CN105098705A - 一种漏电保护器 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种漏电保护器，包括：漏电检测电路(6)；触发电路(M3)；稳压电路(M5)，其向所述漏电检测电路(6)提供稳定的供电电压(Vcc)，该供电电压大于或等于所述漏电检测电路(6)工作所需电压。其中，所述稳压电路(M5)包括：储能电容(C2)，用于存储电能，并提供所述供电电压(Vcc)；充电漏电检测电路，连接在所述供电线路与所述储能电容(C2)之间，所述充电漏电检测电路在储能电容(C2)上的电压(Vcc)等于或低于一个预定阈值(Vd)时使得所述供电线路对所述储能电容(C2)充电，而在储能电容(C2)上的电压(Vcc)大于所述预定阈值(Vd)时切断对所述储能电容(C2)的充电。
Description
技术领域
本发明涉及一种漏电保护器(ResidualCurrentProtectionDevice,RCD)，尤其涉及一种漏电保护器中的稳压电路。
背景技术
漏电保护器(RCD)是一种广泛使用的电路防护装置，用来在设备发生漏电故障时指示断路器S切断配电系统对电气设备的供电，从而防止触电事故的发生。现有技术中的漏电保护器的结构如图1所示，包括：整流电路1、浪涌保护电路2、触发电路3、过电压保护电路4、稳压电路5、漏电检测电路6、电流采样电路7、电流互感器(简称互感器)ZCT。整流电路1连接到配电系统的相线L、中性线N和接地保护线PE，用于对输入的电流进行整流。浪涌保护电路2用于对漏电保护器的电路提供浪涌保护。触发电路3用于向断路器S提供脱扣信号，以使断路器S断开以防止触电事故发生。过压保护电路4用于对漏电保护器的电路提供过电压保护，防止后续电路中的元器件受到过电压的损害。稳压电路5从过压保护电路4接收电能后，向漏电检测电路6提供稳定的供电电压Vcc。电流采样电路7连接到互感器ZCT的采样线圈，在出现漏电流时，互感器ZCT的采样线圈中会产生感生电流，该电流采样电路7可接收该感生电流并根据接收到的感生电流向漏电检测电路6输出信号。漏电检测电路6在接收到电流采样电路7的信号后，向触发电路3提供一个漏电保护触发信号Strigger，使触发电路3向断路器S提供脱扣信号，从而使断路器S断开以防止触电事故发生。
稳压电路5向漏电检测电路6提供供电电源Vcc。如果供电电压Vcc不稳定，则很难保证漏电检测电路6的正常工作，因此稳压电路5在漏电保护器中起到至关重要的作用。例如市面上的很多漏电保护器的漏电检测电路中采用三菱公司的M54123作为检测芯片。根据该产品规格书描述要求，该芯片的供电电压优选在15V左右，最低不能低于12V。当供电电压Vcc低于12V时，该芯片的内部锁存器会断开，芯片的电路停止工作，导致漏电保护器失效。因此，稳压电路5的设计是整个漏电保护器电路的关键。
现有的漏电保护器稳压电路中主要采用RC方案构成稳压电路，即采用大电阻降压、大电容充放电实现稳压，以保证对漏电检测电路6中的检测芯片提供稳定供电。然而，随着对漏电保护器的性能要求的提高，需要找到另一种稳压电路，其能够向漏电保护器，特别是漏电检测芯片，提供满足其工作需要的稳定电源。
发明内容
本发明旨在于提供一种漏电保护器，其稳压电路能够在即使N线破损时也持续向漏电检测芯片提供一预定时间的稳定电源。
本发明提供一种漏电保护器，包括：漏电检测电路，用于在供电线路上出现漏电流时输出一个漏电保护触发信号；触发电路，连接到所述漏电检测电路，且响应于该漏电保护触发信号而输出一个脱扣信号，该脱扣信号能够指示一个连接在供电线路上的断路器执行断开供电连接；稳压电路，其向所述漏电检测电路提供稳定的供电电压，该供电电压大于或等于所述漏电检测电路工作所需电压；其中，所述稳压电路包括：储能电容，用于存储电能，并提供所述供电电压；充电漏电检测电路，连接在所述供电线路与所述储能电容之间，所述充电漏电检测电路在储能电容上的电压等于或低于一个预定阈值时使得所述供电线路对所述储能电容充电，而在储能电容上的电压大于所述预定阈值时切断对所述储能电容的充电。
