CN104332946A - 一种接地故障保护电路及接地故障断路器 - Google Patents

一种接地故障保护电路及接地故障断路器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种接地故障保护电路及接地故障断路器，电路包括电源电路、漏电接地检测电路、信号放大整形电路、单片机控制电路、电源检测及工作指示电路、脱扣机构控制电路和反向接线检测并执行电路，电源电路的滤波稳压电路一与漏电接地检测电路连接、滤波稳压电路二与信号放大整形电路和单片机控制电路连接，漏电接地检测电路、信号放大整形电路和单片机控制电路依次连接，单片机控制电路分别与电源检测及工作指示电路和脱扣机构控制电路连接；断路器包括断路器本体和该本体内的接地故障保护电路。本发明通过增加反向接线检测并执行电路和模拟漏电电路，避免了接线错误和漏电故障带来的安全隐患，提高电路保护安全性。

Description

一种接地故障保护电路及接地故障断路器
技术领域
本发明涉及一种接地故障保护电路，还涉及使用电路的接地故障断路器。
背景技术
接地故障断路器GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter)是在美国、加拿大等北美、南美国家和地区广泛应用的漏电保护产品，对上述地区人民的生命财产安全起到了很好的保护作用。现有的GFCI通常包括底座、设有插孔的上盖、电磁脱扣机构、触头组件、接地组件、电源输入连接组件、输出连接组件等，其电路包括电源电路、漏电接地检测电路、信号放大电路、电源指示电路和脱扣机构控制电路，电磁脱扣机构受漏电接地检测电路控制而动作。GFCI可通过上盖的插孔为负载提供电源，也可以通过输出连接组件对连接在其上的负载供电。公开号为US2013021120A1、US2013038968A1的美国专利申请公开了上述现有的GFCI。
但是，现有的GFCI因电路设计限制，存在以下安全隐患：
首先，现有GFCI的电路缺乏完善的反向接线检测功能，当安装人员因误操作将电源线接反时，GFCI将可能无法发挥漏电保护功能，失去其接地故障保护的作用。因此，现有的GFCI存在安装风险，在发生电源线接反时，用户通常难以发现。
其次，现有GFCI产品的工作状态是通过手动检测电路来实现检测的，在GFCI产品安装后的使用过程中，用户要知道GFCI产品是否处于正常工作状态，需要按下手动检测电路的按钮才能知晓，这种设计要求用户定期对GFCI产品进行手动检查，一方面增加了用户的使用负担；另一方面，当GFCI产品在工作中发生损坏时，用户不能及时发现并予以更换；在GFCI产品发生故障后、用户通过手动检测知晓GFCI产品发生故障并对其予以更换前，用户电路存在安全隐患。
其三，现有GFCI产品的电源检测及工作指示电路结构简单，在工作状态下，只能显示GFCI产品是否处于带电状态，不能检测和显示GFCI产品是否处于正常工作状态，不能满足GFCI产品故障显示要求。
发明内容
本发明要解决的技术问题之一在于，提供一种接地故障保护电路，克服现有接地故障断路器电路或电弧故障断路器电路存在的安装风险，提高故障断路器的安全性。
本发明要解决的技术问题之二在于，提供一种接地故障断路器，克服现有接地故障断路器存在的安装风险，提高接地故障断路器的安全性。
本发明解决其技术问题之一所采用的技术方案是：构造一种接地故障保护电路，包括电源电路、漏电接地检测电路、信号放大整形电路、单片机控制电路、电源检测及工作指示电路和脱扣机构控制电路；
该电源电路包括滤波电路A、整流电路A、滤波稳压电路一和滤波稳压电路二，该滤波电路A连接市电输入端火线，该整流电路A的输入端分别连接市电输入端零线和该滤波电路A的输出端，该整流电路A的4脚输出端接地、3脚输出端分别接该滤波稳压电路一和滤波稳压电路二；
该漏电接地检测电路包括漏电检测电路和接地检测电路，分别对电路漏电故障和接地故障进行检测；
该信号放大整形电路包括相连接的漏电检测信号放大电路和信号整形电路，对漏电检测信号进行放大并进行信号整形；
该单片机控制电路实现该接地故障保护电路的上电自检和复位，包括单片机四C、滤波电容十四C和复位滤波电路，该复位滤波电路包括复位IC和滤波电容十二C，该复位IC的3脚接该接地故障保护电路的VCC端、2脚接该单片机四C的复位端、1脚接地，该滤波电容十二C分别连接该复位IC的1脚、2脚，该滤波电容十四C一端接该单片机四C的电源端、另一端接地，该单片机四C的电源端接该接地故障保护电路的VCC端、接地端接地；
该电源检测及工作指示电路包括相连接的电源检测电路和工作指示电路，实现对电源状态的检测和显示；
脱扣机构控制电路包括设置在该接地故障保护电路的火线和零线上的复位开关及其控制电路，该复位开关在该接地故障保护电路的火线和零线上的设置位置位于所述接地检测电路之后，该控制电路实现对该复位开关的控制；
该电源电路的滤波稳压电路一与该漏电接地检测电路连接，该电源电路的滤波稳压电路二与该信号放大整形电路和单片机控制电路连接，该漏电接地检测电路、信号放大整形电路和单片机控制电路依次连接，该单片机控制电路分别与该电源检测及工作指示电路和脱扣机构控制电路连接；
