CN105914723A - 剩余电流断路器的切换装置 - Google Patents

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Abstract

本发明揭示了一种剩余电流断路器的切换装置，包括A型剩余电流检测驱动电路、B型剩余电流检测驱动电路、开关电源、脱扣执行电路和切换驱动电路，其中B型剩余电流检测驱动电路由开关电源供电。驱动切换电路检测开关电源的电源电压。驱动切换电路检测到电源电压，驱动切换电路接通B型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由B型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。驱动切换电路未检测到电源电压，驱动切换电路接通A型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由A型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。本发明能够根据是否存在单元电压在A型剩余电流检测驱动电路和B型剩余电流检测驱动电路之间进行切换，能够避免误脱扣的现象。

Description

剩余电流断路器的切换装置
技术领域
本发明涉及低压电器领域，更具体地说，涉及剩余电流断路器。
背景技术
剩余电流断路器主要用于浪涌电流的保护。在国家标准GB 16916.1《家用和类似用途的不带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCCB)第1部分一般规则》中的9.19.2条款和国家标准GB 16917.1《家用和类似用途的带过电流保护的剩余电流动作断路器(RCBO)第1部分一般规则》中的9.19.2条款规定：对RCCB/RCBO任选的一极施加10次浪涌电流，每施加两次变换浪涌电流的极性，连续两次施加浪涌电流之间的时间间隔约30s。浪涌电流由电流发生器产生，为8/20us衰减浪涌电流。对一般型RCCB/RCBO允许在试验过程中可以脱扣。满足上述标准的剩余电流断路器称为A型/AC型剩余电流断路器，其特点是断路器的动作过程与是否存在电源电压无关，脱扣的依据主要是根据电流判断。
在国家标准GB 22794《家用和类似用途的不带和带过电流保护的F型和B型剩余电流动作断路器》中的9.19.2条款规定：F型和B型RCCB/RCBO不允许在试验过程中脱扣。GB 22794作为对GB 16916.1/GB 16917.1的补充条款，其中关于浪涌电流试验功能要求不同，而F型和B型RCCB/RCBO需要在满足GB 16916.1/GB 16917.1且同时满足GB 22794，即F型和B型RCCB/RCBO不允许在试验过程中脱扣。GB22794中的浪涌电流也是由电流发生器产生，为8/20us衰减浪涌电流。
B型剩余电流断路器适用于要求不间断供电的电气设备，例如变频器、医疗设备、电梯等等，这些设备由于使用环境的要求，不能随意出现断电现象。B型的功能覆盖了A型。A型剩余电流断路器和B型剩余电流断路器在工作范围和功能上存在重叠的部分，例如在8/20us的浪涌电流上两者存在重叠。A型剩余电流动作断路器在浪涌电流发生时会产生误脱扣现象，这类现象可能是随机产生的，并且符合A型的国标。现有的剩余电流断路器在A型和B型的功能重叠部分未加以明显区分，因此，当出现重叠部分的浪涌电流时，例如，8/20us的浪涌电流出现时，即使剩余电流断路器目前是工作在B型模式下，由于A型模式并没有被完全隔离，上述的浪涌电流还是可能引起剩余电流断路器出现误脱扣。因为此时剩余电流断路器是工作在B型模式下，应当不允许出现误脱扣，所以类似的浪涌电流会引起不符合国标的情况。如果这时的用电设备是变频器、医疗设备、电梯电气设备，会引起巨大的经济损失或者甚至是生命财产安全。
发明内容
本发明揭示了一种剩余电流断路器的切换装置，包括A型剩余电流检测驱动电路、B型剩余电流检测驱动电路、开关电源、脱扣执行电路和切换驱动电路，其中B型剩余电流检测驱动电路由开关电源供电。驱动切换电路检测开关电源的电源电压。驱动切换电路检测到电源电压，驱动切换电路接通B型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由B型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。驱动切换电路未检测到电源电压，驱动切换电路接通A型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由A型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。
在一个实施例中，驱动切换电路包括开关元件和分压电路，分压电路连接到开关电源，开关元件连接到A型剩余电流检测驱动电路。开关电源输出电源电压，分压电路使得开关元件导通，A型剩余电流检测驱动电路被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作。开关电源未输出电源电压，开关元件不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作。
在一个实施例中，分压电路包括由串联的第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻形成电阻串联分压器。
