CN110190584A - 漏电保护器的自检芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种漏电保护器的自检芯片，包括上电复位电路，用于上电后对自检芯片进行复位并且开启1s计数器；参考电压模块，为比较器模块提供参考电压；比较器模块，用于监测自检期间火线电压的相位和晶闸管阳极电压的变化；环形振荡器，为计数模块和数字处理模块提供时钟；计数模块，用于产生自检信号、跳闸使能信号、漏电触发信号、晶闸管阳极监测信号、计数模块以及数字处理模块的复位信号；数字处理模块，用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号。本发明能够定期进行漏电保护器的自检，在自检期间，不影响负载的正常工作。

Description

漏电保护器的自检芯片
技术领域
本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及漏电保护器定期自检的自检芯片。
背景技术
随着电器应用的日益普及，电网负载多样化复杂化，用电安全越来越受国家和社会的重视。漏电保护器成为了生产和生活中不可或缺的辅助电器。然而带故障运行的漏电保护器使得用户失去电击和电气火灾的保护。由于现有漏电保护器的定期检查需要人工操作，操作过程中会造成供电中断，超过90%的用户并没有进行周期性的脱扣自检，漏电保护器异常工作的风险不可忽视。
发明内容
为了克服现有技术的不足，本发明提供一种漏电保护器的自检芯片。
一种漏电保护器的自检芯片，包括：
上电复位电路，用于上电后对自检芯片进行复位并且开启1s计数器；
参考电压模块，为比较器模块提供参考电压；
偏置电路，参考电压模块提供直流偏置；
比较器模块，用于监测自检期间火线电压的相位和晶闸管阳极电压的变化；
环形振荡器，为计数模块和数字处理模块提供时钟；
计数模块，用于产生自检信号、跳闸使能信号、漏电触发信号、晶闸管阳极监测信号、计数模块本身以及数字处理模块的复位信号；
数字处理模块，用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号。
所述计数模块包括1s计数器、15min计数器、20ms计数器、60ms计数器。
所述1s计数器用于在首次上电1s后进行首次自检；上电复位信号开启1s计数器，1s计数器完成计数后，产生漏电触发信号触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管，产生模拟漏电流；触发自检信号输出高电平，在自检期间自检信号始终保持高电平；完成首次自检后，关断1s计数器，直到上电复位信号再次产生，开启1s计数器。
所述15min计数器用于首次自检后每15min进行一次自检；1s计数器输出信号上升沿开启15min计数器 ，15min计数器完成计数后，产生漏电触发信号触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管，产生模拟漏电流；触发自检信号输出高电平，自检期间自检信号始终保持高电平；完成自检后，清零15min计数器。
所述比较器模块，包括第一比较器和第二比较器，第一比较器用于监测自检期间火线电压的相位，第二比较器用于监测自检期间晶闸管阳极电压的变化；自检期间，当火线电压处于正半周期，第一比较器输出正电平，第一比较器输出信号的上升沿脉冲与1s计数器、15min计数器协同作用开启20ms计数器；当20ms计数器计数时间在9.75~9.9ms范围内，第二比较器监测晶闸管阳极电压的变化，第二比较器输出信号输入数字处理模块进行判断。
所述20ms计数器用于产生自检信号、跳闸使能信号，晶闸管阳极监测信号；当1s计数器或15min计数器输出信号和第一比较器输出信号同时为高电平时，开启20ms计数器；在9.75~9.9ms期间，输出跳闸使能信号和晶闸管阳极监测信号；20ms计数器完成计数后，对20ms计数器、跳闸使能信号、晶闸管阳极检测信号进行清零。