其特征在于，该接地故障保护电路还包括反向接线检测并执行电路；该反向接线检测并执行电路包括相连接的反向接线检测控制电路和检测并执行电路，实现在所述接地故障保护电路在复位状态和脱扣状态下的反向接线检测。
在本发明的一种接地故障保护电路中，所述电源电路的滤波电路A包括电感三A；所述滤波稳压电路一包括限流电阻五A、滤波电容四A和漏电信号处理IC五A6脚的内部稳压电路，该限流电阻五A两端分别连接所述整流电路A的3脚输出端和该漏电信号处理IC五A6脚，该滤波电容四A连接在该漏电信号处理IC五A6脚与地之间；所述滤波稳压电路二包括限流电阻二A、稳压管A、滤波电容七A、滤波电容六C、滤波电容十三C、滤波电容七C、电源IC二C、滤波电容八C、滤波电容九C、滤波电容十七C和滤波电容十C；该限流电阻二A一端连接所述整流电路A的3脚、另一端连接所述电源IC二C的2脚，该稳压管A的正极接地、负极接该电源IC二C的2脚，该滤波电容七A、滤波电容六C、滤波电容十三C、滤波电容七C一端接地、另一端接该电源IC二C的2脚，该滤波电容八C、滤波电容九C、滤波电容十七C和滤波电容十C一端接地、另一端接该电源IC二C的3脚，该电源IC二C的3脚接该接地故障保护电路VCC端、1脚接地；
所述漏电接地检测电路的漏电检测电路包括电流耦合感应线圈一A和电容六A，该电容六A连接在该电流耦合感应线圈一A两端构成滤波电路，该滤波电路连接所述信号放大整形电路的漏电信号处理IC五A的2脚和3脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈一A；
所述漏电接地检测电路的接地检测电路包括电流耦合感应线圈二A和电容三A，该电容三A连接在该电流耦合感应线圈二A两端构成滤波电路，该滤波电路一端接地、另一端接信号放大整形电路的漏电信号处理IC五A的7脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈二A。
在本发明的一种接地故障保护电路中，所述信号放大整形电路的漏电检测信号放大电路包括漏电信号处理IC五A、耦合电容一A、负反馈电阻四A和耦合电容二A，该耦合电容一A、负反馈电阻四A和耦合电容二A依次串联在所述电流耦合感应线圈一A和电流耦合感应线圈二A之间，该负反馈电阻四A两端分别连接该漏电信号处理IC五A的1脚和7脚；
所述信号放大整形电路的信号整形电路包括运算放大器B、滤波电容二B、滤波电容三B、限流电阻三B、分压电阻一B、分压电阻四B、滤波电容十六B、滤波电容一B、滤波电容十八B和分压电阻二B；该滤波电容二B、滤波电容三B两端并联后一端接地、另一端接所述漏电信号处理IC五A的5脚；该限流电阻三B一端接所述漏电信号处理IC五A的5脚、另一端接该运算放大器B的3脚；该分压电阻一B、分压电阻四B依次串联在电源电压与地之间，该分压电阻一B与分压电阻四B的连接端与该运算放大器B的2脚连接；所述滤波电容十六B与该分压电阻四B两端并联；运算放大器B电源端和接地端分别连接该接地故障保护电路的电源电压和地；该滤波电容一B两端分别接运算放大器B的电源端和地；该分压电阻二B与滤波电容十八B依次串接在该接地故障保护电路的电源电压和地之间，该分压电阻二B与滤波电容十八B的连接端连接该运算放大器B的1脚连接；该运算放大器B的1脚连接所述单片机四C的控制信号输入端；
所述电源检测及工作指示电路的电源检测电路包括整流电路A、限流电阻五A、漏电信号处理IC五A6脚的内部稳压电路、滤波电容四A、分压电阻六C、分压电阻五C、滤波电容十一C和单片机四C；该限流电阻五A两端分别连接该整流电路A的3脚输出端和该漏电信号处理IC五A6脚，该滤波电容四A连接在该漏电信号处理IC五A6脚与地之间，该分压电阻六C一端接该漏电信号处理IC五A的6脚、另一端与该分压电阻五C串联接地，该分压电阻六C与该分压电阻五C连接端接该单片机四C的检测端，该滤波电容十一C一端接地、另一端接该单片机四C的检测端；
所述电源检测及工作指示电路的工作指示电路包括所述单片机四C的正常信号输出端和错误信号输出端、限流电阻八C、限流电阻十一C和红绿双色LED指示灯C，该限流电阻八C连接在该单片机四C的错误信号输出端与该红绿双色LED指示灯C的红灯负极之间，该限流电阻十一C连接在该单片机四C的正常信号输出端与该红绿双色LED指示灯C的绿灯负极之间，该红绿双色LED指示灯C的红灯正极、绿灯正极连接该接地故障保护电路的VCC端。
在本发明的一种接地故障保护电路中，所述脱扣机构控制电路的控制电路包括所述单片机四C、滤波电容五C、限流电阻七C、单向可控硅一A、滤波电容十二A、浪涌吸收电阻二十一A和继电器三A，该滤波电容五C连接在该单片机四C的触发信号一端与地之间，该限流电阻七C连接在该单片机四C的触发信号一端与该单向可控硅一A的控制极之间，该单向可控硅一A的阳极接该继电器三A的线圈与所述整流电路A的交流输入连接端、阴极接地，该滤波电容十二A、浪涌吸收电阻二十一A串接在该单向可控硅一A的阳极与地之间，该继电器三A通过机构传动驱动所述复位开关动作；
