CN110649562A - 断路器及其工作状态检测方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种断路器及其工作状态检测方法，该断路器包括：自检控制模块，根据交流信号同步产生模拟漏电信号并输出至交流电路的零线；感应模块，与交流电路的干线耦合，并根据耦合处磁通量的变化产生触发信号；漏电检测模块，与感应模块相连接以获得触发信号，并根据触发信号产生导通信号；保护模块，分别与交流电路的火线、漏电检测模块和自检控制模块连接，用于根据交流信号产生第一检测信号，以及根据导通信号产生第二检测信号，并将第一检测信号和第二检测信号输出至自检控制模块，自检控制模块根据接收到的第一检测信号和第二检测信号判断断路器的工作状态，由此快速检测该断路器是否能进行漏电保护，整个过程均是上电后自动完成，高效简单。

Description

断路器及其工作状态检测方法

技术领域

本文涉及电力电子相关领域，具体的涉及断路器及其工作状态检测方法。

背景技术

器具漏电保护断路器(ALCI)带有漏电保护功能，能有效防止人身触电以及火灾事故，因而广泛应用到家电中。而由于器具漏电保护断路器自身也有可能出现故障，如内部元器件使用寿命的终止，导致漏电保护功能的丧失，在这种情况下，如果继续使用该装置就有可能出现人身触电或火灾事故。

所以现有的ALCI系统在使用的时候，需要人工来手动测试该系统是否能正常工作。图1示出根据现有技术的断路器的示意性电路图，如图1所示，交流电路连接在电源和负载之间，在交流电路的火线与零线上耦合有感应线圈N1，线圈N1的引出线连接至漏电保护模块10上，漏电保护模块10连接至可控硅SQ的控制端，可控硅SQ的阳极接螺线管L，阴极接地；螺线管L接在交流电路的干线上，控制开关S1和S2的开启和断开，整流桥BD用于对漏电保护模块供电；在干线上还连接有手动检测按钮BT以及与之串联的电阻R。当电路发生故障时，例如节点Q处出现影响干线电流的因素，致使交流电路的火线和零线之间的电流矢量和不为零，使感应线圈N1中磁通量变化，感应出感应电势，发送给漏电保护模块10，漏电保护模块10发出导通信号至可控硅SQ的控制端，导通可控硅SQ与螺线管L，螺线管L使开关S1和S2断开，切断交流电路，起到保护作用。手动检测开关BT可用于手动检测断路器是否能正常工作。

然而在实际操作中，往往会忽视或者忘记进行手动测试，这样ALCI系统中某些关键元件可能存在失效的隐患，从而可能造成触电安全事故的发生，而且手动测试多有不便，有待改进。

发明内容

鉴于上述内容，本发明的目的在于提供一种适用于交流电路的断路器及其检测方法，提供自检控制模块，发送模拟漏电信号并检测可控硅阳极的电压，从而判断电路是否能正常工作，实现电路的自动检测。

根据本发明第一方面，提供一种用于交流电路的断路器，包括：

自检控制模块，根据交流信号同步产生模拟漏电信号并输出至所述交流电路的零线；

感应模块，与所述交流电路的干线耦合，并根据耦合处磁通量的变化产生触发信号；

漏电检测模块，与所述感应模块相连接以获得所述触发信号，以及根据所述触发信号产生导通信号；以及

保护模块，分别与所述交流电路的火线、所述漏电检测模块和所述自检控制模块连接，用于根据所述交流信号产生第一检测信号，以及根据所述导通信号产生第二检测信号，并将所述第一检测信号和所述第二检测信号输出至所述自检控制模块，

其中，所述自检控制模块根据接收到的所述第一检测信号和所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态。

优选地，所述保护模块包括：

螺线管，连接至所述交流电路的火线和可控硅之间，用于断开或者导通所述交流电路；以及

可控硅，连接至所述螺线管和地之间，所述可控硅的控制极连接至所述漏电检测模块，用于接收所述导通信号。

优选地，在交流电源的正半周期内，当所述交流电路的干线上的电流矢量和变化使所述耦合处产生磁通量变化时，所述感应模块产生所述触发信号并输出至所述漏电检测模块，所述漏电检测模块接收所述触发信号并向所述可控硅的控制极输出导通信号，所述可控硅根据所述导通信号导通，并通过所述螺线管断开所述交流电路。

优选地，所述保护模块还包括：

第一二极管，串联在所述可控硅和所述螺线管之间，所述第一二极管的阴极与所述可控硅的阳极连接，所述第一二极管用于在交流电源的负半周期内阻断所述可控硅与所述螺线管的连接。

优选地，所述断路器在所述交流电路上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，且每隔一定时间进行一次故障检测，所述故障检测包括连续进行的连接性检测和模拟漏电检测。

优选地，在所述交流电源的正半周期对所述保护模块进行所述连接性检测，所述交流信号经过所述螺线管到达所述可控硅的阳极，使所述可控硅和所述第一二极管之间的第一节点产生所述第一检测信号，

所述自检控制模块将所述第一检测信号的电压值与第一阈值电压进行比较，并据此判断所述断路器是否发生故障。

优选地，在所述交流电源的正半周期内，当所述第一检测信号的电压值小于所述第一阈值电压时，所述断路器再进行多个交流周期的所述连接性检测，当在所述多个交流周期的连接性检测中，所述第一检测信号的电压值仍然一直小于所述第一阈值电压时，所述自检控制模块产生报警信号。

优选地，在所述交流电源的正半周期内，当所述第一检测信号的电压值大于等于所述第一阈值电压时，在所述交流电源的负半周期内，进行所述模拟漏电检测。

优选地，在所述交流电源的负半周期进行所述模拟漏电检测，所述自检控制模块将产生的所述模拟漏电信号发送至所述感应模块，所述漏电检测模块接收所述感应模块产生的触发信号，并向所述可控硅输出导通信号导通所述可控硅，使所述第一节点处产生第二检测信号。

优选地，在所述交流电源的负半周期内，当所述自检控制模块接收到所述第二检测信号时，所述故障检测结束；当所述自检控制模块未接收到所述第二检测信号时，所述断路器再进行多个交流周期的所述模拟漏电检测，若所述自检控制模块在预设的多个所述交流周期内均没有接收到所述第二检测信号，则所述自检控制模块产生报警信号。

