CN111371064A - 一种带自检功能的漏电保护电路 - Google Patents

一种带自检功能的漏电保护电路 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种带自检功能的漏电保护电路，包括：电源转换模块将外接交流电源进行降压整流为直流电源；漏电检测与中性线接地故障检测模块监测漏电流及中性线接地故障引起的互感振荡信号；漏电保护器信号处理与自检控制模块检测电源电压与频率是否在设定范围内进行自检，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值及振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时控制漏电保护器断开；漏电保护器闭合指示模块指示当漏电保护器处于闭合状态；驱动模块在当有漏电或中性线接电故障时，驱动漏电保护器的断开。本发明提供的漏电保护电路可以实时监测漏电及中性线接地故障功能是否正常，保障用电设备及用户的安全，消除安全隐患。

Description

一种带自检功能的漏电保护电路
技术领域
本发明涉及漏电保护技术领域，具体涉及一种带自检功能的漏电保护电路。
背景技术
漏电保护器是在用电设备存在漏电的情况时进行断开，以保护用电设备及用户，但是漏电设备会在使用过程中存在驱动漏电保护器断开的元器件老化损坏，使得在进行漏电保护时不能完全实现断开，存在安全隐患。现有的漏电保护器的定期检查需要人工操作，存在漏检风险，使得用户和用电设备的安全得不到保障。
发明内容
因此，本发明提供的一种带自检功能的漏电保护电路，克服现有技术中的漏电保护器有漏电检测不到，存在安全隐患的缺陷。
本发明实施例提供一种带自检功能的漏电保护电路，包括：电源转换模块、驱动模块、漏电检测与中性线接地故障检测模块、漏电保护器信号处理与自检控制模块及漏电保护器闭合指示模块及自检失败故障指示模块，其中，
电源转换模块，用于将外接交流电源进行降压整流为直流电源，为漏电保护器信号处理与自检控制模块、驱动模块供电；
漏电检测与中性线接地故障检测模块与漏电保护器信号处理与自检控制模块连接，用于实时监测到漏电电流信号及由中性线接地故障引起的互感振荡信号；
漏电保护器信号处理与自检控制模块，用于通过实时监测外接交流电源电压与频率是否在设定范围内进行自检，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值时，以及互感振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，控制漏电保护器断开，切断电源与负载端的连接；
漏电保护器闭合指示模块与漏电保护器信号处理与自检控制模块连接，用于指示当漏电保护器处于闭合状态；
驱动模块分别与所述电源转换模块及漏电检测与中性线接地故障检测模块相连，用于当有漏电或中性线接电故障时，驱动漏电保护器的断开；
自检失败故障指示模块，在自检漏电电流不在预设范围内时指示自检失败。
在一实施例中，所述电路还包括：模拟产生漏电电流故障模块，首次自检，定期自检及用于通过手动测试按钮启动的自检对外接交流电源的电流正负半周期自检，在自检时不影响漏电保护器的正常工作。
在一实施例中，所述电源转换模块包括：阻容降压单元、桥式整流单元、滤波单元及漏电保护器信号处理与自检控制模块保护单元及供电单元。
在一实施例中，所述驱动模块包括：脱扣线圈、两个串联的开关管、偏置电路、可控硅、滤波电容及故障保护二极管。
在一实施例中，所述漏电检测与中性线接地故障检测模块包括：零序电流电感、中性线接地故障检测互感器、滤波电路、中性线接地故障检测振荡电容、增益调整电路及高频滤波器。
在一实施例中，所述漏电保护器信号处理与自检控制模块包括：稳压器、放大器、RC时钟振荡器、定时器、比较器、模数转换器、滤波器及数字控制逻辑单元。
在一实施例中，所述漏电保护器信号处理与自检控制模块将漏电电流转化为电压电平，经过放大滤波输入到模数转换器后，输送到其内部的比较器，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值时启动可控硅驱动开关管断开路，脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
在一实施例中，在中性线接地故障时，零序电流电感、中性线接地故障检测互感器相互耦合产生振荡，漏电保护器信号处理与自检控制模块检测到互感振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，启动可控硅驱动开关管断开路，脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
