耦合到所述信号处理电路。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述零线导体连接到所述电接线保护装置的地，所述电压差检测电路分别连接到所述地线导体和所述电接线保护装置的地。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述信号处理电路包括可控硅元件，所述电压差检测电路的输出直接耦合到所述可控硅元件的控制极。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压差检测电路的输出通过一个光耦元件耦合到所述信号处理电路。

在电接线保护装置的一个实施例中，所述电压差检测电路包括一个硅双向触发二极管。

本发明所提供的电接线保护装置具有以下优点：电路结构简单，在不影响原有剩余电流动作性能的基础上，增加了对用电器使用的电源故障电压判断，能检测地线带电或相线零线交叉接线的故障状况。特别是在地线与零线之间的压差无需很大的情况下就能较好地判断出当电源插座的零线与地线间有压差的危险接线状态，并在此情况下断开用电器与电源的电连接，保护用电器使用者的人身安全。并且，上述功能的实现不需要人参加，自动完成检测动作功能，又能满足用电器生产商的在线耐压测试要求。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更加明显：

图1示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置100的电路图；

图2示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置200的电路图；

图3示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置300的电路图；

图4示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置400的电路图；

图5示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置500的电路图；

图6示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置600的电路图；

在图中，贯穿不同的示图，相同或类似的附图标记表示对应的特征。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置100的电路图。如图所示，电接线保护装置100包括：相线导体110、零线导体120、地线导体130、开关装置140、剩余电流检测电路150、电压差检测电路160、信号处理电路170以及激励装置180。

相线导体110包括输入接线端111和输出接线端117。零线导体120包括输入接线端121和输出接线端127。地线导体130包括输入接线端131和输出接线端137。输入接线端111、121、131通常按照一定的标准排列、固定，并从接线保护装置100的外壳伸出，从而形成插头。输出接线端117、127、137分别用于连接用电器的相应端子。

开关装置140配置为处于第一位置时使得所述相线导体110、零线导体120、地线导体130处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体110、零线导体120、地线导体130处于断路状态。具体地，该实施例中的开关装置140包括相线导体110中的开关141、零线导体120中的开关142以及地线导体130中的开关143。开关装置140处于第一位置对应于三个开关均处于闭合状态，处于第二位置对应于三个开关均处于断开状态。

剩余电流检测电路150配置为检测相线导体110和零线导体120的剩余电流。具体地，剩余电流检测电路150包括一个电流互感151，相线导体110和零线导体120形成电流互感器151的第一初级，由电流互感器151的次级感应生成剩余电流检测信号，并将该信号耦合到信号处理电路170。

电压差检测电路160配置为检测地线导体130和零线导体120之间的电压差。具体地，在该实施例中，电压差检测电路160包括：电容C7、限流电阻R6、稳压二极管ZD等。零线导体120连接到电接线保护装置的地，电压差检测电路160分别连接到地线导体130和电接线保护装置的地。因此，地线导体130通过电容C7、限流电阻R6、稳压二极管ZD连接到零线导体。稳压二极管ZD上的电压通过电阻R5和二极管D2耦合至可控硅元件Q1的控制极。当地线导体130带电时，在地线导体130与零线导体120之间的电压差检测电路160中存在交流信号。通过电容C7、限流电阻R6与稳压管ZD的参数调整，可以设定电压差检测电路160的工作模式。具体地，当地线导体130与零线导体120之间电位差低于一个设定值时，稳压管ZD未击穿，且ZD上的分压不足以触发可控硅元件Q1；当地线导体130与零线导体120之间的电压差大于该设定值时，稳压管ZD反向击穿，其反向击穿电压能够通过电阻R7使D2正向导通，从而触发可控硅元件Q1。例如可将起始动作值设定为对人体安全的36V电压，当相线导体110与零线导体120交叉接线时，或者任意其他可能出现的故障情况下，只要地线导体130和零线导体120之间的电压差达到36V，稳压管ZD上的电压就能通过电阻R7使D2正向导通，从而触发可控硅元件Q1。在交流信号的负半周，稳压管ZD呈现二极管性能，对电容C7放电，此时D2反偏不导通。

信号处理电路170，耦合到剩余电流检测电路150、电压差检测电路160，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压差检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号。

具体地，信号处理电路170包括控制芯片IC1和可控硅元件Q1等。剩余电流检测信号的预定错误条件是超过一个预定值，电压差检测信号的预定错误条件是地线导体130与零线导体120之间的电压差超过另一预定值；这两个预定值根据电接线保护装置100所遵循的安全标准以及相应器件的检测灵敏度而确定。

在图1所示的实施例中，由经过整流二极管D1的半波整流信号提供信号处理电路170的电源信号。电压差检测电路160的输出直接耦合到可控硅元件Q1的控制极。当稳压管ZD上的电压通过电阻R7使D2正向导通时，可控硅元件Q1被触发导通。

电流互感器151的次级耦合到控制芯片IC1。当剩余电流检测信号达到其预定错误条件时，控制芯片IC1输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。

