CN105759162B - 用电检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种用电检测装置，包括：漏电检测单元，其包括漏电检测器，并且用于在第一半周中检测供电线上的漏电信号，并且当漏电信号大于等于第一阈值时，断开供电通路；自检单元，耦接至漏电检测单元，用于在第二半周中检测漏电检测单元是否能够正常工作。本发明通过在供电的正负半周分别控制漏电检测单元、自检单元工作，使得电路的安全性进一步得到了提高；本发明还具有成本低、可靠性高、生产方便等优点。

Description

用电检测装置

技术领域

本发明属于家用电路领域，尤其涉及一种用电检测装置。

背景技术

随着人们物质生活水平的不断提高，电器产品的使用已日益普及，人们对用电安全也越来越重视。为了用电安全，人们虽然在电网输出端或者在一些家用电器的输入端安装有漏电保护器，而且在醒目的位置标有“使用前进行试验”，来督促使用者测试漏电保护器的功能是否正常。但在使用中，因使用的环境不同或安装等因素，人们对漏电保护器也作了使用前试验，可在使用中的漏电保护器如果漏电保护功能丧失或者超过了原设定值时，例如一个带有漏电保护插头的电热水器，在使用过程中丧失漏电保护能力，水箱中的电热管因长期的浸在水中导致生锈或者绝缘层损坏，那么产生的漏电就会随着水导电，假如这时有人在淋浴，人就会触电，导致人身伤害。

因此，亟需一种能够同时具备漏电检测并且还能自检的装置。

发明内容

针对以上问题，本发明提供一种同时具备漏电检测和自检功能的漏电检测装置。

本发明一方面提出了一种用电检测装置，包括：漏电检测单元，其包括漏电检测器，并且用于在第一半周中检测供电线上的漏电信号，并且当所述漏电信号大于等于第一阈值时，断开供电通路；自检单元，耦接至所述漏电检测单元，用于在第二半周中检测所述漏电检测单元是否能够正常工作。

优选的，所述自检单元还包括：模拟漏电流产生单元，用于在至少一根供电线上产生大于第一阈值的第一漏电流。

优选的，所述自检单元还包括：比较单元，其耦接至所述模拟漏电流产生单元，用于产生第一驱动信号以驱动所述模拟漏电流产生单元产生所述第一漏电流。

优选的，所述自检单元还包括：周期设置组件，其包括串联连接的第一电阻和第一电，并且耦接至开关元件和所述比较单元的第一输入端；其中，所述开关元件提供所述第一电容上的电荷泄放的路径。

优选的，所述比较单元包括：第一输入端，耦接至所述第一电阻和第一电容之间，用于接收所述第一电容上的电压信号；以及第二输入端，耦接至参考电压生成单元，用于接收一参考电压信号；其中，所述周期调整组件与所述参考电压生成单元接收来自同一供电线上的电压信号。

优选的，所述漏电检测单元还包括：处理器单元，其耦接至所述开关元件和所述漏电检测器，并基于所述漏电检测器的输出信号来驱动所述开关元件。

优选的，所述比较单元的输出端耦接至所述开关元件，从而使得当所述第一输入端的电位高于所述第二输入端的电位时，所述比较单元使得所述开关元件导通。

优选的，所述漏电检测单元还包括：螺线管，其耦接至所述开关元件，当所述开关元件在所述第一半周导通时，所述螺线管断开设置在供电线上的复位开关。

优选的，所述漏电检测单元还包括：支路开关，耦接在所述螺线管与供电线之间，并且当所述复位开关断开时，所述支路开关断开，当所述复位开关闭合时，所述支路开关闭合。

优选的，所述漏电检测单元还包括第一故障显示单元，其耦接至所述螺线管，用于当所述螺线管中因所述开关元件导通而产生电流变化时，发出故障显示信号。

优选的，所述自检单元还包括：第二故障显示单元，其耦接至所述比较单元的输出端，用于当所述比较单元因所述漏电检测单元发生故障而持续输出高电平时，发出故障显示信号。

优选的，该装置还包括：零线带电显示单元，其耦接在地线与零线之间，用于基于零线上的电压变化来决定是否发出零线带电显示信号。

优选的，所述自检单元还包括：驱动单元，其第一输入端耦接至所述比较单元的输出端，其输出端耦接至所述开关元件的控制级，以基于所述比较单元的输出来驱动所述开关元件。

优选的，所述开关元件为可控硅。

本发明还提出了一种电连接装置，包括：如上所述的用电检测装置。

本发明通过在供电的正负半周分别控制漏电检测单元、自检单元工作，使得电路的安全性进一步得到了提高；本发明还具有成本低、可靠性高、生产方便等优点。

附图说明

通过参考下列附图所给出的本发明的具体实施方式的描述之后，将更好地理解本发明，并且本发明的其他目的、细节、特点和优点将变得更加显而易见。在附图中：

图1为依据本发明第一实施例的电路图；

图2为本发明第二实施例的电路示意图；

图3为本发明第三实施例的电路示意图；

图4为基于本发明实施例的电路中节点的波形图。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的优选实施方式。虽然附图中显示了本公开的优选实施方式，然而应该理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本公开更加透彻和完整，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