优选地，所述第一检测信号为高电平，所述第二检测信号为低电平。

优选地，所述断路器还包括：

整流桥，与所述交流电路的干线连接，用于为所述自检控制模块和所述漏电检测模块提供电源；

保护电阻，连接在所述交流电路的火线和零线之间；

开关，用于在所述螺线管的控制下断开或者导通所述交流电路。

优选地，所述断路器还包括：手动自检模块，连接在所述交流电路的火线和零线之间，用于手动检测所述断路器的工作状态。

优选地，所述手动自检模块包括串联连接的第八电阻和第一自检按钮。

优选地中，所述漏电检测模块包括：

漏电检测芯片，所述漏电检测芯片包括多个引脚，用于接收所述触发信号，并输出所述导通信号；

第一电阻，与所述漏电检测芯片的第六引脚连接；

第二电阻，连接在所述漏电检测芯片的第一引脚和所述感应模块之间；

第一电容，连接在所述漏电检测芯片的第四引脚和第五引脚之间；以及

第二电容，连接在所述漏电检测芯片的第五引脚和第六引脚之间。

优选地，所述感应模块包括与所述交流电路的干线耦合的感应线圈，以及连接在所述感应线圈的一端与所述第二电阻之间的第三电阻，所述第三电阻还连接至所述漏电检测芯片的第二引脚，所述感应线圈的另一端连接至所述漏电检测芯片的第三引脚。

优选地，所述自检控制模块包括自检控制芯片，所述自检控制芯片包括多个引脚，其中，

故障引脚用于输出所述模拟漏电信号；

检测引脚用于接收所述第一检测信号和所述第二检测信号；

报警引脚用于输出所述报警信号；

时钟引脚用于接收来自所述交流电路的交流信号并产生时钟信号使所述故障引脚开始工作；

电源引脚用于接收来自整流桥的电压信号，为所述自检控制芯片供电。

优选地，所述自检控制模块还包括：

第四电阻，连接在所述检测引脚和所述第一节点之间；

第五电阻，连接在所述电源引脚与所述整流桥之间；

第六电阻，连接在所述时钟引脚与所述交流电路的火线之间；

第七电阻，连接在所述故障引脚与所述交流电路的零线之间；

第三电容，连接在所述电源引脚与地之间；以及

第二二极管，并联在所述第四电阻两端。

优选地，所述自检控制模块的所述第二二极管在所述交流电源的正半周期截止，在所述模拟漏电检测时的所述交流电源的负半周期内，使所述检测引脚检测到所述第一节点的所述第二检测信号。

优选地，所述自检控制模块的所述检测引脚接收到所述第二检测信号后，使所述故障引脚的所述模拟漏电信号停止发送，所述模拟漏电检测完成。根据本发明第二方面，提供一种断路器的工作状态检测方法，包括：

进行连接性检测，根据交流信号产生第一检测信号；

进行模拟漏电检测，在交流信号的负半周期产生模拟漏电信号，引起磁通量变化；

获得根据所述磁通量变化产生的触发信号，根据所述触发信号产生导通信号；

根据所述导通信号产生第二检测信号；以及

根据接收到的所述第一检测信号和所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态。

优选地，所述检测方法还包括：在上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，其中，所述故障检测包括连续进行的所述连接性检测和所述模拟漏电检测。

优选地，进行连接性检测，根据交流信号产生第一检测信号包括：

在交流电源的正半周期内，交流信号经过第一节点产生所述第一检测信号；

将所述第一检测信号的电压值与第一阈值电压进行比较；

当所述第一检测信号的电压值大于等于所述第一阈值电压时，进行所述模拟漏电检测；

当所述第一检测信号的电压值小于所述第一阈值电压时，再进行多个交流周期的连接性检测，当所述多个交流周期的连接性检测中，所述第一检测信号的电压值仍然小于所述第一阈值电压时，产生报警信号。

优选地，根据所述导通信号产生第二检测信号，根据接收到的所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态包括：

在交流电源的负半周期内，根据所述模拟漏电信号产生所述触发信号；

根据所述触发信号产生导通信号；

输出所述导通信号使所述第一节点处产生第二检测信号；

当接收到所述第二检测信号时，所述故障检测结束；

当未接收到所述第二检测信号时，再进行一个或多个交流周期的所述模拟漏电检测，若在预设的多个所述交流周期内均没有接收到所述第二检测信号，产生报警信号。

优选地，接收到所述第二检测信号后，所述模拟漏电信号停止发送，所述模拟漏电检测完成。

优选地，所述检测方法还包括：

在交流电源的正半周期内，当交流电路的干线上的电流变化产生磁通量变化时，输出所述触发信号；

接收所述触发信号并输出导通信号；

根据所述导通信号断开所述交流电路。

优选地，所述第一检测信号为高电平，所述第二检测信号为低电平。

该断路器采用保护模块根据交流电路的交流信号产生的第一检测信号，以及采用由自检控制模块提供模拟漏电信号，使漏电检测模块工作，开启保护模块，并根据保护模块产生的第二检测信号共同来判断断路器的工作状态，可以检测该断路器是否能进行正常的漏电保护，整个过程均是上电后自动完成，无需人工，既提高了效率，也可以保护使用者的人身安全。

该断路器在上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，进行故障检测时，在交流电源的正半周期内单独对保护模块进行连接性检测，保证保护电路在故障发生时能及时报警；在交流电源的负半周期内单独进行模拟漏电检测，检测漏电检测模块和保护模块在电路发生漏电时是否能起到漏电保护作用，在交流电源的正负半周期内交替进行两种检测，在断路器发生故障时会产生报警信号，提示使用者更换断路器，及时保障安全。

自检控制模块产生的模拟漏电信号，可以使断路器模拟电路发生漏电时采取的保护工作，但是不会影响断路器在电路真正发生故障时的正常保护功能，在电路发生漏电时，可以通过保护模块及时切断电源。