本发明提供的漏电保护器中，其稳压电路提供的供电电压Vcc可快速上升，且维持在检测芯片所需的工作电压上。相较于现有的RC方案，本发明提出的稳压电路上电时间短，且无需较长时间即可达到稳定的供电电压Vcc。
根据本发明提供的漏电保护器，其中所述充电漏电检测电路包括受控开关管和电压钳位元件，所述受控开关管与所述储能电容串联，所述受控开关管导通时向所述储能电容充电，当所述电压钳位元件上的电压与所述储能电容上的电压差超出所述受控开关管的开启电压时，所述受控开关管导通，否则所述受控开关管断开。
例如，当N线破损时，需要使流过FE线的电流必须小于2mA，要实现这点现有的RC方案需要增大其中降压电阻的阻值。但是为了使产品能够在更低的电压下正常工作，又必须减小RC方案中电阻的阻值。相较于RC方案，本发明提出的电路可以很好的克服这一问题。
此外，根据本发明提供的漏电保护器，其中所述受控开关管为MOS管，所述电压钳位元件为稳压二极管，且所述受控开关管的栅极连接到所述稳压二极管的负极，所述受控开关管的源极连接到所述储能电容的输出电压端。
根据本发明提供的漏电保护器，其中所述电压钳位元件的开启电压大于所述受控开关管的开启电压。
根据本发明提供的漏电保护器，还包括限流电阻，其连接在所述受控开关管的栅极和漏极之间。
根据本发明提供的漏电保护器，还包括一个第二稳压二极管，其正向端连接在所述储能电容的输出电压端，负向端连接到所述受控开关管的栅极，且其击穿电压小于所述受控开关管的栅源击穿电压。
根据本发明提供的漏电保护器，还包括整流电路，用于将来自供电线路的电压整流后提供给所述稳压电路。
根据本发明提供的漏电保护器，其中所述整流电路为半桥整流电路。
根据本发明提供的漏电保护器，还包括过压保护电路，其包括电阻和稳压二极管。
本发明提供的漏电保护器中，其稳压电路提供的供电电压Vcc可快速上升。
附图说明
以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中，
图1示出了现有技术中的漏电保护器的结构示意图；
图2示出了根据本发明的一个实施例的漏电保护器的电路结构示意图。
具体实施方式
图2示例性地示出了根据本发明一个实施例的漏电保护器。在图2中，与图1类似的，漏电保护器包括整流电路M1、浪涌保护电路M2、触发电路M3、过压保护电路M4以及稳压电路M5、采样电路以及漏电检测电路(后两者与图1相同，在图2中未示出)。
如图2所示，整流电路M1优选包括由二极管D6、D7、D8、D9、D10构成的半桥式整流桥。该整流电路M1连接到配电系统供电线路中的相线L、中性线N和接地保护线PE上，用于对来自供电线路的电流进行半波整流。可选地，该整流电路M1也可以使用全桥式整流电路。
浪涌保护电路M2用于防止浪涌电流对后续电路的破坏。在图2的例子中，浪涌保护电路M2包括压敏电阻R3和R4。该压敏电压R3和R4将电位钳位到一个相对固定的电压值，从而实现对后级电路的保护。