结合图示对本发明的实施例进行阐述。

图1为依据本发明第一实施例的电路图，图4为基于本发明实施例的电路中节点的波形图。

用电检测装置包括：(1)漏电检测电路1，其用于检测供电线中是否产生漏电故障，这里的漏电故障对应着超过第一阈值的漏电信号；(2)自检电路2，其用于检测漏电检测电路1是否能够正常工作。该两个电路进一步被配置为，分别工作在供电线中的正弦交流电的正负半周，即在一个半周中检测漏电故障，在另一半周中检测漏电故障电路是否正常。

漏电检测电路1包括：检测线圈ZCT、螺线管SOL、可控硅元件Q1、二极管D5以及处理器IC1等元件。可以理解的是，可控硅元件Q1也可以用其它具备开关功能的元件代替，譬如，MOS管。

自检电路2包括：比较单元IC2和模拟漏电流产生单元，其中，比较单元周期性地产生比较结果，进而驱动模拟漏电流产生单元产生漏电流，模拟漏电流产生单元则在至少一根供电线上产生大于第一阈值的第一漏电流，在图1中，模拟漏电流产生单元在零线(N)上产生第一漏电流。

可以理解的，这里的模拟漏电流产生单元所产生的是自检电路2主动产生的电流，用于模拟供电故障时所产生的漏电流。

线圈ZCT的两端耦接至处理器IC1的引脚1和3，当ZCT输出的电压变化大于阈值时，IC1的引脚5输出高电平，否则，输出低电平。整流桥D1-D4分别耦接至火线(L)、N线，并通过电阻R3耦接至IC1的引脚6，以在两个半周均能为IC1提供工作电源。IC1的引脚7耦接至线圈RING2，用于读取RING2上的感应电压的变化值。

支路辅助开关SW1与复位开关RESET联动，即RESET闭合，SW1也闭合，反之亦然。

请同时参考图1、图4。当复位开关RESET复位后，L、N供电线将上电，A点处的交流电波形为正弦波。

分别对漏电检测电路、自检电路在各半周的工作情况进行阐述，为了便于阐述，这里以正半周、负半周为例。

正半周：检测漏电故障

在该半周中，SW1与RESET均闭合，ZCT检测L、N线上是否有漏电流产生。

若此时没有漏电流产生，则IC1在引脚5输出低电平，可控硅Q1无法导通，从而螺线管SOL中的电流不会产生变化，从而不会使得开关RESET断开。

若此时有漏电流产生，则ZCT输出感应电压至IC1的引脚1、3后，IC1在引脚5输出高电平，从而导通可控硅Q1，可控硅Q1控制极的波形对应于图3中的波形E。此时，螺线管SOL中的电流将因为可控硅的导通而产生较大的变化，使得RESET断开，进而断开开关SW1，切断了L线至N线的电流通路。

当供电通路保持供电状态时，即螺线管中的电流未产生因可控硅Q1导致的电流较大的变化时，耦接至螺线管的第一故障显示单元(包括电阻R4和发光二极管LED1)将一直发出显示信号，以告知用户此时RESET开关闭合。当可控硅Q1导通后，复位开关RESET将断开，此时第一故障显示单元将不再显示，从而告知用户此时供电通路已经断开。另外，当螺线管SOL损坏，即SOL的线圈形成了断路，此时第一故障显示单元也不再显示。

对于自检电路2，由于N线此时并未对其进行供电，因此，在正半周，漏电检测电路1工作，自检电路2不工作。

负半周：电路自检

类似的，在该半周中，SW1与RESET均闭合，ZCT检测L、N线上的是否有漏电流产生。

自检电路2还包括周期设置组件，该周期设置组件包括串联连接的电阻R8和电容C7，周期设置组件还耦接至可控硅元件Q1和比较单元的第一输入端(正极)。显然，当可控硅Q1导通时，其能够提供电容C7上的电荷泄放的路径，从而降低电容C7的电压。

比较单元的正极耦接至电阻R8和电容C7之间，用于接收电容C7上的电压信号，比较单元的负极耦接至包括电阻R7、R6的参考电压生成单元，用于接收参考电压信号。因此，周期调整组件与参考电压生成单元均接收来自N线上的电压信号

情形1：漏电检测电路工作正常：

由于IC2正极上的电阻R8、电容C7通过电阻R5连接到N线，因此，接在IC2正极上的电阻R8将在该半周给电容C7充电。当C7上的电压高于R6上的电压(即IC2的负极)时，IC2的输出端将反转，IC2输出端C点出现高电平。