该断路器通过检测可控硅阳极的电压，来判断断路器是否能正常工作，起到对电路的保护作用，方法简单高效，检测结果直观，能快速进行判断。

附图说明

通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚。

图1示出根据现有技术的断路器的示意性电路图。

图2示出根据本发明实施例的断路器的示意性框图。

图3a和图3b分别示出根据本发明又一实施例的断路器的示意性框图和示意性电路图。

图4示出图3a和图3b中断路器的详细的示意性电路图。

图5示出根据本发明实施例的断路器在进行模拟漏电检测时断路器功能正常时的工作波形图。

图6示出根据本发明实施例的断路器在进行模拟漏电检测时断路器发生故障时的工作波形图。

图7a和图7b分别示出根据本发明实施例的断路器在进行连接性检测时可控硅短路和螺线管开路时的工作波形图。

具体实施方式

以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。

图2示出根据本发明实施例的断路器的示意性框图。该断路器包括感应模块101、自检控制模块102、漏电检测模块103和保护模块104。如图2所示，交流电路的干线中的火线L和零线N连接电源端和负载端，由开关S1和S2控制交流电路的通断。

自检控制模块102与火线L连接以获得交流信号，并根据交流信号同步产生模拟漏电信号Vleak，并输出至交流电路的零线N的节点Q2上，引起感应模块101与交流电路的干线耦合处的磁通量变化。

感应模块101与交流电路的干线耦合，用于将耦合处的磁通量变化转换为触发信号Vtri并输出至漏电检测模块103，当交流电路的干线上的电流矢量和不为零时，会引起磁通量的变化，感应模块101就会根据磁通量变化产生触发信号Vtri。

漏电检测模块103与感应模块101相连接，以获得感应模块101根据磁通量变化产生的触发信号Vtri，以及根据触发信号Vtri产生导通信号Vcon，输出至保护模块104。

保护模块104连接在交流电路的火线和漏电检测模块103之间，用于根据来自交流电路的交流信号产生第一检测信号VS1，以及根据来自漏电检测模块103的导通信号Vcon产生第二检测信号VS2，保护模块104与自检控制模块102电性连接，自检控制模块102根据接收到的第一检测信号VS1和第二检测信号VS2判断断路器的工作状态。

断路器在交流电路上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，故障检测包括在交流电源的正负半周期连续进行的连接性检测和模拟漏电检测。优选地，在交流电源的正半周期内，保护模块104根据来自交流电路的交流信号产生第一检测信号VS1，自检控制模块102接收第一检测信号VS1，并判断保护模块104是否能正常工作；在交流电源的负半周期内，自检控制模块102向感应模块101输出模拟漏电信号Vleak，感应模块101根据所述模拟漏电信号Vleak引起的磁通量变化产生触发信号Vtri，漏电检测模块103根据触发信号Vtri产生导通信号Vcon，并输出至保护模块104，保护模块104根据来自漏电检测模块103的导通信号Vcon产生第二检测信号VS2，自检控制模块102接收第二检测信号VS2，并判断漏电检测模块103和保护模块104是否能正常工作。

优选地，当自检控制模块102不工作时，若节点Q2处的火线或零线上的电流发生变化，使交流电路的干线上的电流矢量和发生变化时，也会引起感应模块101内的磁通量变化，感应模块101产生触发信号Vtri，输出至漏电检测模块103，漏电检测模块103接收触发信号Vtri并向保护模块104输出导通信号Vcon，保护模块104接收导通信号Vcon，并据此关断开关S1和S2，断开交流电路。

图3a和图3b分别示出根据本发明又一实施例的断路器的示意性框图和示意性电路图。该断路器是图2的优化方案，与图2的实施例相同，该断路器包括感应模块110、自检控制模块120、漏电检测模块130和保护模块140，另外，还包括整流桥150和手动自检模块160。

如图3a和图3b所示，交流电路的干线中的火线L和零线N连接电源端和负载端，由开关S1和S2控制交流电路的干线的通断。自检控制模块120与火线L连接以获得交流信号，自检控制模块120根据交流信号同步产生模拟漏电信号Vleak，并输出至感应模块110；感应模块110与交流电路的干线耦合，用于根据磁通量变化产生触发信号Vtri；漏电检测模块130与感应模块110相连接以获得触发信号Vtri，以及根据触发信号Vtri产生导通信号Vcon；保护模块140连接在火线L和漏电检测模块130之间，用于根据交流电路的交流信号产生第一检测信号VS1，以及根据导通信号Vcon产生第二检测信号VS2，自检控制模块120根据接收到的第一检测信号VS1和第二检测信号VS2判断断路器的工作状态。

整流桥150的输入端与交流电路的干线连接，用于为自检控制模块120和漏电检测模块130提供电源，整流桥150的输入端中，一端连接零线N，与之对应的另一端连接火线L，而整流桥150的两个输出端中，一个输出端接地，另一个输出端分别向自检控制模块120和漏电检测模块130供电，提供电压信号。

手动自检模块160连接在交流电路的干线的火线L和零线N之间，第一端连接至交流电路的干线中的火线L，第二端连接至交流电路的干线中的零线N，用于手动检测断路器的工作状态。例如，手动自检模块160包括串联连接的电阻R8和自检按钮B1，自检按钮B1可以手动检测断路器的工作状态。

本实施例的断路器还包括：保护电阻RV，连接在火线L和零线N之间，起保护作用。开关S1和S2分别串联在火线L和零线N上，用于断开或者连通交流电路。

进一步地，感应模块110包括与交流电路的干线耦合的感应线圈SC1，以及连接在感应线圈SC1的一端与漏电检测模块130之间的电阻R3，感应线圈SC1的另一端也连接至漏电检测模块130。感应线圈SC1可以感应交流电路的干线上的电流矢量和，例如当节点Q2处出现影响交流电路的干线上的电流的因素，使得交流电路的火线L和零线N之间的电流矢量和不为零，会在线圈SC1内产生磁通量的变化，感应模块110根据磁通量变化产生触发信号Vtri，并通过电阻R3后输出至漏电检测模块130。