所述反向接线检测并执行电路的反向接线检测控制电路包括所述单片机四C、滤波电容十五C、触发限流电阻十C、强弱电隔离光耦六A、触发限流电阻十九A、防误触发电阻二十A和双向可控硅三A；该滤波电容十五C连接在该单片机四C的可控硅触发端与接地端之间，该触发限流电阻十C连接在该单片机四C的可控硅触发端与该强弱电隔离光耦六A的触发控制端，该强弱电隔离光耦六A的电源端接该接地故障保护电路的VCC端，该触发限流电阻十九A一端接该强弱电隔离光耦六A的第一输出端、另一端接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端；防误触发电阻二十A连接在该双向可控硅三A的控制极与第一T2极之间，该双向可控硅三A的控制极接该强弱电隔离光耦六A的第二输出端、第二T2极接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端；
所述反向接线检测并执行电路的检测并执行电路包括滤波电容十一A、滤波电容十三A、常闭触点一A、常开触点二A、电阻十八A、常闭开关二A和反向继电器四A；该滤波电容十一A、滤波电容十三A相串联，与该常闭触点一A、常开触点二A分别连接在该双向可控硅三A的第一T2极与该接地故障保护电路的市电电源火线输出端之间，该滤波电容十一A的一端接该双向可控硅三A的第一T2极；该电阻十八A一端连接在该滤波电容十一A与该滤波电容十三A连接的一端、另一端连接在该接地故障保护电路的市电电源零线输出端上；该常闭开关二A设置在该接地故障保护电路市电电源的火线与零线上，并位于该接地故障保护电路市电电源火线、零线的输出端与所述复位开关之间；该常闭开关二A与该常开触点二A联动；该反向继电器四A的控制端一端接该双向可控硅三A的第一T2极、另一端接该接地故障保护电路的市电电源零线输出端；该反向继电器四A通过机构驱动该常闭开关二A动作。
在本发明的一种接地故障保护电路中，所述电源电路包括压敏电阻一A和过流保护电阻一A，该压敏电阻一A连接在该接地故障保护电路的市电火线输入端与市电零线输入端之间；该过流保护电阻一A连接在该接地故障保护电路的市电火线输入端与所述电源电路的滤波电路A输入端之间。
在本发明的一种接地故障保护电路中，包括模拟漏电电路，该模拟漏电电路包括所述单片机四C、滤波电容四C、限流电阻九C、单向可控硅二A和限流电阻十A；该滤波电容四C一端接地、另一端接该单片机四C的触发信号二端，该限流电阻九C一端接该单片机四C的触发信号二端、另一端接该单向可控硅二A的控制极，该单向可控硅二A与该限流电阻十A串联连接在该接地故障保护电路的市电火线与地之间，该单向可控硅二A的阳极接高电位端，该单向可控硅二A与该限流电阻十A串联连接该接地故障保护电路的市电火线的连接点位于该市电火线穿过所述电流耦合感应线圈二A之后、所述复位开关之前。
本发明解决其技术问题之二所采用的技术方案是：构造一种接地故障断路器，包括断路器本体，其特征在于，该断路器本体的接地故障保护电路如上所述。
实施本发明的一种接地故障保护电路及接地故障断路器，与现有技术比较，其有益效果是：
1.通过增加反向接线检测并执行电路，使接地故障保护电路及接地故障断路器具备对断路器的安装接线是否正确自动进行检测，在安装接线误操作导致接线错误时，显示接线错误，避免了因接线错误导致断路器保护功能失效所带来的电路安全隐患；
2.通过增加模拟漏电电路，使接地故障保护电路及接地故障断路器在工作状态具备自动漏电检测功能，当断路器在工作状态发生漏电等故障导致断路器保护功能失效时，能及时发现断路器故障并报警，提示用户及时更换断路器，避免了不能及时发现断路器故障所带来的电路安全隐患。
3.接地故障保护电路不仅可用于接地故障断路器(GFCI)，还可用于电弧故障断路器(AFCI)等产品。
4.电路简单，容易实施。
附图说明
图1是本发明接地故障保护电路一种实施例的原理框图。
图2是本发明接地故障保护电路另一种实施例的原理框图。
图3是本发明接地故障保护电路一种实施例的电路图之一。
图4是本发明接地故障保护电路一种实施例的电路图之二。
图5是本发明接地故障保护电路一种实施例的电路图之三。
图6是本发明接地故障断路器一种实施例的立体图。
具体实施方式
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
附图中的电路符号在说明书中的命名规制为：“电路符号_图号”。如附图3中的整流电路DB1命名为整流电路DB1_3。
如图1、图3、图4、图5所示，本发明的接地故障保护电路包括电源电路90、漏电接地检测电路20、信号放大整形电路30、单片机控制电路10、电源检测及工作指示电路60、脱扣机构控制电路80、手动检测电路40、模拟漏电电路50和反向接地检测并执行电路70。其中：
电源电路90包括滤波电路A、整流电路DB1_3、滤波稳压电路一和滤波稳压电路二。滤波电路A连接市电输入端火线，整流电路DB1_3的输入端分别连接市电输入端零线和滤波电路A的输出端，整流电路DB1_3的4脚输出端接地、3脚输出端分别接该滤波稳压电路一和滤波稳压电路二。