与图1类似，图2中的触发电路M3接收来自漏电检测电路的触发信号G，进而响应于该触发信号而生成脱扣信号，指示连接在供电线路中的断路器S断开。在图2的具体例子中，触发电路M3包括一个可控硅Q2，其受控端G连接到漏电检测电路。当漏电检测电路检测到漏电流时，可控硅的受控端G接收到有效高电平，并促使Q2导通。Q2导通使得相线L和中性线N中流过的电流急剧增大，并由此驱动断路器S执行断开动作。优选地，考虑到可控硅Q2对外界点噪声信号比较敏感，容易发生误触发，因此在图2的例子中在可控硅的受控端G和地之间连接一个电容C1。在可控硅Q2的受控端G接收到有效高电平时，Q2并不会立即导通，而是由该高电平G对电容C1充电。当电容C1充电至可控硅Q2的导通电压时，Q2才导通。由此，电容C1的设置可以滤除高频噪声，防止对Q2的误触发。
图2中的过压保护电路M4包括电阻R1和稳压二极管D3。电阻R1串联在相线L所在通路中，起到降压作用。稳压二极管D3两端并联在降压后的相线L和中性线N之间，起到稳压作用。换言之，当L和N之间整流且降压后的电压超出该稳压二极管的击穿电压时，稳压二极管反向击穿，且稳压二极管两端电压保持在一个预定值。由此，通过电阻R1的降压作用以及稳压二极管D3的稳压作用，过压保护电路M4可防止过电压对后续电路中的元器件的损害。
图2中的稳压电路M5不再是常规的RC稳压电路，而是低压稳压电路。如图2所示，稳压电路M5优选包括储能电容C2和充电控制电路M51。储能电容C2用于存储电能，并向例如漏电检测电路中的芯片提供供电电压Vcc。一方面，充电控制电路M51检测电容C2上的电压是否达到预定电压(例如15V)。另一方面，充电控制电路M51在电容C2上电压低于预定电压时对该电容C2充电，否则停止充电。换言之，充电控制电路在储能电容C2上的电压Vcc等于或低于一个预定阈值Vd(例如15V)时使得所述供电线路对储能电容C2充电，而在储能电容C2上的电压Vcc大于所述预定阈值Vd时切断对所述储能电容C2的充电。
在一个实施例中，充电控制电路M51包括受控开关管Q1。Q1耦合在供电线路L与储能电容C2之间。在图2的例子中，Q1为一个N型MOS管，其漏极连接到过压保护电路M4的输出端，即R1电阻。Q1的源极连接到和电容C2的电压输出端Vcc。Q1的栅极和地之间连接有稳压二极管D5。稳压二极管D5为栅极提供一个参考电压。假定Q1的开启电压为4V，而Vcc的期望电压为15V，则D5可以选择钳位电压为19V的稳压二极管。优选地，Q1的栅极、漏极之间还连接有一个限流电阻R2，以防止大电流损坏Q1。更为优选地，Q1的源极与栅极之间还连接有稳压二极管D4，其击穿电压小于Q1的栅源击穿电压，防止MOS管被击穿，以提供稳压保护功能。
图2中，在初始状态Q1关断，电容C2上无电压。上电后，来自供电线路的电流经过整流、浪涌保护、过压保护后施加到稳压电路M5。如图2所示，当施加到M5上的电压升高到可以使稳压二极管D5开启时，稳压二极管M5导通，电流流过限流电阻R2和导通的稳压二极管D5。稳压二极管D5使其两端之间的电压钳位在19V，即Q1的栅极电压被钳位到19V。此时，由于C2上电压几乎为零，因而MOS管Q1栅源极之间的电压大于其开启电压4V，从而使MOS管导通，电容C2被充电，Vcc逐渐升高。由于MOS管Q1的导通电阻很小，因此对电容C2的充电电流很大，电容C2的上升时间很短。当Vcc升高到15V时，MOS管Q1的栅极与源极之间的电压差等于或略小于4V，导致MOS管Q1关断，此时电容C2由充电转为放电，将Vcc维持在15V附近。当Vcc下降到低于15V时，MOS管Q1的栅极与源极之间的电压差又大于开启电压4V，MOS管Q1导通，电容C2又开始充电，使Vcc上升。如此循环往复，可以使Vcc始终稳定在15V左右。另外，当半波电压处于下降边沿而使Vcc下降时，电容C2也可以通过放电而使Vcc维持在15V左右。以此，稳压电路实现了对漏电检测电路中的检测芯片的稳定供电。
本实施例提供的稳压电路中，Vcc可快速上升，使漏电保护器达到稳定状态的时间短，且稳态工作电流较小，功耗低，电压纹波和噪声小。
