CN107305230B - 用电检测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用电检测装置，包括自检脉冲单元，用于在用电检测装置上电时产生脉冲触发信号；自检单元，用于周期性地产生模拟漏电信号，并且用于根据所述脉冲触发信号产生所述模拟漏电信号；以及漏电故障检测单元，用于检测所述模拟漏电信号和真实的漏电故障。此外，本发明还涉及一种具有这种用电检测装置的电连接设备。本发明通过增加自检脉冲单元，在用电检测装置上电时就直接触发自检单元检查用电检测装置自身的故障，从而在自检单元还未进行周期性自检之前避免发生危害用户安全的情况。此外，本发明通过增加放电单元，使得自检电路在欠压情况下不进行自检，并且避免了误脱扣现象。

Description

用电检测装置
技术领域
本发明涉及家用电路领域，具体地，涉及一种用电检测装置以及具有该用电检测装置的电连接设备。
背景技术
随着人们物质生活水平的不断提高和电器产品使用的日益普及，人们对电器的使用安全也越来越重视。因此带有漏电故障检测电路的漏电检测装置应运而生。在当前的用电检测装置中，通常是周期性地对用电检测装置本身进行自检的。
然而，这种周期性的自检会导致在漏电检测装置上电后需要等待一个周期才进行自检。而在该周期中可能已经发生危害用户安全的情况。
此外，当前的用电检测装置没有放电电路。因此，在低电压(低于产品额定电压或更低)时，会出现误脱扣现象。
因此，亟需一种具有上电自检功能和欠压放电功能的用电检测装置。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种用电检测装置和具有该用电检测装置的电连接设备。该用电检测装置能够在上电时检测漏电故障检测电路的功能性，并且能够避免在欠电情况下的误脱扣现象。
为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用电检测装置，包括：自检脉冲单元，用于在所述用电检测装置上电时产生脉冲触发信号；自检单元，用于周期性地产生模拟漏电信号，并且用于根据所述脉冲触发信号产生所述模拟漏电信号；以及漏电故障检测单元，用于检测所述模拟漏电信号和真实的漏电故障。通过上述方式，能够通过使用自检脉冲单元在用电检测装置上电时直接产生模拟漏电信号，从而避免在第一周期内由于漏电故障检测单元的故障而导致的触电危险。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述自检单元包括：参考电压生成子单元，用于生成参考电压；周期电压生成子单元，用于生成周期变化的电压，所述周期变化的电压在所述周期的不同阶段分别大于和小于所述参考电压；比较器，用于比较所述参考电压和所述周期变化的电压；以及第一晶体管，用于根据所述比较的结果产生所述模拟漏电信号。通过这种方式，自检单元能够周期性地生成模拟漏电信号。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述脉冲触发信号为触发电压，所述自检脉冲单元包括：第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以提供所述触发电压；以及第二电容器，用于在预先确定的充电时间后断开所述第二晶体管；其中，所述比较器还用于，当所述第二晶体管导通时，比较所述参考电压和所述触发电压。通过这种方式，能够通过调整第二电容器的参数来调整充电时间。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述脉冲触发信号为触发电压，所述自检脉冲单元包括：第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以提供触发电压；以及微分电路，用于在预先确定的微分时间后断开所述第二晶体管；其中，所述比较器还用于，当所述第二晶体管导通时，比较所述参考电压和所述触发电压。通过这种方式，能够通过调整微分电路的参数来来调整微分时间。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述脉冲触发信号用于拉低所述参考电压，所述自检脉冲单元包括：第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以拉低所述参考电压；以及微分电路，用于在预先确定的微分时间后断开所述第二晶体管。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述周期电压生成子单元包括串联连接的第一电阻和第一电容器。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，通过调整所述第一电阻与所述第一电容器的参数来调整所述周期。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述第二晶体管为三极管、二极管或可控硅。