激励装置180耦合到信号驱动电路170，配置为响应于该驱动信号而驱使所述开关装置140处于所述第二位置。

具体地，激励装置180包括螺线圈SOL。螺线圈SOL两端分别连接到相线导体110和信号处理电路170的输出。

激励装置180与开关装置140之间的耦合通常可以采用机械传动耦合。螺线圈SOL所缠绕的电磁铁中还包括可沿其径向移动的衔铁。开关装置140的三个开关141、142、143经由复位按钮的复位销、基本与复位销径向垂直的锁扣等元件，通过机械传动耦合到衔铁。当开关装置140处于第一位置时，三个开关均处于闭合状态，电路正常工作。当信号处理电路170因为电路异常而产生驱动信号，从而在螺线圈SOL中流过大电流，引起衔铁移动从而拉动或撞击锁扣，锁扣脱离与复位销的啮合从而释放复位销，复位销带动相关元件使得开关141、142、143断开，开关装置140从而处于第二位置，接线保护装置100输入侧与输出侧之间的电连接得以切断，电气安全得以保证。

当从输入侧接入交流电源、开关装置140处于第一位置并且电路正常工作时，发光二极管LED通电发亮，以指示正常工作状态。包括电阻R5和开关102的支路两端分别跨接于电流互感器151两侧的相线导体110和零线导体120。当闭合开关102时，在作为电流互感器151的初级的相线导体和零线导体上产生剩余电流，从而引起信号处理电路170产生驱动信号，激励装置180响应于此而使得开关装置140恢复到第二位置，切断输入侧和输出侧之间的电连接。

图2示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置200的电路图。如图所示，电接线保护装置200包括：相线导体210、零线导体220、地线导体230、开关装置240、剩余电流检测电路250、电压差检测电路260、信号处理电路270以及激励装置280。

电接线保护装置200的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，电压差检测电路260的输出耦合至控制芯片IC1，当地线导体130与零线导体120之间的电压差超过预定值时，稳压管ZD上的反向击穿电压耦合到控制芯片IC1，控制芯片IC1因而输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置280耦合到信号驱动电路270，配置为响应于该驱动信号而驱使所述开关装置240处于所述第二位置。亦即开关241、242、243均断开的位置，从而切断接线保护装置200输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

图3示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置300的电路图。如图所示，电接线保护装置300包括：相线导体310、零线导体320、地线导体330、开关装置340、剩余电流检测电路350、电压差检测电路360、信号处理电路370以及激励装置380。

电接线保护装置300的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，电压差检测电路360与信号处理电路370是电气隔离的。此外，电接线保护装置300还包括整流桥BD。螺线圈SOL两端分别连接到相线导体310和整流桥BD，由整流桥BD为信号处理电路370提供电源。在该实施例中，电压差检测电路360连接到光耦IC2的初级，信号处理电路370连接到光耦IC2的次级。电压差检测电路360输出的电压差检测信号通过光耦IC2耦合到可控硅控制极。当地线导体330与零线导体320之间的电压差大于预定值时，光耦IC2的初级导通，从而使得次级也导通，电流流过电阻R7、R8，从而输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置380耦合到信号驱动电路370，配置为响应于该驱动信号而驱使所述开关装置340处于所述第二位置。亦即开关341、342、343均断开的位置，从而切断接线保护装置300输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

图4示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置400的电路图。如图所示，电接线保护装置400包括：相线导体410、零线导体420、地线导体430、开关装置440、剩余电流检测电路450、电压差检测电路460、信号处理电路470以及激励装置480。

电接线保护装置400的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，电压差检测电路460并非直接耦合到信号处理电路470。在该实施例中，当地线导体430与零线导体420之间的电压差大于预定值时，稳压管ZD上的反向击穿电压通过二极管D8以及三极管Q2耦合到电流互感器451的第二初级，从而在电流互感器451的次级上产生感应信号并耦合到信号处理电路470(更具体地，耦合到控制芯片IC1)。在此情况下，电压差检测信号的预定错误条件还与电流互感器451的检测灵敏度有关。当由于电压差检测信号在电流互感器451的次级上感应出的信号达到其预定错误条件时，或者当剩余电流检测信号达到其预定错误条件时，控制芯片IC1输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起整流桥BD和螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置480响应于该驱动信号而驱使开关装置440处于第二位置，亦即开关441、442、443均断开的位置，从而切断接线保护装置400输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

图5示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置500的电路图。如图所示，电接线保护装置500包括：相线导体510、零线导体520、地线导体530、开关装置540、剩余电流检测电路550、电压差检测电路560、信号处理电路570以及激励装置580。