所述60ms计数器用于触发终止信号；当1s计数器或15min计数器输出信号和第一比较器输出信号同时为高电平时，开启60ms计数器，若60ms计数器完成计数，触发数字处理模块输出终止信号。
所述数字处理模块用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号；在自检期间以外的时间内，自检信号为低电平，若漏电保护器芯片跳闸信号输出为高电平，数字处理模块触发SCR管脚输出高电平，即SCR管脚输出与漏电保护器芯片的跳闸信号保持一致；在自检期间内，自检信号为高电平，只有当漏电保护器芯片跳闸信号和自检芯片计数模块输出的跳闸使能信号同时为高电平时，数字处理模块触发SCR管脚输出高电平；当自检芯片处于自检周期内，自检信号保持高电平，FAULT TEST管脚输出高电平导通三极管产生模拟漏电流，当20ms计数器的计数时间在0~9.75ms范围内，跳闸使能信号为低电平，自检芯片SCR管脚保持低电平，晶闸管阳极电压与火线电压相同，第二比较器输出高电平；在9.75~9.9ms期间内，若漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能正常，互感线圈感应到模拟漏电流，漏电保护器芯片处理感应到的漏电信号，漏电保护器芯片跳闸信号输出高电平，漏电保护器芯片跳闸信号和自检芯片计数模块的跳闸使能信号同时为高电平，经过数字处理模块判断后触发自检芯片的SCR管脚输出高电平，导通晶闸管，晶闸管阳极电压为低电平，第二比较器输出低电平；在9.75~9.9ms期间内，晶闸管阳极监测信号为高电平，数字处理模块监测第二比较器的输出信号，若第二比较器输出信号产生下降沿，数字处理模块输出信号，清零并且关断20ms计数器和60ms计数器，关断1s计数器或者清零15min计数器，清零自检信号、跳闸使能信号、晶闸管阳极监测信号，触发FAULT TEST管脚输出低电平关断三极管；漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，第二比较器都不产生下降沿信号，若在60ms内，第二比较器输出信号没有下降沿信号产生，数字处理模块不产生60ms计数器的清零信号，60ms计数器完成计数后触发数字处理模块输出终止信号。
本发明的有益效果：能够定期进行漏电保护器的自检，若发现故障，输出终止信号。在自检期间，不影响负载电器的正常工作。外围应用电路的成本比较低，具有市场竞争力。
附图说明
图1是本发明自检芯片的一种结构框图；
图2是本发明自检芯片的一种应用电路图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行阐述。
如图1所示，所述自检芯片包括：
上电复位电路，用于上电后对自检芯片进行复位并且开启1s计数器；
参考电压模块，为比较器模块提供参考电压；
偏置电路，参考电压模块提供直流偏置；
比较器模块，用于监测自检期间火线电压的相位和晶闸管阳极电压的变化；
环形振荡器，为计数模块和数字处理模块提供时钟；
计数模块，用于产生自检信号、跳闸使能信号、漏电触发信号、晶闸管阳极监测信号、计数模块以及数字处理模块的复位信号；
数字处理模块，用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号。
图2是本发明自检芯片的一种应用电路图。包括：
漏电保护器芯片1，用于处理漏电信号；
互感线圈3，用于感应模拟漏电流；
供电电路4，为漏电保护器芯片1和自检芯片2供电；
模拟漏电产生电路5，产生模拟漏电流；
脱扣机构6，主要由脱扣线圈和晶闸管组成；
自检芯片2，用于对漏电保护器的关键组件：漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈进行定期的自检。
如图2所示，漏电保护器芯片1将跳闸信号输入自检芯片2中，通过自检芯片对漏电保护器芯片输出的跳闸信号进行处理。在自检期间，数字处理模块对漏电保护器芯片输出的跳闸信号进行处理，保证SCR管脚输出高电平的时间范围内，脱扣线圈支路能够产生的最大电流低于脱扣电流，从而不会在自检期间驱动脱扣机构脱扣；在自检期间以外的时间内，即自检信号为低电平时，SCR管脚的输出与漏电保护器芯片输出的跳闸信号保持一致。如表一所示为SCR管脚输出真值表。其中，自检信号和跳闸使能信号由自检芯片2的计数模块产生，TIAOZHA信号由漏电保护器芯片1产生。