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述用电检测装置还包括：放电单元，用于在电源电压低于电压预设定值的情况下禁止所述自检单元产生所述模拟漏电信号。通过上述方式，放电单元使得自检单元在欠压的情况下不工作。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述放电单元包括第三晶体管，用于在所述电源电压低于所述电压预设定值的情况下，将所述周期电压生成子单元的输出端与地相连接，以使得所述周期变化的电压为零。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述漏电故障检测单元还包括第一故障显示单元，所述第一故障显示单元用于显示所述漏电故障。通过这种方式，能够明确地向用户和维护人员指示电路的漏电故障。
在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述自检单元还包括第二故障显示单元，所述第二故障显示单元用于显示所述用电检测装置的故障。通过这种方式，能够明确地向用户和维护人员指示用电检测装置的故障。
此外，本发明的第二方面提供了一种电连接设备，其具有根据本发明所述的用电检测装置。
综上，本发明通过增加自检脉冲单元，在用电检测装置上电时就直接触发自检单元检查用电检测装置自身的故障，从而在自检单元还未进行周期性自检之前避免发生危害用户安全的情况。此外，本发明通过增加放电单元，使得自检电路在欠压情况下不进行自检，并且避免了误脱扣现象。
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的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中：
图1示出了根据本发明的用电检测装置的第一实施例的电路结构示意图；
图2示出了根据本发明的用电检测装置的第二实施例的电路结构示意图；
图3示出了根据本发明的用电检测装置的第三实施例的电路结构示意图；以及
图4示出了根据本发明的用电检测装置的第四实施例的电路结构示意图。
具体实施方式
在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求进行限定。
图1示出了根据本发明的用电检测装置的第一实施例的电路结构示意图。
如图1所示，用电检测装置包括：(1)自检脉冲单元1，其用于在用电检测装置上电时产生脉冲触发信号；(2)自检单元，其用于周期性地产生模拟漏电信号，并且用于根据脉冲触发信号来产生模拟漏电信号；以及(3)漏电故障检测单元，其用于检测模拟漏电信号和真实的漏电故障。
漏电故障检测单元包括：检测线圈ZCT1、螺线管SOL、可控硅元件Q1、二极管D5以及处理器IC1等元件。能够理解的是，可控硅元件Q1也能够用其它具备开关功能的元件代替，例如MOS管。
自检单元包括：参考电压生成子单元、周期电压生成子单元、比较器IC2和第一晶体管Q2。其中，参考电压生成子单元用于用于生成参考电压；周期电压生成子单元用于生成周期变化的电压，该周期变化的电压在周期的不同阶段分别大于和小于参考电压；比较器，用于比较参考电压和周期变化的电压；以及第一晶体管，用于根据比较的结果产生模拟漏电信号。在图1中，参考电压生成子单元由R7和R8构成的分压电路形成。周期电压生成子单元由电阻R9和电容C10形成。模拟漏电信号为在零线N上的大于漏电阈值的漏电流。
自检脉冲单元1包括：第二晶体管Q3、电容C6、二极管D9和多个电阻R16、R17和R18。能够理解的是，第二晶体管Q3能够是其他具备开关或选择功能的元件，例如二极管、放大器、比较电路等。
检测线圈ZCT1的两端耦接至处理器IC1的引脚4和5，当ZCT1输出的电压变化大于阈值时，IC1的引脚1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R1耦接至IC1的引脚3，以在交流电压的正负半周均能为IC1提供工作电源。
当复位开关RESET复位后，L、N供电线将上电，在L线和N线之间的交流电波形为正弦波。
下面分别对漏电故障检测单元、自检单元和自检脉冲单元1的工作情况进行阐述。
(1)检测漏电故障
当RESET闭合时，ZCT1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1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4、5后，IC1在引脚1输出高电平，从而导通可控硅Q1。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。
对于自检单元，由于N线此时并未对其进行供电，因此其不工作。
(2)电路自检
类似的，当RESET均闭合时，ZCT检测L、N线上的是否有漏电流产生。
自检单元包括周期电压生成子单元，该周期电压生成子单元包括串联连接的第一电阻R9和第一电容C10，周期电压生成子单元还耦接至可控硅元件Q1和比较器IC2的第一输入端(正极)。显然，当可控硅Q1导通时，其能够提供第一电容C10上的电荷泄放的路径，从而降低第一电容C10的电压。