保护模块140包括螺线管SQL和可控硅SQ1，螺线管SQL连接至交流电路的火线L和可控硅SQ1之间，用于通过控制开关S1和S2的断开或者闭合来关断或导通交流电路；可控硅SQ1连接至螺线管SQL和地之间，可控硅SQ1的阳极连接螺线管SQL的一端，螺线管SQL的另一端连接火线L，可控硅SQ1的阴极接地，且控制极连接至漏电检测模块130，用于接收导通信号Vcon进行导通。保护模块140还包括二极管D1，串联在可控硅SQ1和螺线管SQL之间，二极管D1的阴极与可控硅SQ1的阳极连接，二极管D1用于在交流电源的负半周期内阻断可控硅SQ1与螺线管SQL的连接。在可控硅SQ1的阳极和二极管D1的阴极之间取一点为节点Q1，自检控制模块120从节点Q1处检测到第一检测信号VS1和第二检测信号VS2。

本实施例的断路器的工作状态与图2描述一致，断路器在交流电路上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，且每隔一定时间进行一次故障检测，测试断路器是否能正常工作，起到电路保护的作用。故障检测包括在交流电源的正负半周期连续进行的连接性检测和模拟漏电检测。

进行故障检测时，在交流电源的正半周期内，对保护模块140进行连接性检测，交流信号首先经过螺线管SQL和二极管D1到达可控硅SQ1的阳极，使节点Q1上产生一个电压，作为第一检测信号VS1，自检控制模块120接收节点Q1的第一检测信号VS1，并将第一检测信号VS1的电压值与阈值电压Vth1进行比较，检测螺线管SQL与可控硅SQ1之间的连接性。当第一检测信号VS1的电压值小于阈值电压Vth1时，说明螺线管SQL可能发生故障，为避免误报警，在接下来的几个交流周期内均会进行连接性检测，例如重复进行多次(例如3次或更多次，这里的检测次数根据实际需要而定)连接性检测，如果每次连接性检测中，第一检测信号VS1的电压值均小于阈值电压Vth1，则认为断路器出现故障，不能再进行漏电保护了，自检控制模块120产生报警信号，提示使用人员进行断路器的更换；若第一检测信号VS1的电压值达到或大于阈值电压Vth1，则螺线管SQL与可控硅SQ1连接正常，接下来在交流电源的负半周期进行模拟漏电检测。在交流电源的正半周期，自检控制模块120只接收第一检测信号VS1，而不会发出模拟漏电信号Vleak。

在交流电源的负半周期内，进行模拟漏电检测，自检控制模块120向感应模块110输出模拟漏电信号Vleak，实际上是自检控制模块120输出模拟漏电信号Vleak至节点Q2，使得感应线圈SC1内产生磁通量的变化，感应模块110根据磁通量变化产生触发信号Vtri，漏电检测模块130接收感应模块110产生的触发信号Vtri，并向保护模块140的可控硅SQ1的控制端输出导通信号Vcon，导通可控硅SQ1，使节点Q1处产生一个低电压，作为第二检测信号VS2；与节点Q1连接的自检控制模块120接收第二检测信号VS2，并判断漏电检测模块130和保护模块140是否能正常工作。当自检控制模块120接收到第二检测信号VS2时，说明断路器可以进行正常的漏电保护，故障检测结束。

当自检控制模块120未检测到第二检测信号VS2时，说明可控硅SQ1没有导通，断路器内部可能出现故障，所以要再次进行验证，断路器再进行多个(例如3个或更多个，这里的检测次数根据实际需要而定)连续交流周期的故障检测，重复进行多次模拟漏电检测，若自检控制模块120在预设的多个交流周期内均没有接收到第二检测信号VS2，确定断路器发生故障，不能再进行漏电保护，此时，自检控制模块120产生报警信号，提示使用人员更换断路器。优选地，第二检测信号VS2为低电平，例如在上电预设时间后开始的交流电源的第一个负半周期内，自检控制模块120未在节点Q1处检测到低电平，则进行第二个交流周期的故障检测，若在节点Q1处检测到低电平，故障检测结束，若仍未在节点Q1处检测到低电平，则再进行一个至多个交流周期的故障检测，重复上述步骤，直至进行到预设个(例如第4个)交流周期的故障检测时仍未检测到低电平，则在下一个交流周期，自检控制模块120产生报警信号。

上电后，电源通过交流线路的干线向断路器及后续的负载供电，在上电预设时间后，例如上电1s或2s后，开始进行故障检测，在固定的一至多个交流电源的正负半周期内交替进行连续的连接性检测和模拟漏电检测，经检测断路器的漏电保护功能正常后，故障检测结束。在负载工作一段时间后，例如11.25min后，断路器又进入交替的连接性检测和模拟漏电检测，时刻保护使用者的人身安全。再经过正常供电11.25min之后又进入故障检测，以此类推。一个交流周期例如为20ms，则当自检控制模块120在第一个交流周期中未检测到第二检测信号VS2时，再连续进行预设的多个(例如3个)交流周期的模拟漏电检测，当经过多个(例如总共4个)交流周期的模拟漏电检测后，还未检测到第二检测信号VS2，则在故障检测进行80ms(对应4个交流周期)后进行报警，报警可以以LED闪烁形式或蜂鸣器蜂鸣形式实现。

在上电预设时间后开始进行连接性检测和模拟漏电检测，只是对断路器的漏电保护功能是否正常进行的检测，并不影响断路器的正常工作，对断路器在出现漏电情况时的漏电保护功能不产生影响。进一步地，在任一交流电源的交流周期内，当交流干线上的电流矢量和发生变化时，干线与感应线圈SC1的耦合处产生磁通量变化，感应模块110产生触发信号Vtri，输出至漏电检测模块130，漏电检测模块130接收触发信号Vtri并向保护模块140的可控硅SQ1的控制极输出导通信号Vcon，在交流电路的正半周期时，二极管D1导通，使得可控硅SQ1与螺线管SQL连通，螺线管SQL在电流作用下产生电磁力，关断开关S1和S2，断开交流电路，避免造成漏电伤人事故。

图4示出图3a和图3b中断路器的详细的示意性电路图。该断路器是图3的框图实例化的电路结构。该断路器包括感应模块110、自检控制模块120、漏电检测模块130、保护模块140、整流桥150和手动自检模块160。