C点通过电阻R9耦接至三极管Q2的基极，因此，C点一旦输出高电平，Q2便导通，进而下拉B点的电位，而Q2导通的时间则取决于C点的高电平维持时间。Q2的导通，给ZCT引入了预设定值电流Ic，显然，电流Ic应大于或等于漏电故障检测电流的阈值I_f，否则IC1无法将对应于电流Ic的ZCT的输出信号识别为有效漏电信号。因此，通过三极管Q2和电阻R12引入了供ZCT检测的漏电流，从Q2的发射极经整流桥中的D2流至L线，以形成电流回路。

对于电流Ic，IC1基于ZCT的输出信号，在引脚5上输出高电平信号，从而使得可控硅Q1导通。此时，Q1导通则二极管D6也将导通，由于二极管D6接在电容C7的正极和IC2的正极，因此电容C7将通过二极管D6、可控硅Q1进行放电，使得IC2的正极电压迅速降低，进而导致IC2输出端反转为低电平。

当IC2正极电平低于负极电平时，IC2的C点输出低电平，三级管Q2被关闭。此时，由于停止给ZCT提供电流(即电流Ic并未产生)，ZCT未检测到漏电流，因此，IC1的引脚5和Q1的控制极(D点)为零电平，可知，此在负半周漏电检测电路1工作正常时，可控硅Q1的导通取决于电容C7上的电位。由于电容C7上电荷被泄放，其电压也将下降，从而无法达到可控硅Q1和/或二极管D6导通的阈值电压，因此，可控硅Q1此时将被关闭。

当漏电故障检测电路1工作正常和预设定电流值I_f没发生变化时，下一周期开始为电容C7充电，重复如上的过程。可以通过改变C7与R8的参数来调整检测周期的长短，该检测周期可以是交流电周期的整数倍。

情形2：漏电检测电路1工作不正常

此时，漏电检测电路1发生故障或预设定电流值I_f变大，例如电容C2断路、IC1损坏等造成漏电检测电路1丧失漏电保护能力，或是预设定电流值I_f变大导致自检单元产生的漏电流Ic小于I_f，此时，IC1的引脚5将输出低电平，即Q1不导通。此时，电容C7没有放电路，从而导致电容C7的电位始终高于IC2的负极端，即C点持续输出高电平，所以三极管Q2始终导通，LED2持续亮起，以提示使用者该漏电保护器不能继续使用。

如果此时可控硅Q1、二极管D6和D7均没有损坏，则比较单元IC2将通过电阻R11给电容C8充电，当电位达到设定值时，二极管D7导通、Q1导通。由于此时比较单元IC2将持续输出高电平，因此，可控硅Q1的导通将使得螺线管SOL中的电流瞬间增大，从而断开复位开关RESET，即断开了输入与输出的电力连接，促使用户不能使用。

图4的周期T1中，由于N线给电容C7的充电时间较慢，C点的输出波形并未完全达到高电平，当电容C7上的电压超过R6上的电压时，C点的电压便开始反转，从而开启可控硅Q1。相应的，可控硅Q1也无法完全开启，如波形D所示，从而导致电容C7上的电荷难以完全泄放。在周期T2中，由于电容C7上保留有T1周期中未泄放的电荷，因此，N线对电容C7的继续充电可以将电容C7上的电压抬升到较高的电平，从而使得C点完全反转，达到高电平，而此高电平又使得可控硅Q1能够完全开启，进而完全泄放电容C7上的电荷。相应的，对应于B点的波形，其在正半周没有波形产生，在负半周时，由于C点为高电平时能够下拉其电平，因此，B点在负半周的开始阶段仍然为低电平，当C点反转为低电平时，B点波形与A点波形相一致。可以理解的，B点波形在周期T2中的缺口要略高于周期T1中的缺口。

显然，通过设定电阻R8、电容C7的值，可以控制自检周期的长短。周期T3、T4中，由于电容C7上的电荷在周期T2中完全被泄放，从而使得在该两个周期中，电容C7上的电压不足以使比较单元IC2的输出端反转，同样，当C点不能反转时，可控硅Q1也不能导通，N线持续给C7充电，直至周期T_n+1。与周期T1相同，在周期T_n+1中，电容C7上的电压能够使比较器IC2的输出端反转；与周期T1相同，在周期T_n+2中，与电容C7上的电荷完全被泄放，C点重新反转为低电平。

可以理解的是，上述的正、负半周并非用于限定电路的用途与结构，只要对电路进行适应性的调整，上述的正、负半周也可以相互调换。

图2为本发明第二实施例的电路示意图。

相较于第一实施例，本实施例省略了开关SW1，并且漏电检测电路1、自检电路2均连接到复位开关RESET后的供电线中，因此，本实施例更适用于用电器中的电路。

与第一实施例类似，当复位开关闭合后，N线将在负半周给电容C7充电，进而控制IC2的输出端C的状态，而IC1仍然通过引脚5控制可控硅Q1是否导通，当可控硅Q1导通时，螺线管SOL引入大电流，进而断开复位开关RESET，断开供电线与电路之间的通路。