电源电路90的滤波稳压电路一与漏电接地检测电路20连接，电源电路90的滤波稳压电路二与信号放大整形电路30和单片机控制电路10连接，漏电接地检测电路20、信号放大整形电路30和单片机控制电路10依次连接，手动检测电路40与漏电接地检测电路20连接。单片机控制电路10分别与模拟漏电电路50、电源检测及工作指示电路60、反向接地检测并执行电路70、脱扣机构控制电路80连接，模拟漏电电路50与漏电接地检测电路20连接。
漏电接地检测电路20包括漏电检测电路和接地检测电路，分别对电路漏电故障和接地故障进行检测。
信号放大整形电路30包括相连接的漏电检测信号放大电路和信号整形电路，对漏电检测信号进行放大并进行信号整形。
单片机控制电路10包括单片机U4_5、滤波电容C14_5和复位滤波电路。复位滤波电路包括复位ICU3_5和滤波电容C12_5，该复位IC U3_5的3脚接该接地故障保护电路的VCC端、2脚接单片机U4_5的复位端(4脚)、1脚接地；滤波电容C12_5分别连接该复位IC U3_5的1脚、2脚；滤波电容C14_5一端接该单片机U3_5的电源端(1脚)、另一端接地；单片机U3_5的电源端(1脚)接该接地故障保护电路的VCC端、接地端(14脚)接地。单片机控制电路10实现该接地故障保护电路的上电自检和复位。
电源检测及工作指示电路60包括相连接的电源检测电路和工作指示电路，实现对电源状态的检测和显示。
脱扣机构控制电路80包括设置在该接地故障保护电路的火线L和零线N上的复位开关S1_3及其控制电路，该复位开关S1_3在该接地故障保护电路的火线L和零线N上的设置位置位于接地检测电路之后。控制电路实现对该复位开关S1_3的控制。
手动检测电路40包括限流电阻R1_3和按压开关S3_3，该限流电阻R1_3与按压开关S3_3向串联，一端连接该接地故障保护电路的零线N输入端、另一端连接该接地故障保护电路火线的插座输出端。
在其它实施例中，如图2所示，不设置手动检测电路40，不影响本发明目的的实现。
如图3、图5所示，在本实施例中，模拟漏电电路50包括单片机U4_5、滤波电容C4_5、限流电阻R9_5、单向可控硅SCR2_3和限流电阻R10_3。滤波电容C4_5一端接地、另一端接该单片机U4_5的触发信号Trig2端，限流电阻R9_5一端接该单片机U4_5的触发信号Trig2端、另一端接该单向可控硅SCR2_3的控制极。该单向可控硅SCR2_3与该限流电阻R10_3串联连接在该接地故障保护电路的市电火线与地之间，该单向可控硅SCR2_3的阳极接高电位端(可以是该单向可控硅SCR2_3的阴极接地，也可以是限流电阻R9_5接地)，该单向可控硅SCR2_3与该限流电阻R10_3串联连接该接地故障保护电路的市电火线L的连接点位于该市电火线L穿过电流耦合感应线圈T2_3之后、复位开关S1_3之前。
在其它实施例中，不设置模拟漏电电路50，不影响本发明基本发明目的的实现。
反向接地检测并执行电路70包括相连接的反向接线检测控制电路和检测并执行电路，实现接地故障保护电路在复位状态和脱扣状态下的反向接线检测。
反向接地检测并执行电路70的反向接线检测控制电路包括电流耦合感应线圈T1_3和电容C6_3，该电容C6_3连接在该电流耦合感应线圈T1_3两端构成滤波电路，该滤波电路连接信号放大整形电路的漏电信号处理ICU5_3(见下述)的2脚和3脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈T1_3。
反向接地检测并执行电路70的检测并执行电路包括电流耦合感应线圈T2_3和电容C3_3，该电容C3_3连接在该电流耦合感应线圈T2_3两端构成滤波电路，该滤波电路一端接地、另一端接信号放大整形电路的漏电信号处理ICU5_3(见下述)的7脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈T2_3。
如图3、图5所示，在本实施例中，电源电路90的滤波电路A包括电感T3_3。滤波稳压电路一包括限流电阻R5_3、滤波电容C4_3和漏电信号处理ICU5_3的6脚的内部稳压电路。整流电路DB1_3(本实施例采用全桥整流电路，在其它实施例中，采用半波整流电路等整流电路，也能够实现本发明目的)，该限流电阻R5_3两端分别连接整流电路DB1_3的3脚输出端和该漏电信号处理IC U5_3的6脚，滤波电容C4_3连接在该漏电信号处理IC U5_3的6脚与地之间。滤波稳压电路二包括限流电阻R2_3、稳压管DZ1_3、滤波电容C7_3、滤波电容C6_5、滤波电容C13_5、滤波电容C7_5、电源ICU2_5、滤波电容C8_5、滤波电容C9_5、滤波电容C17_5和滤波电容C10_5；限流电阻R2_3一端连接整流电路DB1的3脚、另一端连接电源IC U2_5的2脚，稳压管DZ1_3的正极接地、负极接该电源IC U2_5的2脚，滤波电容C7_3、滤波电容C6_5、滤波电容C13_5、滤波电容C7_5一端接地、另一端接该电源IC U2_5的2脚，滤波电容C8_5、滤波电容C9_5、滤波电容17_5和滤波电容C10_5一端接地、另一端接该电源IC U2_5的3脚，该电源IC U2_5的3脚接该接地故障保护电路的VCC端、1脚接地。