结合图3a和图3b，本实施例的自检控制模块120包括自检控制芯片IC1和多个电阻和多个电容，漏电检测模块130包括漏电检测芯片IC2和多个电阻和电容。

自检控制芯片IC1包括多个引脚，图中所示是6个引脚，其中，故障引脚1通过串联的电阻R7连接至节点Q2，用于向节点Q2输出模拟漏电信号Vleak；检测引脚4通过并联的二极管D2和电阻R4连接至节点Q1，用于接收第一检测信号VS1和第二检测信号VS2；时钟引脚2通过电阻R6连接至交流电路的火线L上，用于接收来自火线L的交流信号并开始计时，在预设时间后，开始进行故障检测。在计时预计时间后，例如1或2s后，时钟引脚2接收来自火线的交流信号并在自检控制芯片IC1内部对其进行处理得到时钟信号，时钟信号的下降沿使故障引脚1开始工作，发出模拟漏电信号Vleak；电源引脚3通过电阻R5连接至整流桥150的一个非接地的输出端，用于接收来自整流桥150的电压信号，为自检控制芯片IC1提供电源；报警引脚5用于在断路器发生故障时输出报警信号；接地引脚6用于接地，电源引脚3与接地引脚6通过电容C3连接。

漏电检测芯片IC2包括多个引脚，图中所示是6个引脚，引脚1和2用于接收触发信号Vtri，引脚4与可控硅SQ1的控制极连接，用于输出导通信号Vcon；引脚1和引脚2均与感应模块110的电阻R3连接，而引脚1与电阻R3之间还串联有电阻R2，引脚3与感应线圈SC1没有电阻R3的一端直接相连；引脚5连接至地和可控硅SQ1的阴极；引脚6通过电阻R1连接至整流桥150，交流电路的火线L通过引脚6向漏电检测芯片IC2供电。电容C1连接在漏电检测芯片IC2的引脚4和引脚5之间，电容C2连接在漏电检测芯片IC2的引脚5和引脚6之间。

进一步地，断路器在上电预设时间后的至少一个交流周期内连续进行连接性检测和模拟漏电检测。在故障检测期间，在交流电源的正半周期对保护模块140进行连接性检测，交流信号经过螺线管SQL和二极管D1到达可控硅SQ1的阳极和节点Q1，同时连接到自检控制芯片IC1的检测引脚4上，节点Q1上产生电压，为第一检测信号VS1，由于自检控制芯片IC1的二极管D2的正向导通和反向截止功能，在交流电源的正半周期，二极管D2截止，二极管D1的导通压降较小，节点Q1的电压与电源电压相近，当检测引脚4检测到的节点Q1处的实际电压，即第一检测信号VS1的电压大小未达到预设的阈值电压Vth1，例如60V时，认为螺线管SQL与可控硅SQ1之间可能不连通，为防止误报警，在接下来的几个交流周期内均会进行连接性检测，例如会重复进行多次(例如3次或更多次，这里的检测次数根据实际需要而定)连接性检测，如果每次连接性检测中，第一检测信号VS1的电压值均小于阈值电压Vth1，则认为检测到故障，则自检控制芯片IC1的报警引脚5产生报警信号。当检测引脚4检测到节点Q1处的第一检测信号VS1的电压值大于等于阈值电压Vth1时，认为螺线管SQL连接正常，进行模拟漏电检测。第一检测信号VS1的电压值大于阈值电压，例如是高电平或脉冲。

当连接性检测通过后，在交流电源的负半周期进行模拟漏电检测，自检控制芯片IC1的时钟引脚2将来自交流电路的火线L的交流信号进行处理得到时钟信号，当处于时钟信号的下降沿时，故障引脚1将产生的模拟漏电信号Vleak发送至节点Q2，由于二极管D1的特性，在交流电源的负半周期内二极管D1截止，可控硅SQ1与螺线管SQL不导通，而是通过节点Q1连接到检测引脚4，此时，自检控制芯片IC1内部的电源引脚3与检测引脚4电性连接，电源引脚3向检测引脚4供电，二者电压相近，例如为5V，可以等效为两引脚通过电阻连接。感应线圈SC1据此产生触发信号Vtri，漏电检测芯片IC2的引脚1接收触发信号Vtri，并由引脚4向可控硅SQ1的控制极输出导通信号Vcon导通可控硅SQ1，引脚4优选为SCR引脚；可控硅SQ1导通后，二极管D2在SQ1导通时会拉低节点Q1的电压，使节点Q1处产生第二检测信号VS2，此时检测引脚4用于接收第二检测信号VS2，此时检测引脚4与电源引脚3内部的电性连接断开，电源引脚3依旧向整个自检控制芯片IC1供电；当自检控制芯片IC1的检测引脚4接收到第二检测信号VS2后，故障引脚1的模拟漏电信号Vleak停止发送，一次模拟漏电检测完成。优选地，第二检测信号VS2为低电平，从交流电源的正半周期到负半周期，检测引脚4检测到的节点Q1处的电压由高变低。若在交流电源的负半周期内，自检控制芯片IC1的检测引脚4未接收到低电平的第二检测信号VS2时，断路器会再重复进行多个交流周期的模拟漏电检测，若自检控制模块120的检测引脚4在预设的多个交流周期内均没有接收到低电平的第二检测信号VS2，此时，自检控制模块120产生报警信号。例如可以进行四个交流周期的模拟漏电检测，四次均未检测到第二检测信号VS2，则认为断路器出现故障，在第4个周期结束，第5个交流周期开始时，自检控制芯片IC1的报警引脚5产生报警信号。

该断路器采用自检控制模块提供模拟漏电信号，使漏电检测模块工作，开启保护模块，并通过检测保护模块的可控硅阳极的电压，来判断断路器是否能正常工作，可以检测该断路器是否能进行正常的漏电保护，起到对电路的保护作用，整个过程均是上电后自动完成，无需人工，既提高了效率，也可以保护使用者的人身安全。

该断路器在上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，进行故障检测时，在交流电源的正半周期内单独对保护模块进行连接性检测，保证保护电路在故障发生时能及时报警；在交流电源的负半周期内单独进行模拟漏电检测，检测漏电检测模块和保护模块在发生故障时是否能起到漏电保护作用，在交流电源的正负半周期内交替进行两种检测，在断路器发生故障时会产生报警信号，提示使用者更换断路器，及时保障安全。而且也不影响断路器在电路真正发生故障时的正常保护功能，在电路发生漏电时，可以通过保护模块及时切断电源。