在一个实施例中，开关元件是N沟道MOSFET，N沟道MOSFET的栅极连接到第一分压电阻和第二分压电阻之间，N沟道MOSFET的源极和漏极分别与A型剩余电流检测驱动电路的正极和负极连接。开关电源输出电源电压，分压电路使得N沟道MOSFET导通，A型剩余电流检测驱动电路被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作，开关电源未输出电源电压，分压电路使得N沟道MOSFET不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作。
在一个实施例中，驱动切换电路包括选择元件和分压电路，分压电路连接到开关电源，选择元件选择性地连接A型剩余电流检测驱动电路或B型剩余电流检测驱动电路。开关电源输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通B型剩余电流检测驱动电路而断开A型剩余电流检测驱动电路。开关电源未输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通A型剩余电流检测驱动电路而断开B型剩余电流检测驱动电路。
在一个实施例中，分压电路包括NPN三极管、第三分压电阻、第四分压电阻和稳压管，NPN三极管的基极和发射极与第四分压电阻并联，NPN三极管的基极与稳压管和第三分压电阻串联，NPN三极管、第三分压电阻、第四分压电阻和稳压管形成电阻串联分压器。
在一个实施例中，选择元件是继电器，继电器是双刀双掷继电器，继电器的输入端连接到NPN三极管的集电极，继电器的输出端连接到脱扣执行电路，继电器的常闭触点连接到A型剩余电流检测驱动电路，继电器的常开触点连接到B型剩余电流检测驱动电路。开关电源输出电源电压，分压电路使得继电器的常开触点闭合，常闭触点打开，B型剩余电流检测驱动电路被接通驱动脱扣执行电路。开关电源未输出电源电压，分压电路使得继电器的常闭触点闭合，常开触点打开，A型剩余电流检测驱动电路被接通驱动脱扣执行电路。
在一个实施例中，A型剩余电流检测驱动电路不由开关电源供电，A型剩余电流检测驱动电路利用电容串联电路或者并联谐振电路对剩余电流信号进行放大以输出脱扣信号。
在一个实施例中，B型剩余电流检测驱动电路由开关电源供电，B型剩余电流检测驱动电路检测1kHz以下的交流剩余电流、脉动直流剩余电流、平滑直流剩余电流，B型剩余电流检测驱动电路直接输出脱扣信号。
在一个实施例中，开关电源的输入为工频交流电，包括230V交流电或工频400V交流电。开关电源的输出为正负双电压直流电，包括+5V/-5V、+9V/-9V、或+12V/-12V双电压直流电。
本发明的剩余电流断路器的切换装置能够根据是否存在单元电压在A型剩余电流检测驱动电路和B型剩余电流检测驱动电路之间进行切换，排除重叠干扰的情况，在切换到B型剩余电流检测驱动电路时能够避免误脱扣的现象。
附图说明
本发明上述的以及其他的特征、性质和优势将通过下面结合附图和实施例的描述而变的更加明显，在附图中相同的附图标记始终表示相同的特征，其中：
图1揭示了根据本发明的一实施例的剩余电流断路器的切换装置的结构框图。
图2揭示了根据本发明的一实施例的剩余电流断路器的切换装置中驱动切换电路的电路图。
图3揭示了根据本发明的另一实施例的剩余电流断路器的切换装置中驱动切换电路的电路图。
具体实施方式
参考图1所示，图1揭示了根据本发明的一实施例的剩余电流断路器的切换装置的结构框图。该剩余电流断路器的切换装置包括A型剩余电流检测驱动电路102、B型剩余电流检测驱动电路104、开关电源106、脱扣执行电路108和切换驱动电路110。A型剩余电流检测驱动电路102与电源电压无关，B型剩余电流检测驱动电路104与电源电压有关，B型剩余电流检测驱动电路104由开关电源106供电。驱动切换电路110检测开关电源的电源电压是否存在。驱动切换电路110检测到电源电压，驱动切换电路110接通B型剩余电流检测驱动电路104和脱扣执行电路108，由B型剩余电流检测驱动电路104驱动脱扣执行电路108。驱动切换电路110未检测到电源电压，驱动切换电路110接通A型剩余电流检测驱动电路102和脱扣执行电路108，由A型剩余电流检测驱动电路102驱动脱扣执行电路108。
在一个实施例中，A型剩余电流检测驱动电路102不由开关电源106供电。A型剩余电流检测驱动电路102利用电容串联电路或者并联谐振电路对剩余电流信号进行放大以输出脱扣信号。剩余电流信号可以由电流互感器采集。
在一个实施例中，B型剩余电流检测驱动电路104由开关电源106供电。B型剩余电流检测驱动电路104能检测1kHz以下的交流剩余电流、脉动直流剩余电流、平滑直流剩余电流。B型剩余电流检测驱动电路104还能在失压情况下检测交流剩余电流及脉动直流剩余电流。B型剩余电流检测驱动电路104直接输出脱扣信号。
在一个实施例中，为B型剩余电流检测驱动电路供电的开关电源106的输入为工频交流电，包括230V交流电或工频400V交流电，开关电源106的输出为正负双电压直流电，包括+5V/-5V、+9V/-9V、或+12V/-12V双电压直流电。与现有技术中的开关电源相比，本发明的开关电源106在400V交流电输入时，在三相四线制下可以选取任意一相线与中性线或者任意两相线作为输入，均可正常工作。转换后产生的正负直流电压经过电压平衡电路进行平衡，使其正负电压之间绝对值误差缩小，这样可以使得剩余电流检测电路部分的正向或者负向剩余电流的检测精度相近。