如图3、图5所示，在本实施例中，信号放大整形电路30的漏电检测信号放大电路包括漏电信号处理ICU5_3、耦合电容C1_3、负反馈电阻R4_3和耦合电容C2_3，该耦合电容C1_3、负反馈电阻R4_3和耦合电容C2_3依次串联在电流耦合感应线圈T1_3和电流耦合感应线圈T2_3之间，该负反馈电阻R4_3两端分别连接该漏电信号处理ICU5_3的1脚和7脚。
如图4、图5所示，在本实施例中，信号放大整形电路30的信号整形电路包括运算放大器U1A_4、滤波电容C2_4、滤波电容C3_4、限流电阻R3_4、分压电阻R1_4、分压电阻R4_4、滤波电容C16_4、滤波电容C1_4、滤波电容C18_4和分压电阻R2_4；该滤波电容C2_4、滤波电容C3_4两端并联后一端接地、另一端接漏电信号处理IC U5_3的5脚；该限流电阻R3_4一端接漏电信号处理IC U5_3的5脚、另一端接该运算放大器U1A_4的3脚；该分压电阻R1_4、分压电阻R4_4依次串联在电源电压VCC与地之间，该分压电阻R1_4与分压电阻R4_4的连接端与该运算放大器U1A_4的2脚连接；滤波电容C16_4与该分压电阻R4_4两端并联；运算放大器U1A_4电源端和接地端分别连接该接地故障保护电路的电源电压VCC和地；该滤波电容C1_4两端分别接运算放大器U1A_4的电源端和地；该分压电阻二B与滤波电容十八B依次串接在该接地故障保护电路的电源电压和地之间，该分压电阻R2_4与滤波电容C18_4的连接端连接该运算放大器U1A_4的1脚连接；该运算放大器U1A_4的1脚连接单片机U4_5的控制信号输入端(13脚)。
如图3、图5所示，在本实施例中，电源检测及工作指示电路60的电源检测电路包括整流电路DB1_3(本实施例采用全桥整流电路)、限流电阻R5_3、漏电信号处理ICU5_3的6脚的内部稳压电路、滤波电容C4_3、分压电阻R6_5、分压电阻R5_5、滤波电容C11_5和单片机U4_5。限流电阻R5_3两端分别连接该整流电路DB1_3的3脚输出端和该漏电信号处理IC U5_3的6脚，该滤波电容C4_3连接在该漏电信号处理IC U5_3的6脚与地之间，该分压电阻R6_5一端接该漏电信号处理IC U5_3的6脚、另一端与该分压电阻R5_5串联接地，该分压电阻R6_5与该分压电阻R5_5连接端接该单片机四C的检测端，该滤波电容十一C一端接地、另一端接该单片机U4_5的检测端(6脚)。
如图5所示，在本实施例中，电源检测及工作指示电路60的工作指示电路包括单片机U4_5的正常信号输出端(3脚)和错误信号输出端(2脚)、限流电阻R8_5、限流电阻R11_5和红绿双色LED指示灯。该限流电阻R8_5连接在该单片机U4_5的错误信号输出端(2脚)与该红绿双色LED指示灯的红灯负极之间，该限流电阻R11_5连接在该单片机U4_5的正常信号输出端(3脚)与该红绿双色LED指示灯的绿灯负极之间，该红绿双色LED指示灯的红灯正极、绿灯正极连接该接地故障保护电路的电源电压端VCC。
如图3、图5所示，在本实施例中，脱扣机构控制电路80的控制电路包括单片机U4_5、滤波电容C5_5、限流电阻R7_5、单向可控硅SCR1_3、滤波电容C12_3、浪涌吸收电阻R21_3和继电器T3_3。该滤波电容C5_5连接在该单片机U4_5的触发信号一端(5脚)与地之间，该限流电阻R7_5连接在该单片机U4_5的触发信号一端(5脚)与该单向可控硅SCR1_3的控制极之间，该单向可控硅SCR1_3的阳极接该继电器T3_3的线圈与整流电路DB1_3的交流输入连接端(1脚)、阴极接地，该滤波电容C12_3、浪涌吸收电阻R21_3串接在该单向可控硅SCR1_3的阳极与地之间，该继电器T3_3通过机构传动驱动复位开关S1_3动作。C12_3和R21_3起浪涌吸收作用，防止继电器T3_3导通后截止时产生的浪涌电压对SCR1_3以及后续电路产生破坏，保证电路可靠工作。正常时S1_3处于接通状态，保证负载电路正常供电，出现异常时，SCR1_3导通，T3_3继电器工作，通过机构传动，断开S1_3开关，切断负载供电。
如图3、图5所示，在本实施例中，反向接线检测并执行电路70的反向接线检测控制电路包括单片机U4_5、滤波电容C15_5、触发限流电阻R10_5、强弱电隔离光耦U6_3、触发限流电阻R19_3、防误触发电阻R20_3和双向可控硅SCR3_3。该滤波电容C15_5连接在该单片机U4_5的可控硅触发端(8脚)与接地端(14脚)之间，该触发限流电阻R10_5连接在该单片机U4_5的可控硅触发端(8脚)与该强弱电隔离光耦U6_3的触发控制端，该强弱电隔离光耦U6_3的电源端接该接地故障保护电路的电源电压端VCC，该触发限流电阻R19_3一端接该强弱电隔离光耦U6_3的第一输出端、另一端接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端L2_3；防误触发电阻R20_3连接在该双向可控硅SCR3_3的控制极与第一T2极之间，该双向可控硅SCR3_3的控制极接该强弱电隔离光耦U6_3的第二输出端、第二T2极接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端L2_3。