比较器的正极耦接至第一电阻R9和第一电容C10之间，用于接收电容C10上的电压信号，比较器的负极耦接至包括电阻R7、R8的参考电压生成子单元，用于接收参考电压信号。因此，周期电压生成子单元与参考电压生成子单元均接收来自N线上的电压信号
情形1：漏电故障检测单元工作正常：
由于IC2正极上的第一电阻R9和第一电容C10通过电阻R5连接到N线，因此，通过接在IC2正极上的电阻R9给电容C10充电。当C10上的电压高于R7上的电压(即IC2的负极)时，IC2的输出端将反转，IC2输出端出现高电平。
IC2的输出端通过电阻R11耦接至第一晶体管Q2的基极，因此，一旦IC2的输出端输出高电平，Q2便导通，进而下拉电阻R13和Q2之间的电位，而Q2导通的时间则取决于IC2的输出端的高电平维持时间。Q2的导通，给ZCT1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If，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，通过第一晶体管Q2和电阻R13引入了供ZCT1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ZCT1的输出信号，在引脚1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与电容C10和IC2的正极相连接，因此电容C10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的输出端输出低电平，第一晶体管Q2断开。此时，由于停止给ZCT1提供电流(即电流Ic并未产生)，ZCT1未检测到漏电流，因此，IC1的引脚1和Q1的控制极为零电平，可知，当漏电故障检测单元工作正常时，可控硅Q1的导通取决于电容C10上的电位。由于电容C10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此时将断开。
当漏电故障检测单元工作正常和预设定电流值If没发生变化时，则重复如上的过程，并继续为电容C10充电。能够通过改变C10与R9的参数来调整检测周期的长短，该检测周期能够是交流电周期的整数倍。
情形2：漏电故障检测单元工作不正常
此时，漏电故障检测单元发生故障或预设定电流值If变大，例如电容断路、IC1损坏等造成漏电故障检测单元丧失漏电保护能力，或是预设定电流值If变大导致自检单元产生的漏电流Ic小于If，此时，IC1的引脚1将输出低电平，即Q1不导通。此时，电容C10没有放电路，从而导致电容C10的电位始终高于IC2的负极端，即比较器IC2的输出端持续输出高电平，所以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，则比较器IC2将通过电阻R12给电容C11充电，当电位达到设定值时，二极管D7导通、Q1导通。由于此时比较器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。
(3)电路上电自检
虽然通过上面描述的自检单元已经能够对电路进行周期性的自检。然而如果自检周期设置的时间较长，在首次上电后的较长的时间内都不会进行自检。因此，仍然需要自检脉冲单元1在上电后立刻进行自检。
当用电检测装置刚上电时，第二晶体管Q3导通，电阻R17通过第二晶体管Q3对电容C10充电，充电电压达到比较器IC2的基准预设定值时，比较器IC2输出一次自检脉冲使Q2导通，Q2导通给ZCT1一个模拟的漏电信号，IC1输出一个驱动信号，驱动可控硅元件Q1导通，二极管D6同时也导通，D6导通后电容C10上的电压被瞬间放掉，IC2停止导通完成第一次自检。在此过程中，同时通过电阻R16对电容C6充电，则第二晶体管Q3基极电位升高从而导致其关断。如装置正常工作，则自检脉冲单元1不再工作。之后的自检由电阻R9和电容C10来完成。
优选地，用电检测装置还包括：(4)放电单元，其用于在电源电压低于电压预设定值的情况下禁止自检单元产生模拟漏电信号。如图1所示，放电单元包括二极管D8、电容C12和电阻R14、R15。
当加大负载LOAD用电时由于电流较大电压会变低，或者由于关机而导致电压直线下降时，会导致二极管D8两端的电压发生变化，如D8正极电压低于设定值，则D8导通，而电容C10上的电压瞬间降低，从而阻止IC2不能发出自检信号。而在正常工作时，D8正极的电压比电容C10处的电压高，从而D8不导通。
图2示出了根据本发明的用电检测装置的第二实施例的电路结构示意图。图2与图1的区别仅在于使用由电容C6和电阻R19构成的微分电路来断开第二晶体管Q3。
具体地，自检脉冲单元1包括：第二晶体管Q3、微分电路C6和R19、二极管D10和多个电阻R16、R17、R18。当刚上电时，C6、R19微分使第二晶体管Q3导通，二极管D10给比较器IC2的电压超过基准预设定值时，IC2输出一次自检脉冲，使Q2导通，Q2导通给ZCT1一个模拟的漏电信号，IC1输出驱动可控硅Q1的信号，完成一次自检。C6、R19微分后，Q3断开。如装置正常工作，则自检脉冲单元1不再工作。之后的自检由电阻R9和电容C10来完成。