电接线保护装置500的电路设置类似于电接线保护装置100，主要区别在于，电压差检测电路560与信号处理电路570之间是电气隔离的。在这一实施例中，电压差检测电路560包括电容C7、限流电阻R6、硅控双向触发二极管DB以及二极管D6。其中硅控双向二极管DB当电压达到一定值时才能导通，导通后电流可以双向流动。类似于图3中的实施例，电接线保护装置500还包括整流桥BD。螺线圈SOL两端分别连接到相线导体510和整流桥BD，由整流桥BD为信号处理电路570提供电源。在该实施例中，电压差检测电路560输出的电压差检测信号耦合到光耦IC2的初级，信号处理电路570连接到光耦IC2的次级。电压差检测电路560输出的电压差检测信号通过光耦IC2耦合到可控硅。当地线导体530与零线导体520之间的电压差大于预定值时，光耦IC2的初级导通，从而使得次级也导通。电流流过电阻R7、R8，从而输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置580耦合到信号驱动电路570，配置为响应于该驱动信号而驱使所述开关装置540处于所述第二位置。亦即开关541、542、543均断开的位置，从而切断接线保护装置500输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

图6示出了根据本发明的一个实施例的电接线保护装置600的电路图。如图所示，电接线保护装置600包括：相线导体610、零线导体620、地线导体630、开关装置640、剩余电流检测电路650、电压差检测电路660、信号处理电路670以及激励装置680。

电接线保护装置600的电路设置类似于电接线保护装置300，不同之处仅在于减少了稳压管ZD，并且采用了不同的接线方式来指示工作状态。与电接线保护装置300类似，电压差检测电路660与信号处理电路670是电气隔离的。此外，电接线保护装置600还包括整流桥BD。螺线圈SOL两端分别连接到相线导体610和整流桥BD，由整流桥BD为信号处理电路670提供电源。在该实施例中，电压差检测电路660连接到光耦IC2的初级，信号处理电路670连接到光耦IC2的次级。电压差检测电路660输出的电压差检测信号通过光耦IC2耦合到可控硅。当地线导体630与零线导体620之间的电压差大于预定值时，光耦IC2的初级导通，从而使得次级也导通，电流流过电阻R7、R8，从而输出一个正电平信号到可控硅元件Q1的控制极，可控硅元件Q1因而被触发导通。

当可控硅元件Q1导通时，将流过大电流，从而引起螺线圈SOL上相应地流过大电流，该大电流信号即为驱动信号。激励装置680耦合到信号驱动电路670，配置为响应于该驱动信号而驱使所述开关装置640处于所述第二位置。亦即开关641、642、643均断开的位置，从而切断电接线保护装置600输入侧与输出侧之间的电连接，保证了电气安全。

电接线保护装置600中，当从输入侧接入交流电源、开关装置640处于第一位置并且电路正常工作时，发光二极管LED1通电发亮，以指示正常工作状态。地线导体630接线正常时，发光二极管LED2通电发亮，以指示地线接线正常。

本领域技术人员应能理解，上述实施例均是示例性而非限制性的。在不同实施例中出现的不同技术特征可以进行组合，以取得有益效果。本领域技术人员在研究附图、说明书及权利要求书的基础上，应能理解并实现所揭示的实施例的其他变化的实施例。在权利要求书中，术语“包括”并不排除其他装置或步骤；不定冠词“一个”不排除多个；术语“第一”、“第二”用于标示名称而非用于表示任何特定的顺序。权利要求中的任何附图标记均不应被理解为对保护范围的限制。某些技术特征出现在不同的从属权利要求中并不意味着不能将这些技术特征进行组合以取得有益效果。本专利覆盖在字面上或在等同原则下落入所附权利要求的范围的所有方法、装置和产品。

Claims (7)

1.一种电接线保护装置，其特征在于，包括：

相线导体(110)、零线导体(120)、地线导体(130)；

开关装置(140)，配置为处于第一位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于导通状态，以及处于第二位置时使得所述相线导体、零线导体、地线导体处于断路状态；

剩余电流检测电路(150)，配置为检测所述相线导体和零线导体的剩余电流；

电压差检测电路(160)，配置为检测所述地线导体和零线导体之间的电压差；

信号处理电路(170)，耦合到所述剩余电流检测电路、电压差检测电路，配置为至少响应于剩余电流检测信号和电压差检测信号的预定错误条件之一而产生驱动信号；

激励装置(180)，耦合到所述信号驱动电路，配置为响应于所述驱动信号而驱使所述开关装置处于所述第二位置。

2.根据权利要求1所述的电接线保护装置，其特征在于，所述剩余电流检测电路包括一个电流互感器，所述相线导体和零线导体作为该电流互感器的第一初级，该电流互感器的次级耦合到所述信号处理电路；所述电压差检测电路的输入分别连接到所述地线导体和所述零线导体。

3.根据权利要求2所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压差检测电路的输出耦合到所述电流互感器的第二初级，从而耦合到所述信号处理电路。

4.根据权利要求2所述的电接线保护装置，其特征在于，所述零线导体连接到所述电接线保护装置的地，所述电压差检测电路分别连接到所述地线导体和所述电接线保护装置的地。

5.根据权利要求2所述的电接线保护装置，其特征在于，所述信号处理电路包括可控硅元件，所述电压差检测电路的输出直接耦合到所述可控硅元件的控制极。

6.根据权利要求2所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压差检测电路的输出通过一个光耦元件耦合到所述信号处理电路。

7.根据权利要求6所述的电接线保护装置，其特征在于，所述电压差检测电路包括一个双向二极管。

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