如图3所示，在本实施例中，反向接线检测并执行电路70的检测并执行电路包括滤波电容C11_3、滤波电容C13_3、常闭触点K1_3、常开触点K2_3、电阻R18_3、常闭开关S2_3和反向继电器T4_3。该滤波电容C11_3、滤波电容C13_3相串联，与该常闭触点K1_3、常开触点K2_3分别连接在该双向可控硅SCR3_3的第一T2极与该接地故障保护电路的市电电源火线输出端L2_3之间，该滤波电容C11_3的一端接该双向可控硅SCR3_3的第一T2极。该电阻R18_3一端连接在该滤波电容C11_3与该滤波电容C13_3连接的一端、另一端连接在该接地故障保护电路的市电电源零线输出端N2_3上，R18_3与C11_3、C13_3组成浪涌吸收电路，吸收负载电路和反向继电器T4_3产生的浪涌电压，保护电路正常工作。该常闭开关S2_3二A设置在该接地故障保护电路市电电源的火线L_3与零线N_3上，并位于该接地故障保护电路市电电源火线L_3、零线N_3的输出端与复位开关S1_3之间。该常闭开关S2_3与该常开触点K2_3联动。该反向继电器T4_3的控制端一端接该双向可控硅SCR3_3的第一T2极、另一端接该接地故障保护电路的市电电源零线输出端N2_3。该反向继电器T4_3通过机构驱动该常闭开关S2_3动作。
如图3所示，在本实施例中，电源电路90还设置了压敏电阻RY1_3和过流保护电阻F1_3，压敏电阻RY1_3连接在该接地故障保护电路的市电火线L_3输入端与市电零线N_3输入端之间，该过流保护电阻F1_3连接在该接地故障保护电路的市电火线L_#输入端与电源电路90的滤波电路A的输入端之间。
在其它实施例中，电源电路90不设置压敏电阻RY1_3和过流保护电阻F1_3，不影响本发明目的的实现。
如图6所示，本发明的接地故障断路器100(GFCI)包括断路器本体101，该断路器本体101内的接地故障保护电路采用如上所述的本发明的接地故障保护电路，在此不再赘述。
本发明的接地故障断路器100(GFCI)工作原理如下：
1、单片机U4_5开机上电自检(正常接电，S1复位状态下)：U4_5的PIN1脚供电、PIN4脚复位信号、PIN6脚电源检测信号都正常以后(如果PIN6脚检测不到高电平，单片机U4_5会直接在PIN2脚输出低电平，驱动红色LED常亮，提醒用户本GFCI失效，需更换)，上电自检分两步：第一步，自动反向接线检测：U4_5的PIN8首先会输出15ms的低电平反向接线自动检测驱动信号，通过C15_5、R10_5让U6_3导通，触发双向可控硅SCR3_3导通，T4_3通过L2、SCR3_3到N2得电，S2_3常闭触点断开，L2与N2断电，瞬间T4_3又失电，S2_3常闭触点又闭合，L2与N2又得电给负载和T4_3供电，T4_3得电后，S2_3常闭触点又断开，L2与N2又失电，T4_3也失电，这样S2_3又闭合，给负载和T4_3供电，最终15ms过后，SCR3_3彻底断开，T4_3完全失电，S2_3完全闭合，确保负载正常供电(通常情况S2_3会有1-3次的得失电的震动状况，属于正常状态)。此时，如电源接反(从L2/N2端接入)，在U4_5的PIN8脚输出15ms低电平控制反向继电器T4_3导通的瞬间，T4_3的常开触点K2_3会闭合，电源同时会通过L2/N2和K2_3给T4_1供电，此时，即便15ms的低电平触发信号过后，T4_3还是会有电吸合，断开L/N和插座L1/N1的供电，确保用户使用安全。第二步，单片机U4_5再进入开机漏电自检程序。U4_5的PIN12输出50ms的高电平控制信号，通过R9_5限流后驱动可控硅SCR2_3导通，火线L通过R10_3模拟漏电，正常情况，此漏电信号通过漏电接地检测电路20、信号放大整形电路30后，单片机U4_5会在其PIN13脚检测到一个高电平信号，这时，单片机U4_5的PIN3脚会输出一个低电平信号，驱动绿色LED灯点亮，表示电路已经进入正常工作。此时，如果单片机U4_5的PIN13脚没有检测到高电平信号，则表示从PIN13的输出端到漏电接地检测电路20、信号放大整形电路30整个环路存在异常，单片机U4_5的PIN3脚输出高电平、PIN2脚输出低电平，红色LED点亮，表示电路失效，提醒用户及时更换。
2、自动反向接线保护：分脱扣状态和复位状态。复位状态的反向自检保护功能见如上开机自检所述。脱扣状态的自检保护功能如下：在脱扣状态下，S1_3断开，K1_3闭合，继电器T4_3通过K1_3直接连接到L2_3得电吸合，常闭触点S2_3断开，常开触点K2_3闭合，让继电器T4_3自锁，只要线接反，继电器就长期处于自锁状态，接地故障断路器的插座和L/N就永远断电，提醒用户接线错误，需重新安装。
3、漏电、接地异常断电保护：电路正常工作状态，如果负载有漏电或异常接地状况，GFCI会通过T1_3和T2_3感应到相应的异常信号，然后分别通过C6_3、C3_3滤波，C1_3、C2_3耦合到U5_3的PIN1和PIN7脚,通过U5_3信号放大，然后到U1A_4信号整形后送至单片机U4_5的PIN13脚，PIN13检测到高电平信号后会在其PIN5脚输出25ms的高电平控制信号，通过C5_5滤波，R7_5限流后触发可控硅SCR1_3导通，继电器T3_3瞬间通过很大电流，驱动脱扣机构脱扣，复位按钮S1_3断开，负载电路及插座断电，保护后续电路及用户生命财产安全。