图5示出根据本发明实施例的断路器在进行模拟漏电检测时断路器功能正常时的工作波形图。图5是图4的实施例描述的断路器在故障检测时各引脚的信号波形图，结合图4和图5，自检控制芯片IC1的时钟引脚2通过电阻R6与交流电路的火线L连接，所以接收交流电路的火线L的交流信号并处理为时钟信号CLK，所以时钟信号CLK与交流电路同步产生，时钟信号CLK为高电平大约6V的方波信号，时钟信号CLK的周期表征交流电路的交流周期，交流电源例如是110V/60Hz或220V/50Hz。在上电预设时间后断路器进行故障检测，时钟引脚2传输的时钟信号CLK的下降沿使故障引脚1向节点Q2发送模拟漏电信号Vleak(如图中标注的t1时刻)，开始模拟漏电检测。故障引脚1在不产生模拟漏电信号Vleak的时候，在零线电压大于0时相当于高阻状态，在零线电压小于0V时电压箝位在0V附近。

如图5所示，t0-t1时间段为交流电源的正半周期，进行连接性检测，交流信号通过螺线管SQL和二极管D1到达可控硅SQ1的阳极，可控硅SQ1的阳极电压较高，例如为150V，检测引脚4检测到高电平；

在t1时刻，进入交流电源的负半周期，开始模拟漏电检测，本实施例主要描述模拟漏电检测时各引脚接收或产生的信号的电压变化。在时钟信号CLK的下降沿，故障引脚1向节点Q2发送模拟漏电信号Vleak；交流电源的负半周期，二极管D1截止，可控硅SQ1阳极电压下降，检测引脚4检测到的电压降低，然而检测引脚4在自检控制芯片IC1内部与电源引脚3相连，检测引脚4的检测电压与电源引脚3的电压基本相同，所以检测到的电压下降一小段又上升，可控硅SQ1阳极通过节点Q1和二极管D2以及电阻R4连接至检测引脚4，Q1节点的电压比检测引脚4的电压低大约0.7V(二极管D2正向导通电压)。

在t2时刻以前，模拟漏电信号Vleak把正常零线N的电压拉低，感应线圈SC1根据模拟漏电信号Vleak产生触发信号Vtri，触发信号Vtri的交流幅度大约为5mV，此时，检测引脚4的检测电压先降低一小段然后又升高；在t2时刻，漏电检测芯片IC2的引脚1接收触发信号Vtri，并由引脚4(SCR引脚)向可控硅SQ1的控制极输出导通信号Vcon，导通信号Vcon为一个较短的脉冲，约为700mv，可控硅SQ1的控制极接收导通信号Vcon并导通，检测引脚4与电源引脚3的内部电性连接断开，检测引脚4检测节点Q1的电压，此时，检测引脚4接收到节点Q1的第二检测信号VS2，由于二极管D2导通，节点Q1通过二极管D2将检测引脚4的电压拉低，所以检测引脚4接收到的电压降为低电平。由此判断断路器可以进行正常的漏电保护，报警引脚5的电压为低电平，所以故障检测结束，故障引脚1停止发送模拟漏电信号Vleak，模拟漏电信号Vleak对零线L的电压的影响消失，回到原来的高电平(大约150V)，触发信号Vtri也回到原来的电位，故障检测结束。

t0-t1时段为交流电源的正半周期，t1-t3时段为交流电源的负半周期，交流周期例如是16.67ms，则交流电源的负半周期大约为8.33ms。

图6示出根据本发明实施例的断路器在进行模拟漏电检测时断路器发生故障时的工作波形图。

图6是图4的实施例描述的断路器在内部部分模块出现故障时，仍进行故障检测时各引脚的信号波形图，这里的断路器内部发生故障的情况不包括螺线管SQL开路和可控硅SQ1短路的情况，即正半周期的连接性检测不受影响，可控硅SQ1短路和螺线管SQL开路的情况将在图7a和图7b进行说明。结合图4和图5，t0时刻开始进行故障检测，在t0-t1时间段内，进行连接性检测，各信号的波形图和图5相同。本实施例主要描述在模拟漏电检测时，发现断路器故障时，各引脚的信号的电压变化。

在t1时刻，进入交流电源的负半周期，开始模拟漏电检测，二极管D1截止，可控硅SQ1阳极电压下降，检测引脚4检测到的Q1节点的电压下降，在时钟信号CLK的下降沿，故障引脚1向节点Q2发送模拟漏电信号Vleak；检测引脚4在自检控制芯片IC1内部与电源引脚3连接，电压相近，所以出现由高变低再升高的电压波形。

故障引脚1产生的模拟漏电信号Vleak与零线电压有关，其是经过换算得出的电压信号，即正常的零线电压波形减去零线电压被拉低后的电压波形得到的电压波形，即为图6中示出的模拟漏电信号Vleak的波形。

在t1-t2时间段，若感应模块110功能正常，则感应线圈SC1根据模拟漏电信号Vleak产生触发信号Vtri，漏电检测芯片IC2的引脚1接收触发信号Vtri，但是由于断路器其他部分出现故障(例如漏电检测芯片IC2故障)，所以漏电检测芯片IC2不能向可控硅SQ1的控制极输出导通信号Vcon，SCR引脚的电平仍为低电平，此时，由于可控硅SQ1没有导通，检测引脚4检测到的电压不变，检测引脚4的电压一直为高电平；此时断路器准备进行下一个交流周期的故障检测，以验证断路器是否确实出现故障，所以检测继续，在t2时刻，开始进入交流电源的正半周期，不会产生模拟漏电信号Vleak；

在t1-t2时间段，若感应模块110故障，则感应线圈SC1不能根据模拟漏电信号Vleak产生触发信号Vtri，触发信号Vtri始终为0，所以漏电检测芯片IC2不能向可控硅SQ1的控制极输出导通信号Vcon，SCR引脚的导通信号Vcon始终为0，与上述描述一致；此时断路器准备进行下一个交流周期的故障检测，以验证断路器是否确实出现故障。