表1 SCR管脚输出真值表
自检信号 TIAOZHA 跳闸使能信号 SCR
0 0 0 0
0 0 1 0
0 1 0 1
0 1 1 1
1 0 0 0
1 0 1 0
1 1 0 0
1 1 1 1
下面详细说明自检芯片的工作过程。
如图1所示，芯片首次上电后，上电复位电路产生上电复位信号对自检芯片进行复位清零，开启 1s计数器，1s计数器完成计数后，触发FAULT TEST管脚输出高电平，导通图2中三极管Q1产生模拟漏电流；触发自检信号输出高电平，在自检期间自检信号始终保持高电平。火线电压处于正半周期时，第一比较器输出上升沿脉冲，自检信号和第一比较器输出信号同时为高电平时，开启20ms计数器和60ms计数器，当20ms计数器的计数时间在0~9.75ms范围内，跳闸使能信号保持低电平，SCR管脚保持低电平，SCR TEST管脚监测晶闸管阳极的电压，若脱扣线圈与火线正常连接，晶闸管阳极电压分压高于参考电压，第二比较器输出高电平；当20ms计数器的计数时间在9.75~9.9ms期间内，跳闸使能信号输出高电平，在1s计数器完成计数后，通过触发FAULT TEST 管脚输出高电平导通三极管产生模拟漏电流，若互感线圈以及漏电保护器芯片功能正常，漏电保护器芯片跳闸信号输出高电平，此时，自检信号、漏电保护器芯片跳闸信号、跳闸使能信号均为高电平，SCR管脚输出高电平，若晶闸管功能正常，晶闸管导通，晶闸管阳极电压为低电平，第二比较器输出低电平，第二比较器输出信号产生下降沿，在9.75~9.9ms期间内，脱扣线圈、晶闸管、互感线圈、漏电保护器芯片中任何器件发生故障，第二比较器都不产生下降沿信号；第二比较器的下降沿信号用于清零关断20ms计数、60ms计数器和1s计数器，清零自检信号、跳闸使能信号、晶闸管阳极检测信号，触发FAULT TEST管脚输出低电平关断三极管Q1；若第二比较器在9.75~9.9ms内没有产生下降沿信号，说明互感线圈、漏电保护器芯片、晶闸管、脱扣线圈中有器件存在故障，20ms计数器完成计数后清零20ms计数器、跳闸使能信号、晶闸管阳极监测信号，再重复两次自检过程，若60ms内，第二比较器都没有产生下降沿信号，60ms计数器完成计数，输出信号驱动数字处理模块产生终止信号。
完成首次自检后，若脱扣线圈、晶闸管、互感线圈、漏电保护器芯片功能正常，首次自检后每15min进行一次自检，15min计数器完成一次计数后开始一次自检，重复上述自检流程；若脱扣线圈、晶闸管、互感线圈、漏电保护器芯片中有器件存在故障，自检芯片输出终止信号断开负载供电。

Claims (8)

1.一种漏电保护器的自检芯片，其特征在于，包括：
上电复位电路，用于上电后对自检芯片进行复位并且开启1s计数器；
参考电压模块，为比较器模块提供参考电压；
偏置电路，参考电压模块提供直流偏置；
比较器模块，用于监测自检期间火线电压的相位和晶闸管阳极电压的变化；
环形振荡器，为计数模块和数字处理模块提供时钟；
计数模块，用于产生自检信号、跳闸使能信号、漏电触发信号、晶闸管阳极监测信号、计数模块本身以及数字处理模块的复位信号；
数字处理模块，用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号。
2.如权利要求2所述的自检芯片，其特征在于，所述计数模块包括1s计数器、15min计数器、20ms计数器、60ms计数器。
3.如权利要求2所述的自检芯片，其特征在于，所述1s计数器用于在首次上电1s后进行首次自检；上电复位信号开启1s计数器，1s计数器完成计数后，产生漏电触发信号触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管，产生模拟漏电流；触发自检信号输出高电平，在自检期间自检信号始终保持高电平；完成首次自检后，关断1s计数器，直到上电复位信号再次产生，开启1s计数器。