驱动切换电路110的作用是根据电源电压是否存在来选择A型剩余电流检测驱动电路102或者B型剩余电流检测驱动电路104作为脱扣执行电路108的驱动电路。驱动切换电路110的切换方式可以采用电气切换或者物理切换。
图2揭示了根据本发明的一实施例的剩余电流断路器的切换装置中驱动切换电路的电路图。在图2所示的实施例中，驱动切换电路110采用电气切换的方式。如图所示，驱动切换电路包括开关元件和分压电路，分压电路连接到开关电源，开关元件连接到A型剩余电流检测驱动电路102。开关电源输出电源电压，分压电路使得开关元件导通，A型剩余电流检测驱动电路被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作。在开关电源输出电源电压时，B型剩余电流检测驱动电路启动工作，此时脱扣执行电路由B型剩余电流检测驱动电路驱动。开关电源未输出电源电压，开关元件不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作，此时脱扣执行电路由A型剩余电流检测驱动电路驱动。由于B型剩余电流检测驱动电路需要依靠电源电压才能工作，在开关电源未输出电源电压时，B型剩余电流检测驱动电路不工作。参考图2，分压电路包括由串联的第一分压电阻R1和第二分压电阻R2，第一分压电阻R1和第二分压电阻R2形成电阻串联分压器。电阻串联分压器的两端分别连接到VCC和GND，VCC是开关电源的正极端，GND是地。开关元件Q1是N沟道MOSFET，N沟道MOSFET Q1的栅极连接到第一分压电阻R1和第二分压电阻R2之间，N沟道MOSFET Q1的源极和漏极分别与A型剩余电流检测驱动电路102的正极和负极连接。开关电源输出电源电压时，分压电路中产生电压，使得N沟道MOSFET导通，A型剩余电流检测驱动电路的正极和负极之间被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作。同时，开关电源输出的电源电压使得B型剩余电流检测驱动电路工作，脱扣执行电路由B型剩余电流检测驱动电路驱动。开关电源未输出电源电压，分压电路中没有电压，N沟道MOSFET不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作。由于开关电源没有输出电源电压，因此B型剩余电流检测驱动电路不工作，脱扣执行电路由A型剩余电流检测驱动电路驱动。
图3揭示了根据本发明的另一实施例的剩余电流断路器的切换装置中驱动切换电路的电路图。在图3所示的实施例中，驱动切换电路110采用物理切换的方式。如图所示，驱动切换电路包括选择元件和分压电路，分压电路连接到开关电源，选择元件选择性地连接A型剩余电流检测驱动电路或B型剩余电流检测驱动电路。开关电源输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通B型剩余电流检测驱动电路而断开A型剩余电流检测驱动电路，由B型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。开关电源未输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通A型剩余电流检测驱动电路而断开B型剩余电流检测驱动电路，由A型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。如图3所示，分压电路包括NPN三极管Q2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4和稳压管VR。NPN三极管Q2的基极和发射极与第四分压电阻R4并联，NPN三极管Q2的基极与稳压管VR和第三分压电阻R3串联。NPN三极管Q2、第三分压电阻R3、第四分压电阻R4和稳压管VR形成电阻串联分压器。第三分压电阻R3的一端连接到VCC，VCC是开关电源的正极，NPN三极管Q2的发射极连接到VSS，VSS是开关电源的负极。选择元件是继电器K1，继电器K1是双刀双掷继电器。继电器K1的输入端连接到NPN三极管Q2的集电极，在图示的实施例中，继电器K1的输入端连接在NPN三极管Q2的集电极和VCC之间，并且，在NPN三极管Q2的集电极和VCC之间还设置了二极管D。继电器K1的输出端连接到脱扣执行电路108。继电器K1的常闭触点连接到A型剩余电流检测驱动电路102，继电器K1的常开触点连接到B型剩余电流检测驱动电路104。开关电源输出电源电压，分压电路使得继电器K1的常开触点闭合，常闭触点打开，B型剩余电流检测驱动电路104被连接至驱动脱扣执行电路108。B型剩余电流检测驱动电路104在存在电源电压时启动工作，驱动脱扣执行电路108由B型剩余电流检测驱动电路104驱动。开关电源未输出电源电压，分压电路使得继电器的常闭触点闭合，常开触点打开，A型剩余电流检测驱动电路102被连接至驱动脱扣执行电路108。由于不存在电源电压，B型剩余电流检测驱动电路104不工作。A型剩余电流检测驱动电路102不需要依赖于电源电压，因此驱动脱扣执行电路108由A型剩余电流检测驱动电路102驱动。
本发明的剩余电流断路器的切换装置能够根据是否存在单元电压在A型剩余电流检测驱动电路和B型剩余电流检测驱动电路之间进行切换，排除重叠干扰的情况，在切换到B型剩余电流检测驱动电路时能够避免误脱扣的现象。