图3示出了根据本发明的用电检测装置的第三实施例的电路结构示意图。图3与图2的区别仅在于，第二晶体管Q3的导通是用于拉低比较器IC2的第二输入端(负极)的电压。
具体地，自检脉冲单元1包括：第二晶体管Q3、微分电路C6和R19以及电阻R16。当刚上电时，C6、R19微分使第二晶体管Q3导通，这会拉低比较器IC2的负极输入端的电压，从而IC2输出一次自检脉冲，使Q2导通，Q2导通给ZCT1一个模拟的漏电信号，IC1输出驱动可控硅Q1的信号，完成一次自检。C6、R19微分后，Q3断开。如装置正常工作，则自检脉冲单元1不再工作。之后的自检由电阻R9和电容C10来完成。
图4示出了根据本发明的用电检测装置的第四实施例的电路结构示意图。
如图4所示，自检脉冲单元1包括：第二晶体管Q3、微分电路C6和R19以及电阻R10、R11。当刚上电时，C6、R19微分使第二晶体管Q3导通，Q3导通会使第一晶体管Q2导通，Q2导通给ZCT1一个模拟的漏电信号，IC1输出驱动可控硅Q1的信号，完成一次自检。C6、R19微分后，Q3断开。如装置正常工作，则自检脉冲单元1不再工作。之后的自检由电阻R9和电容C10来完成。
虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。

Claims (12)

1.一种用电检测装置，其特征在于，
包括：
自检脉冲单元，用于在所述用电检测装置上电时产生脉冲触发信号；
自检单元，用于周期性地产生模拟漏电信号，并且用于根据所述脉冲触发信号产生所述模拟漏电信号；
以及
漏电故障检测单元，用于检测所述模拟漏电信号和真实的漏电故障；
其中，所述自检单元包括：
参考电压生成子单元，用于生成参考电压；
周期电压生成子单元，用于生成周期变化的电压，所述周期变化的电压在所述周期的不同阶段分别大于和小于所述参考电压；
比较器，用于比较所述参考电压和所述周期变化的电压；以及
第一晶体管，用于根据所述比较的结果产生所述模拟漏电信号。
2.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述脉冲触发信号为触发电压，所述自检脉冲单元包括：
第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以提供所述触发电压；以及
第二电容器，用于在预先确定的充电时间后断开所述第二晶体管；
其中，所述比较器还用于，当所述第二晶体管导通时，比较所述参考电压和所述触发电压。
3.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述脉冲触发信号为触发电压，所述自检脉冲单元包括：
第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以提供触发电压；以及
微分电路，用于在预先确定的微分时间后断开所述第二晶体管；
其中，所述比较器还用于，当所述第二晶体管导通时，比较所述参考电压和所述触发电压。
4.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述脉冲触发信号用于拉低所述参考电压，所述自检脉冲单元包括：
第二晶体管，用于在所述用电检测装置上电时导通，以拉低所述参考电压；以及
微分电路，用于在预先确定的微分时间后断开所述第二晶体管。
5.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述周期电压生成子单元包括串联连接的第一电阻和第一电容器。
6.根据权利要求5所述的用电检测装置，其特征在于，
通过调整所述第一电阻与所述第一电容器的参数来调整所述周期。
7.根据权利要求2至4中任一项所述的用电检测装置，其特征在于，
所述第二晶体管为三极管、二极管或可控硅。
8.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述用电检测装置还包括：
放电单元，用于在电源电压低于电压预设定值的情况下禁止所述自检单元产生所述模拟漏电信号。
9.根据权利要求8所述的用电检测装置，其特征在于，
所述放电单元包括第三晶体管，用于在所述电源电压低于所述电压预设定值的情况下，将所述周期电压生成子单元的输出端与地相连接，以使得所述周期变化的电压为零。
10.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述漏电故障检测单元还包括第一故障显示单元，所述第一故障显示单元用于显示所述漏电故障。
11.根据权利要求1所述的用电检测装置，其特征在于，
所述自检单元还包括第二故障显示单元，所述第二故障显示单元用于显示所述用电检测装置的故障。
12.一种电连接设备，具有根据权利要求1至11中任一项所述的用电检测装置。
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