所以无论是断路器的哪部分出现故障，只要在模拟漏电检测阶段，检测引脚4没有检测到可控硅SQ1导通后节点Q1处的低电平的第二检测信号VS2，均认为断路器可能出现故障，需要再次进行多个周期的模拟漏电检测，以确认断路器是否真的出现故障，所以t2时刻以后，感应模块110是否正常工作对其他引脚的电压值没有影响。

在t2时刻，开始一个新的交流周期的故障检测，t2-t4时间段内，触发信号Vtri以正弦波半波的形式变化，其余的信号与t0-t2时间段内的波形一致；

在t4-t6时间段和t6-t8时间段分别进行第三和第四个交流周期的故障检测，在t4-t6时间段和t6-t8时间段内各信号的波形变化与t2-t4时间段内的波形变化一致；

在t8时刻，第4个交流周期的故障检测结束，在4个模拟故障检测阶段中，检测引脚4均未检测到低电压的第二检测信号VS2，所以认为断路器的确故障，故障检测结束。此时，报警引脚5输出报警信号，报警信号例如是高电平为5V的方波信号，报警信号例如以LED灯闪烁的形式表现或以蜂鸣器蜂鸣的形式表现；但是由于图中体现的时间段较短，所以没有以方波信号的形式示出。

图7a和图7b分别示出根据本发明实施例的断路器在进行连接性检测时可控硅短路和螺线管开路时的工作波形图。

如图7a所示，在t0时刻开始进行连接性检测，若可控硅SQ1短路，则可控硅SQ1的阳极电压始终为0，可控硅SQ1无法导通，检测引脚4检测到的电压始终为0，检测引脚4没有检测到高电平的第一检测信号VS1，所以认为断路器可能出现故障，此时又需要进行多个交流周期的连接性检测，所以从t2时刻开始，再进行一次连接性检测，在经过t0-t2、t2-t4、t4-t6和t6-t8四个交流周期的连接性检测后，检测引脚4均没有检测到高电平的第一检测信号VS1，认为断路器的确故障，所以在t8时刻，报警引脚5产生报警信号。报警信号例如是方波信号，以蜂鸣器蜂鸣形式或者是以LED灯闪烁形式展现，方波信号的高电平例如是5V，图中由于时间较短，未示出方波。

如图7b所示，在t0时刻开始进行连接性检测，若螺线管SQL开路，则进行连接性检测时，可控硅SQ1阳极电压为0，检测引脚4检测到的电压为0，认为断路器可能出现故障；在t1时刻，进入交流电源的负半周期，检测引脚4检测Q1节点的电压，由于电源引脚3的存在，使检测引脚4的电压为高电平。

在t2时刻，又进入交流电源的正半周期，此时为防止误报警，接着进行其他几个交流周期的连接性检测，如图所示的t2-t4、t4-t6和t6-t8时间段；在t2-t4、t4-t6和t6-t8进行重复的三个交流周期的连接性检测，三个交流周期内，检测引脚4检测到的电压均为0，确认断路器发生故障，因此在t8时刻，产生方波形式的报警信号。

本发明的实施例如上文所述，这些实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施例。显然，根据以上描述，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地利用本发明以及在本发明基础上的修改使用。本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (27)

1.一种用于交流电路的断路器，包括：

自检控制模块，根据交流信号同步产生模拟漏电信号并输出至所述交流电路的零线；

感应模块，与所述交流电路的干线耦合，并根据耦合处磁通量的变化产生触发信号；

漏电检测模块，与所述感应模块相连接以获得所述触发信号，以及根据所述触发信号产生导通信号；以及

保护模块，分别与所述交流电路的火线、所述漏电检测模块和所述自检控制模块连接，用于根据所述交流信号产生第一检测信号，以及根据所述导通信号产生第二检测信号，并将所述第一检测信号和所述第二检测信号输出至所述自检控制模块，

其中，所述自检控制模块根据接收到的所述第一检测信号和所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态。

2.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述保护模块包括：

螺线管，连接至所述交流电路的火线和可控硅之间，用于断开或者导通所述交流电路；以及

可控硅，连接至所述螺线管和地之间，所述可控硅的控制极连接至所述漏电检测模块，用于接收所述导通信号。

3.根据权利要求2所述的断路器，其中，在交流电源的正半周期内，当所述交流电路的干线上的电流矢量和变化使所述耦合处产生磁通量变化时，所述感应模块产生所述触发信号并输出至所述漏电检测模块，所述漏电检测模块接收所述触发信号并向所述可控硅的控制极输出导通信号，所述可控硅根据所述导通信号导通，并通过所述螺线管断开所述交流电路。

4.根据权利要求2所述的断路器，其中，所述保护模块还包括：

第一二极管，串联在所述可控硅和所述螺线管之间，所述第一二极管的阴极与所述可控硅的阳极连接，所述第一二极管用于在交流电源的负半周期内阻断所述可控硅与所述螺线管的连接。

5.根据权利要求4所述的断路器，其中，所述断路器在所述交流电路上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，且每隔一定时间进行一次故障检测，所述故障检测包括连续进行的连接性检测和模拟漏电检测。

6.根据权利要求5所述的断路器，其中，在所述交流电源的正半周期对所述保护模块进行所述连接性检测，所述交流信号经过所述螺线管到达所述可控硅的阳极，使所述可控硅和所述第一二极管之间的第一节点产生所述第一检测信号，

所述自检控制模块将所述第一检测信号的电压值与第一阈值电压进行比较，并据此判断所述断路器是否发生故障。

7.根据权利要求6所述的断路器，其中，在所述交流电源的正半周期内，当所述第一检测信号的电压值小于所述第一阈值电压时，所述断路器再进行多个交流周期的所述连接性检测，当在所述多个交流周期的连接性检测中，所述第一检测信号的电压值仍然一直小于所述第一阈值电压时，所述自检控制模块产生报警信号。

8.根据权利要求6所述的断路器，其中，在所述交流电源的正半周期内，当所述第一检测信号的电压值大于等于所述第一阈值电压时，在所述交流电源的负半周期内，进行所述模拟漏电检测。