对于采用本实施例提供的稳压电路的漏电保护器，由于能够保证对检测芯片稳定供电，因而当L对N电压85V时,突加5Idn漏电，动作时间可小于40ms；当L对N电压380V，系统可至少稳定工作1小时；稳态工作电流正常条件下低于1mA，N线损坏时低于2mA；N线损坏时，L对FE回路电阻为Rx＝2Ω，电压0.85*Un时，5Idn漏电，动作时间小于40ms。由此，本发明提出的漏电保护器可以充分满足目前对漏电保护器的所有新的性能要求。
上述实施例中，以上述具体参数为例，对本发明中的稳压电路进行了说明，但这些参数并非限制性的，本领域技术人员也可以根据所需Vcc的不同而选择其它的元器件参数。
根据本发明的其它实施例，其中上述MOS管也可以替换成其它的开关管，例如三极管等，本领域技术人员可以根据实际需要而做出多种选择。
根据本发明的其它实施例，其中所述整流电路也可以是全桥式整流电路，对输入电压进行全波整流。
应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本发明保护的范围。
Claims (9)
1.一种漏电保护器，包括：
一漏电检测电路(6)，用于在供电线路上出现漏电流时输出一个漏电保护触发信号；
一触发电路(M3)，连接到所述漏电检测电路(6)，且响应于该漏电保护触发信号而输出一个脱扣信号，该脱扣信号能够使得一个连接在供电线路上的断路器(S)断开供电连接；
一稳压电路(M5)，其向所述漏电检测电路(6)提供稳定的供电电压(Vcc)，该供电电压为所述漏电检测电路(6)工作所需电压；
其中，所述稳压电路(M5)包括：
一储能电容(C2)，用于存储电能，并提供所述供电电压(Vcc)；
一充电控制电路(M51)，连接在所述供电线路与所述储能电容(C2)之间，所述充电控制电路在储能电容(C2)上的电压(Vcc)等于或低于一个预定阈值(Vd)时使得所述供电线路对所述储能电容(C2)充电，而在储能电容(C2)上的电压(Vcc)大于所述预定阈值(Vd)时切断对所述储能电容(C2)的充电。
2.如权利要求1所述的漏电保护器，其中所述充电控制电路包括受控开关管(Q1)和电压钳位元件(D5)，
所述受控开关管(Q1)与所述储能电容(C2)串联，所述受控开关管(Q1)导通时向所述储能电容(C2)充电，
当所述电压钳位元件(D5)上的电压与所述储能电容(C2)上的电压之差超出所述受控开关管的开启电压时，所述受控开关管导通，否则所述受控开关管断开。
3.如权利要求2所述的漏电保护器，其中，所述受控开关管(Q1)为MOS管，所述电压钳位元件(D5)为稳压二极管，
且所述受控开关管(Q1)的栅极连接到所述稳压二极管的负极，所述受控开关管(Q1)的源极连接到所述储能电容的输出电压端(Vcc)。
4.如权利要求3所述的漏电保护器，其中所述电压钳位元件(D5)的开启电压大于所述受控开关管(Q1)的开启电压。
5.如权利要求4所述的漏电保护器，还包括限流电阻(R2)，其连接在所述受控开关管(Q1)的栅极和漏极之间。
6.如权利要求5所述的漏电保护器，还包括一个第二稳压二极管(D4)，其正向端连接在所述储能电容(C2)的输出电压端(Vcc)，负向端连接到所述受控开关管(Q1)的栅极，且其击穿电压小于所述受控开关管(Q1)的栅源击穿电压。
7.如权利要求1所述的漏电保护器，还包括整流电路(M1)，用于将来自供电线路的电压整流后提供给所述稳压电路(M5)。
8.根据权利要求1所述的漏电保护器，所述整流电路(M1)为半桥整流电路。
9.根据权利要求1所述的漏电保护器，还包括过压保护电路(M4)，其包括电阻(R1)和稳压二极管(D3)。
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