4、定期循环自检：单片机U4_5设定从上电自检自后，每150分钟(由程序设定)自检一次。自检工作原理同单片机U4_5上电自检第二步的漏电自检程序。

Claims (8)

1.一种接地故障保护电路，包括电源电路、漏电接地检测电路、信号放大整形电路、单片机控制电路、电源检测及工作指示电路和脱扣机构控制电路；
该电源电路包括滤波电路A、整流电路A、滤波稳压电路一和滤波稳压电路二，该滤波电路A连接市电输入端火线，该整流电路A的输入端分别连接市电输入端零线和该滤波电路A的输出端，该整流电路A的4脚输出端接地、3脚输出端分别接该滤波稳压电路一和滤波稳压电路二；
该漏电接地检测电路包括漏电检测电路和接地检测电路，分别对电路漏电故障和接地故障进行检测；
该信号放大整形电路包括相连接的漏电检测信号放大电路和信号整形电路，对漏电检测信号进行放大并进行信号整形；
该单片机控制电路实现该接地故障保护电路的上电自检和复位，包括单片机四C、滤波电容十四C和复位滤波电路，该复位滤波电路包括复位IC和滤波电容十二C，该复位IC的3脚接该接地故障保护电路的VCC端、2脚接该单片机四C的复位端、1脚接地，该滤波电容十二C分别连接该复位IC的1脚、2脚，该滤波电容十四C一端接该单片机四C的电源端、另一端接地，该单片机四C的电源端接该接地故障保护电路的VCC端、接地端接地；
该电源检测及工作指示电路包括相连接的电源检测电路和工作指示电路，实现对电源状态的检测和显示；
脱扣机构控制电路包括设置在该接地故障保护电路的火线和零线上的复位开关及其控制电路，该复位开关在该接地故障保护电路的火线和零线上的设置位置位于所述接地检测电路之后，该控制电路实现对该复位开关的控制；
该电源电路的滤波稳压电路一与该漏电接地检测电路连接，该电源电路的滤波稳压电路二与该信号放大整形电路和单片机控制电路连接，该漏电接地检测电路、信号放大整形电路和单片机控制电路依次连接，该单片机控制电路分别与该电源检测及工作指示电路和脱扣机构控制电路连接；
其特征在于，该接地故障保护电路还包括反向接线检测并执行电路；该反向接线检测并执行电路包括相连接的反向接线检测控制电路和检测并执行电路，实现在所述接地故障保护电路在复位状态和脱扣状态下的反向接线检测。
2.如权利要求1所述的接地故障保护电路，其特征在于，
所述电源电路的滤波电路A包括电感三A；所述滤波稳压电路一包括限流电阻五A、滤波电容四A和漏电信号处理IC五A6脚的内部稳压电路，该限流电阻五A两端分别连接所述整流电路A的3脚输出端和该漏电信号处理IC五A6脚，该滤波电容四A连接在该漏电信号处理IC五A6脚与地之间；所述滤波稳压电路二包括限流电阻二A、稳压管A、滤波电容七A、滤波电容六C、滤波电容十三C、滤波电容七C、电源IC二C、滤波电容八C、滤波电容九C、滤波电容十七C和滤波电容十C；该限流电阻二A一端连接所述整流电路A的3脚、另一端连接所述电源IC二C的2脚，该稳压管A的正极接地、负极接该电源IC二C的2脚，该滤波电容七A、滤波电容六C、滤波电容十三C、滤波电容七C一端接地、另一端接该电源IC二C的2脚，该滤波电容八C、滤波电容九C、滤波电容十七C和滤波电容十C一端接地、另一端接该电源IC二C的3脚，该电源IC二C的3脚接该接地故障保护电路的VCC端、1脚接地；
所述漏电接地检测电路的漏电检测电路包括电流耦合感应线圈一A和电容六A，该电容六A连接在该电流耦合感应线圈一A两端构成滤波电路，该滤波电路连接所述信号放大整形电路的漏电信号处理IC五A的2脚和3脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈一A；
所述漏电接地检测电路的接地检测电路包括电流耦合感应线圈二A和电容三A，该电容三A连接在该电流耦合感应线圈二A两端构成滤波电路，该滤波电路一端接地、另一端接信号放大整形电路的漏电信号处理IC五A的7脚；该接地故障保护电路的市电电源线穿过该电流耦合感应线圈二A。
3.如权利要求2所述的接地故障保护电路，其特征在于，
所述信号放大整形电路的漏电检测信号放大电路包括漏电信号处理IC五A、耦合电容一A、负反馈电阻四A和耦合电容二A，该耦合电容一A、负反馈电阻四A和耦合电容二A依次串联在所述电流耦合感应线圈一A和电流耦合感应线圈二A之间，该负反馈电阻四A两端分别连接该漏电信号处理IC五A的1脚和7脚；
所述信号放大整形电路的信号整形电路包括运算放大器B、滤波电容二B、滤波电容三B、限流电阻三B、分压电阻一B、分压电阻四B、滤波电容十六B、滤波电容一B、滤波电容十八B和分压电阻二B；该滤波电容二B、滤波电容三B两端并联后一端接地、另一端接所述漏电信号处理IC五A的5脚；该限流电阻三B一端接所述漏电信号处理IC五A的5脚、另一端接该运算放大器B的3脚；该分压电阻一B、分压电阻四B依次串联在电源电压与地之间，该分压电阻一B与分压电阻四B的连接端与该运算放大器B的2脚连接；所述滤波电容十六B与该分压电阻四B两端并联；运算放大器B电源端和接地端分别连接该接地故障保护电路的电源电压和地；该滤波电容一B两端分别接运算放大器B的电源端和地；该分压电阻二B与滤波电容十八B依次串接在该接地故障保护电路的电源电压和地之间，该分压电阻二B与滤波电容十八B的连接端连接该运算放大器B的1脚连接；该运算放大器B的1脚连接所述单片机四C的控制信号输入端；