9.根据权利要求8所述的断路器，其中，在所述交流电源的负半周期进行所述模拟漏电检测，所述自检控制模块将产生的所述模拟漏电信号发送至所述感应模块，所述漏电检测模块接收所述感应模块产生的触发信号，并向所述可控硅输出导通信号导通所述可控硅，使所述第一节点处产生第二检测信号。

10.根据权利要求9所述的断路器，其中，在所述交流电源的负半周期内，当所述自检控制模块接收到所述第二检测信号时，所述故障检测结束；当所述自检控制模块未接收到所述第二检测信号时，所述断路器再进行多个交流周期的所述模拟漏电检测，若所述自检控制模块在预设的多个所述交流周期内均没有接收到所述第二检测信号，则所述自检控制模块产生报警信号。

11.根据权利要求1所述的断路器，其中，所述第一检测信号为高电平，所述第二检测信号为低电平。

12.根据权利要求10所述的断路器，其中，还包括：

整流桥，与所述交流电路的干线连接，用于为所述自检控制模块和所述漏电检测模块提供电源；

保护电阻，连接在所述交流电路的火线和零线之间；

开关，用于在所述螺线管的控制下断开或者导通所述交流电路。

13.根据权利要求1所述的断路器，其中，还包括：手动自检模块，连接在所述交流电路的火线和零线之间，用于手动检测所述断路器的工作状态。

14.根据权利要求13所述的断路器，其中，所述手动自检模块包括串联连接的第八电阻和第一自检按钮。

15.根据权利要求10所述的断路器，其中，所述漏电检测模块包括：

漏电检测芯片，所述漏电检测芯片包括多个引脚，用于接收所述触发信号，并输出所述导通信号；

第一电阻，与所述漏电检测芯片的第六引脚连接；

第二电阻，连接在所述漏电检测芯片的第一引脚和所述感应模块之间；

第一电容，连接在所述漏电检测芯片的第四引脚和第五引脚之间；以及

第二电容，连接在所述漏电检测芯片的第五引脚和第六引脚之间。

16.根据权利要求15所述的断路器，其中，所述感应模块包括与所述交流电路的干线耦合的感应线圈，以及连接在所述感应线圈的一端与所述第二电阻之间的第三电阻，所述第三电阻还连接至所述漏电检测芯片的第二引脚，所述感应线圈的另一端连接至所述漏电检测芯片的第三引脚。

17.根据权利要求12所述的断路器，其中，所述自检控制模块包括自检控制芯片，所述自检控制芯片包括多个引脚，其中，

故障引脚用于输出所述模拟漏电信号；

检测引脚用于接收所述第一检测信号和所述第二检测信号；

报警引脚用于输出所述报警信号；

时钟引脚用于接收来自所述交流电路的交流信号并产生时钟信号使所述故障引脚开始工作；

电源引脚用于接收来自所述整流桥的电压信号，为所述自检控制芯片供电。

18.根据权利要求17所述的断路器，其中，所述自检控制模块还包括：

第四电阻，连接在所述检测引脚和所述第一节点之间；

第五电阻，连接在所述电源引脚与所述整流桥之间；

第六电阻，连接在所述时钟引脚与所述交流电路的火线之间；

第七电阻，连接在所述故障引脚与所述交流电路的零线之间；

第三电容，连接在所述电源引脚与地之间；以及

第二二极管，并联在所述第四电阻两端。

19.根据权利要求18所述的断路器，其中，所述自检控制模块的所述第二二极管在所述交流电源的正半周期截止，在所述模拟漏电检测时的所述交流电源的负半周期内，使所述检测引脚检测到所述第一节点的所述第二检测信号。

20.根据权利要求17所述的断路器，其中，所述自检控制模块的所述检测引脚接收到所述第二检测信号后，使所述故障引脚的所述模拟漏电信号停止发送，所述模拟漏电检测完成。

21.一种断路器的工作状态检测方法，包括：

进行连接性检测，根据交流信号产生第一检测信号；

进行模拟漏电检测，在交流信号的负半周期产生模拟漏电信号，引起磁通量变化；

获得根据所述磁通量变化产生的触发信号，根据所述触发信号产生导通信号；

根据所述导通信号产生第二检测信号；以及

根据接收到的所述第一检测信号和所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态。

22.根据权利要求21所述的检测方法，其中，还包括：在上电预设时间后开始进行至少一个交流周期的故障检测，其中，所述故障检测包括连续进行的所述连接性检测和所述模拟漏电检测。

23.根据权利要求22所述的检测方法，其中，进行连接性检测，根据交流信号产生第一检测信号包括：

在交流电源的正半周期内，交流信号经过第一节点产生所述第一检测信号；

将所述第一检测信号的电压值与第一阈值电压进行比较；

当所述第一检测信号的电压值大于等于所述第一阈值电压时，进行所述模拟漏电检测；

当所述第一检测信号的电压值小于所述第一阈值电压时，再进行多个交流周期的连接性检测，当所述多个交流周期的连接性检测中，所述第一检测信号的电压值仍然小于所述第一阈值电压时，产生报警信号。

24.根据权利要求22所述的检测方法，其中，根据所述导通信号产生第二检测信号，根据接收到的所述第二检测信号判断所述断路器的工作状态包括：

在交流电源的负半周期内，根据所述模拟漏电信号产生所述触发信号；

根据所述触发信号产生导通信号；

输出所述导通信号使所述第一节点处产生第二检测信号；

当接收到所述第二检测信号时，所述故障检测结束；

当未接收到所述第二检测信号时，再进行一个或多个交流周期的所述模拟漏电检测，若在预设的多个所述交流周期内均没有接收到所述第二检测信号，产生报警信号。

25.根据权利要求24所述的检测方法，其中，接收到所述第二检测信号后，所述模拟漏电信号停止发送，所述模拟漏电检测完成。

26.根据权利要求21所述的检测方法，其中，还包括：

在交流电源的正半周期内，当交流电路的干线上的电流变化产生磁通量变化时，输出所述触发信号；

接收所述触发信号并输出导通信号；

根据所述导通信号断开所述交流电路。

27.根据权利要求21所述的检测方法，其中，所述第一检测信号为高电平，所述第二检测信号为低电平。

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