在一实施例中，在中性线接地故障时，零序电流电感、中性线接地故障检测互感器相互耦合产生振荡，漏电保护器信号处理与自检控制模块检测到互感振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，启动可控硅驱动开关管断开路，脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
在一实施例中，漏电保护器信号处理与自检控制模块实时监测外接交流电源电压与频率是否在设定范围内，如果否则启用定时器，同时自检失败故障指示电路指示失败，定时结束未恢复正常，则驱动脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
在一实施例中，在电源启动预设时间后，模拟产生漏电电流故障模块模拟在正弦交流电的正或负半周模拟产生的漏电流，漏电保护器信号处理与自检控制模块判定模拟漏电流是否在设定范围内，如果否，自检失败自检失败故障指示电路指示，同时启动可控硅，驱动脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开，后续每隔设定时间，按下检测按钮大于预设时间时，激活自检周期。
本发明技术方案，具有如下优点：
1、本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，可以实时监测漏电及中性线接地故障功能是否正常，保障用电设备及用户的安全，消除安全隐患。
2、本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，采用故障保护二极管在脱扣线圈、开关管开路时，替代脱扣线圈回路，保持电压在正常水平。
3、本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，与脱扣线圈连接的开关管采用双开关设计，当单一开关管故障时，漏电保护器要不正常工作，要不断开，从而保护负载端安全。
4、本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，脱扣线圈无论开路或短路，漏电保护器都能断开从而保护负载端安全。
5、本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，自检时不影响漏电保护器的正常工作，漏电保护器信号处理与自检控制模块的供电单元采用冗余设计，当单一电阻故障时，不影响其正常工作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路一个具体示例的模块组成图；
图2为本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路另一个具体示例的模块组成图；
图3为本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路一个具体示例的电路图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
此外，下面所描述的本发明不同实施方式中所涉及的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互结合。
本发明实施例提供的一种带自检功能的漏电保护电路，包括：电源转换模块1、驱动模块2、漏电检测与中性线接地故障检测模块3、自检失败故障指示模块5、漏电保护器闭合指示模块6、漏电保护器信号处理与自检控制模块7，各个模块之间的连接及与漏电保护开关的连接关系，如图1所示，其中，
电源转换模块1，用于将外接交流电源进行降压整流为直流电源，为漏电保护器信号处理与自检控制模块、驱动模块供电。
漏电检测与中性线接地故障检测模块3与漏电保护器与漏电保护器信号处理与自检控制模块7连接，用于实时监测到漏电电流信号及由中性线接地故障引起的互感振荡信号；
漏电保护器信号处理与自检控制模块7，用于通过实时监测外接交流电源电压与频率是否在设量范围内进行自检，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值时，以及由中性线接地故障引起的互感振荡信号幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，控制漏电保护器断开，切断电源与负载端的连接；在本实施例中漏电保护器信号处理与自检控制模块7为一控制芯片U1。