上述实施例是提供给熟悉本领域内的人员来实现或使用本发明的，熟悉本领域的人员可在不脱离本发明的发明思想的情况下，对上述实施例做出种种修改或变化，因而本发明的保护范围并不被上述实施例所限，而应该是符合权利要求书提到的创新性特征的最大范围。

Claims (10)

1.一种剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，包括A型剩余电流检测驱动电路、B型剩余电流检测驱动电路、开关电源、脱扣执行电路和切换驱动电路，其中B型剩余电流检测驱动电路由开关电源供电；
所述驱动切换电路检测开关电源的电源电压，
驱动切换电路检测到电源电压，驱动切换电路接通B型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由B型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路；
驱动切换电路未检测到电源电压，驱动切换电路接通A型剩余电流检测驱动电路和脱扣执行电路，由A型剩余电流检测驱动电路驱动脱扣执行电路。
2.如权利要求1所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述驱动切换电路包括开关元件和分压电路，所述分压电路连接到开关电源，所述开关元件连接到A型剩余电流检测驱动电路；
开关电源输出电源电压，分压电路使得开关元件导通，A型剩余电流检测驱动电路被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作；
开关电源未输出电源电压，开关元件不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作。
3.如权利要求2所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，
所述分压电路包括由串联的第一分压电阻和第二分压电阻，第一分压电阻和第二分压电阻形成电阻串联分压器。
4.如权利要求3所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，
所述开关元件是N沟道MOSFET，N沟道MOSFET的栅极连接到第一分压电阻和第二分压电阻之间，N沟道MOSFET的源极和漏极分别与A型剩余电流检测驱动电路的正极和负极连接；
开关电源输出电源电压，分压电路使得N沟道MOSFET导通，A型剩余电流检测驱动电路被短接，A型剩余电流检测驱动电路不工作，开关电源未输出电源电压，分压电路使得N沟道MOSFET不导通，A型剩余电流检测驱动电路工作。
5.如权利要求1所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述驱动切换电路包括选择元件和分压电路，所述分压电路连接到开关电源，所述选择元件选择性地连接A型剩余电流检测驱动电路或B型剩余电流检测驱动电路；
开关电源输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通B型剩余电流检测驱动电路而断开A型剩余电流检测驱动电路；
开关电源未输出电源电压，分压电路使得选择元件选择接通A型剩余电流检测驱动电路而断开B型剩余电流检测驱动电路。
6.如权利要求5所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述分压电路包括NPN三极管、第三分压电阻、第四分压电阻和稳压管，NPN三极管的基极和发射极与第四分压电阻并联，NPN三极管的基极与稳压管和第三分压电阻串联，NPN三极管、第三分压电阻、第四分压电阻和稳压管形成电阻串联分压器。
7.如权利要求6所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述选择元件是继电器，所述继电器是双刀双掷继电器，所述继电器的输入端连接到NPN三极管的集电极，继电器的输出端连接到脱扣执行电路，继电器的常闭触点连接到A型剩余电流检测驱动电路，继电器的常开触点连接到B型剩余电流检测驱动电路；
开关电源输出电源电压，分压电路使得继电器的常开触点闭合，常闭触点打开，B型剩余电流检测驱动电路被接通驱动脱扣执行电路；
开关电源未输出电源电压，分压电路使得继电器的常闭触点闭合，常开触点打开，A型剩余电流检测驱动电路被接通驱动脱扣执行电路。
8.如权利要求1所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述A型剩余电流检测驱动电路不由所述开关电源供电，A型剩余电流检测驱动电路利用电容串联电路或者并联谐振电路对剩余电流信号进行放大以输出脱扣信号。
9.如权利要求1所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，所述B型剩余电流检测驱动电路由所述开关电源供电，B型剩余电流检测驱动电路检测1kHz以下的交流剩余电流、脉动直流剩余电流、平滑直流剩余电流，B型剩余电流检测驱动电路直接输出脱扣信号。
10.如权利要求1所述的剩余电流断路器的切换装置，其特征在于，
所述开关电源的输入为工频交流电，包括230V交流电或工频400V交流电；
所述开关电源的输出为正负双电压直流电，包括+5V/-5V、+9V/-9V、或+12V/-12V双电压直流电。
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