本实施例还包括耦接在地线(G)与N线之间的零线带电显示单元3，该零线带电显示单元3包括电容C5、电阻R1、双向二极管T1以及LED3和二极管D8。零线带电显示单元3用于基于N线上的电压变化来决定是否发出零线带电显示信号。

图3为本发明第三实施例的电路示意图。

相较于第二实施例，本实施例在比较单元IC2的输出端还耦接了驱动单元IC3，以基于比较单元IC2的输出来驱动可控硅元件Q1。

驱动单元IC3包括呈正反馈连接的放大器。IC3的输出端通过二极管D8耦接至其正极，并通过二极管D7连接至可控硅Q1的控制极，IC3与IC2的负极共用同一个输入。因此，当IC2的输出端反转时，IC3的输出端也将同步地反转。由于驱动单元IC3、二极管D8构成了正反馈，因此，IC3的反转会更快，并且驱动能力得到了增强，即可控硅Q1能够完全被打开。

本发明通过在供电的正负半周分别控制漏电检测单元、自检单元工作，使得电路的安全性进一步得到了提高。

本领域技术人员能够理解的是，上述的状态仅仅用于示例，并非用于限定本发明的应用范围。本领域技术人员可以针对每种特定应用，以变通的方式实现所描述的功能，但是，这种实现决策不应解释为背离本发明的保护范围。

Claims (13)

1.一种用电检测装置，其特征在于，包括：

漏电检测单元，其包括漏电检测器，并且用于在第一半周中检测供电线上的漏电信号，并且当所述漏电信号大于等于第一阈值时，断开供电通路；以及

自检单元，耦接至所述漏电检测单元，用于在第二半周中检测所述漏电检测单元是否能够正常工作；

其中所述自检单元包括：

模拟漏电流产生单元，用于在至少一根供电线上产生大于第一阈值的第一漏电流；以及

比较单元，其耦接至所述模拟漏电流产生单元，用于产生第一驱动信号以驱动所述模拟漏电流产生单元产生所述第一漏电流。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述自检单元还包括：

周期设置组件，其包括串联连接的第一电阻和第一电容，并且耦接至开关元件和所述比较单元的第一输入端；

其中，所述开关元件提供所述第一电容上的电荷泄放的路径。

3.如权利要求2所述的装置，其特征在于，

所述比较单元包括：

第一输入端，耦接至所述第一电阻和第一电容之间，用于接收所述第一电容上的电压信号；以及

第二输入端，耦接至参考电压生成单元，用于接收一参考电压信号；

其中，所述周期设置组件与所述参考电压生成单元接收来自同一供电线上的电压信号。

4.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述漏电检测单元还包括：

处理器单元，其耦接至所述开关元件和所述漏电检测器，并基于所述漏电检测器的输出信号来驱动所述开关元件。

5.如权利要求3所述的装置，其特征在于，

所述比较单元的输出端耦接至所述开关元件，从而使得当所述第一输入端的电位高于所述第二输入端的电位时，所述比较单元使得所述开关元件导通。

6.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述漏电检测单元还包括：

螺线管，其耦接至所述开关元件，当所述开关元件在所述第一半周导通时，所述螺线管断开设置在供电线上的复位开关。

7.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述漏电检测单元还包括：

支路辅助开关，耦接在所述螺线管与供电线之间，并且当所述复位开关断开时，所述支路辅助开关断开，当所述复位开关闭合时，所述支路辅助开关闭合。

8.如权利要求6所述的装置，其特征在于，所述漏电检测单元还包括

第一故障显示单元，其耦接至所述螺线管，用于显示当前供电通路的通断。

9.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述自检单元还包括：

第二故障显示单元，其耦接至所述比较单元的输出端，用于当所述比较单元因所述漏电检测单元发生故障而持续输出高电平时，发出故障显示信号。

10.如权利要求2所述的装置，其特征在于，还包括：

零线带电显示单元，其耦接在地线与零线之间，用于基于零线上的电压变化来决定是否发出零线带电显示信号。

11.如权利要求2所述的装置，其特征在于，所述自检单元还包括：

驱动单元，其第一输入端耦接至所述比较单元的输出端，其输出端耦接至所述开关元件的控制级，以基于所述比较单元的输出来驱动所述开关元件。

12.如权利要求2、4至6、8和11中任一项所述的装置，其特征在于，

所述开关元件为可控硅。

13.一种电连接装置，其特征在于，包括：如权利要求1至11任一项所述的用电检测装置。