所述电源检测及工作指示电路的电源检测电路包括整流电路A、限流电阻五A、漏电信号处理IC五A6脚的内部稳压电路、滤波电容四A、分压电阻六C、分压电阻五C、滤波电容十一C和单片机四C；该限流电阻五A两端分别连接该整流电路A的3脚输出端和该漏电信号处理IC五A6脚，该滤波电容四A连接在该漏电信号处理IC五A6脚与地之间，该分压电阻六C一端接该漏电信号处理IC五A的6脚、另一端与该分压电阻五C串联接地，该分压电阻六C与该分压电阻五C连接端接该单片机四C的检测端，该滤波电容十一C一端接地、另一端接该单片机四C的检测端；
所述电源检测及工作指示电路的工作指示电路包括所述单片机四C的正常信号输出端和错误信号输出端、限流电阻八C、限流电阻十一C和红绿双色LED指示灯C，该限流电阻八C连接在该单片机四C的错误信号输出端与该红绿双色LED指示灯C的红灯负极之间，该限流电阻十一C连接在该单片机四C的正常信号输出端与该红绿双色LED指示灯C的绿灯负极之间，该红绿双色LED指示灯C的红灯正极、绿灯正极连接该接地故障保护电路的VCC端。
4.如权利要求3所述的接地故障保护电路，其特征在于，
所述脱扣机构控制电路的控制电路包括所述单片机四C、滤波电容五C、限流电阻七C、单向可控硅一A、滤波电容十二A、浪涌吸收电阻二十一A和继电器三A，该滤波电容五C连接在该单片机四C的触发信号一端与地之间，该限流电阻七C连接在该单片机四C的触发信号一端与该单向可控硅一A的控制极之间，该单向可控硅一A的阳极接该继电器三A的线圈与所述整流电路A的交流输入连接端、阴极接地，该滤波电容十二A、浪涌吸收电阻二十一A串接在该单向可控硅一A的阳极与地之间，该继电器三A通过机构传动驱动所述复位开关动作；
所述反向接线检测并执行电路的反向接线检测控制电路包括所述单片机四C、滤波电容十五C、触发限流电阻十C、强弱电隔离光耦六A、触发限流电阻十九A、防误触发电阻二十A和双向可控硅三A；该滤波电容十五C连接在该单片机四C的可控硅触发端与接地端之间，该触发限流电阻十C连接在该单片机四C的可控硅触发端与该强弱电隔离光耦六A的触发控制端，该强弱电隔离光耦六A的电源端接该接地故障保护电路的VCC端，该触发限流电阻十九A一端接该强弱电隔离光耦六A的第一输出端、另一端接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端；防误触发电阻二十A连接在该双向可控硅三A的控制极与第一T2极之间，该双向可控硅三A的控制极接该强弱电隔离光耦六A的第二输出端、第二T2极接该接地故障保护电路的市电电源火线输出端；
所述反向接线检测并执行电路的检测并执行电路包括滤波电容十一A、滤波电容十三A、常闭触点一A、常开触点二A、电阻十八A、常闭开关二A和反向继电器四A；该滤波电容十一A、滤波电容十三A相串联，与该常闭触点一A、常开触点二A分别连接在该双向可控硅三A的第一T2极与该接地故障保护电路的市电电源火线输出端之间，该滤波电容十一A的一端接该双向可控硅三A的第一T2极；该电阻十八A一端连接在该滤波电容十一A与该滤波电容十三A连接的一端、另一端连接在该接地故障保护电路的市电电源零线输出端上；该常闭开关二A设置在该接地故障保护电路市电电源的火线与零线上，并位于该接地故障保护电路市电电源火线、零线的输出端与所述复位开关之间；该常闭开关二A与该常开触点二A联动；该反向继电器四A的控制端一端接该双向可控硅三A的第一T2极、另一端接该接地故障保护电路的市电电源零线输出端；该反向继电器四A通过机构驱动该常闭开关二A动作。
5.如权利要求4所述的接地故障保护电路，其特征在于，所述电源电路包括压敏电阻一A和过流保护电阻一A，该压敏电阻一A连接在该接地故障保护电路的市电火线输入端与市电零线输入端之间；该过流保护电阻一A连接在该接地故障保护电路的市电火线输入端与所述电源电路的滤波电路A输入端之间。
6.如权利要求1至5之一所述的接地故障保护电路，其特征在于，包括模拟漏电电路，该模拟漏电电路包括所述单片机四C、滤波电容四C、限流电阻九C、单向可控硅二A和限流电阻十A；该滤波电容四C一端接地、另一端接该单片机四C的触发信号二端，该限流电阻九C一端接该单片机四C的触发信号二端、另一端接该单向可控硅二A的控制极，该单向可控硅二A与该限流电阻十A串联连接在该接地故障保护电路的市电火线与地之间，该单向可控硅二A的阳极接高电位端，该单向可控硅二A与该限流电阻十A串联连接该接地故障保护电路的市电火线的连接点位于该市电火线穿过所述电流耦合感应线圈二A之后、所述复位开关之前。
7.一种接地故障断路器，包括断路器本体，其特征在于，该断路器本体的接地故障保护电路如权利要求1至权利要求5之一所述。
8.如权利要求7所述的接地故障断路器，其特征在于，所述断路器本体的接地故障保护电路如权利要求6所述。
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