4.如权利要求2所述的自检芯片，其特征在于，所述15min计数器用于首次自检后每15min进行一次自检；1s计数器输出信号上升沿开启15min计数器 ，15min计数器完成计数后，产生漏电触发信号触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管，产生模拟漏电流；触发自检信号输出高电平，自检期间自检信号始终保持高电平；完成自检后，清零15min计数器。
5.如权利要求1所述的自检芯片，其特征在于，所述比较器模块，包括第一比较器和第二比较器，第一比较器用于监测自检期间火线电压的相位，第二比较器用于监测自检期间晶闸管阳极电压的变化；自检期间，当火线电压处于正半周期，第一比较器输出正电平，第一比较器输出信号的上升沿脉冲与1s计数器、15min计数器协同作用开启20ms计数器；当20ms计数器计数时间在9.75~9.9ms范围内，第二比较器监测晶闸管阳极电压的变化，第二比较器输出信号输入数字处理模块进行判断。
6.如权利要求2所述的自检芯片，其特征在于，所述20ms计数器用于产生自检信号、跳闸使能信号，晶闸管阳极监测信号；当1s计数器或15min计数器输出信号和第一比较器输出信号同时为高电平时，开启20ms计数器；在9.75~9.9ms期间，输出跳闸使能信号和晶闸管阳极监测信号；20ms计数器完成计数后，对20ms计数器、跳闸使能信号、晶闸管阳极检测信号进行清零。
7.如权利要求2所述的自检芯片，其特征在于，所述60ms计数器用于触发终止信号；当1s计数器或15min计数器输出信号和第一比较器输出信号同时为高电平时，开启60ms计数器，若60ms计数器完成计数，触发数字处理模块输出终止信号。
8.如权利要求1所述的自检芯片，其特征在于，所述数字处理模块用于判断漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能是否正常，漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，输出终止信号；在自检期间以外的时间内，自检信号为低电平，若漏电保护器芯片跳闸信号输出为高电平，数字处理模块触发SCR管脚输出高电平，即SCR管脚输出与漏电保护器芯片的跳闸信号保持一致；在自检期间内，自检信号为高电平，只有当漏电保护器芯片跳闸信号和自检芯片计数模块输出的跳闸使能信号同时为高电平时，数字处理模块触发SCR管脚输出高电平；当自检芯片处于自检周期内，自检信号保持高电平，FAULT TEST管脚输出高电平导通三极管产生模拟漏电流，当20ms计数器的计数时间在0~9.75ms范围内，跳闸使能信号为低电平，自检芯片SCR管脚保持低电平，晶闸管阳极电压与火线电压相同，第二比较器输出高电平；在9.75~9.9ms期间内，若漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈的功能正常，互感线圈感应到模拟漏电流，漏电保护器芯片处理感应到的漏电信号，漏电保护器芯片跳闸信号输出高电平，漏电保护器芯片跳闸信号和自检芯片计数模块的跳闸使能信号同时为高电平，经过数字处理模块判断后触发自检芯片的SCR管脚输出高电平，导通晶闸管，晶闸管阳极电压为低电平，第二比较器输出低电平；在9.75~9.9ms期间内，晶闸管阳极监测信号为高电平，数字处理模块监测第二比较器的输出信号，若第二比较器输出信号产生下降沿，数字处理模块输出信号，清零并且关断20ms计数器和60ms计数器，关断1s计数器或者清零15min计数器，清零自检信号、跳闸使能信号、晶闸管阳极监测信号，触发FAULT TEST管脚输出低电平关断三极管；漏电保护器芯片、互感线圈、晶闸管、脱扣线圈中任何器件存在故障，第二比较器都不产生下降沿信号，若在60ms内，第二比较器输出信号没有下降沿信号产生，数字处理模块不产生60ms计数器的清零信号，60ms计数器完成计数后触发数字处理模块输出终止信号。
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