漏电保护器闭合指示模块6与漏电保护器信号处理与自检控制模块7连接，用于指示当漏电保护器处于闭合状态；该指示电路中用于指示的元件可以为LED灯或扬声器，在此不作限制。
驱动模块2分别与所述电源转换模块1及漏电保护器信号处理与自检控制模块7相连，用于当有漏电或中性线接地故障时，驱动漏电保护器的断开。
自检失败故障指示模块5，在自检漏电电流不在预设范围内时指示自检失败，该指示电路中用于指示的元件可以为LED灯或扬声器，在此不作限制。
本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，可以实时监测漏电及中性线接地故障功能是否正常，保障用电设备及用户的安全，消除安全隐患。
在一实施例中，除了可以实时检测漏电电流可以自检的同时，也可以通过手动触发实现自检，上述带自检功能的漏电保护电路，如图2所示，还包括：
模拟产生漏电电流故障模块4，首次自检，定期自检及用于通过手动测试按钮启动的自检对外接交流电源的电流正负半周期自检，在自检时不影响漏电保护器的正常工作。
在本发明实施例中，如图3所示，电源转换模块1包括：阻容降压单元(电容C1、电阻R1-R2)、桥式整流单元为(二极管D1-D4)、滤波单元(电容C2)及漏电保护器信号处理与自检控制模块保护单元(二极管D5)及供电单元(电阻R3A、电阻R3B、电容C3)。二极管D5保护作用为当脱扣线圈Sol、开关管Q1、Q2开路时，电容C2正极电压开至2倍以上，可能会损坏控制芯片U1，二极管D5替代脱扣线圈Sol回路，保持电压在正常水平。供电单元采用R3A/R3B冗余设计，当R3A/R3B单一故障时，不影响控制芯片U1的正常工作。
驱动模块2包括：脱扣线圈Sol、两个串联开关管Q1、Q2，偏置电路(电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8及二极管D6)、可控硅SCR、滤波电容C4及故障保护二级管D7。采用Q1、Q2双开关设计，当单一故障时，漏电保护器要不正常工作，要不断开，从而保护负载端安全，脱扣线圈Sol无论开路或短路，漏电保护器都能断开，从而保护负载端安全。故障保护二级管D7在控制芯片U1的pin10开路时击穿，使得可控硅SCR导通，从而驱动漏电保护器断开。
漏电检测与中性线接地故障检测模块3包括：零序电流互感器ZCTA、中性线接地故障检测互感器ZCTB、耦合及滤波电路(电感L1-L2、电阻R9、电容C8、电阻R20、电容C5、电容C6、)、中性线接地故障检测振荡电容C7、增益调整电路(电阻R10、电阻R11、电容C9)及高频滤波器(电阻R12及电容C10)。
模拟产生漏电电流故障模块4包括：二极管D8、D9、电阻R16、开关管Q3、电阻R19；自检失败故障指示模块5，包括电阻R14、指示灯LED2，当自检失败时指示灯LED2亮；漏电保护器闭合指示模块6，包括二极管D1、电阻R17和指示灯LED1，当漏电保护器闭合时，指示灯LED1亮。
漏电保护器信号处理与自检控制模块7，为一控制芯片U1，其内部包括：稳压器、放大器、RC时钟振荡器、定时器、比较器、模数转换器、滤波器及数字控制逻辑单元；RC时钟振荡器为数字控制逻辑单元提供工作频率，比较器用于漏电电流信号及由中性线接地故障引起的互感振荡信号与预设阈值比较来判断故障。
本实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，自检功能实现过程为：
如图3所示，控制芯片U1的pin 11连续检测电源电压与频率是否在设定范围内，如果否，则启用6分钟定时器，同时启动LED2闪烁，后续未恢复正常，则启用驱动模块，使得漏电保护器断开。
首次自检在电源启动两秒后，控制芯片U1的pin 2输出高电平，在正弦交流电的正或负半周模拟产生设定的如8毫安的漏电流，U1内部比较判定模拟漏电流是否在设定范围内，如果过大或过小，自检失败，则LED2闪烁，启用驱动模块，使得漏电保护器断开；后续每隔设定时间，如17分钟自检。本发明实施例除了可以实时进行自动自检，还可以通过手动测试电路，模拟产生漏电电流故障模块进行自检，按下test按钮大于64毫秒时，自检周期激活。自检时只对漏电流及由中性线接地故障引起的互感振荡信号作判断，如果在设定范围内则不启用驱动模块，漏电保护器闭合正常工作。以上设定的时间及漏电流阈值的数值仅为举例说明，并不以此为限。
本实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，漏电保护功能实现过程为：
零序电流电感ZCTA监控漏电电流，漏电电流经过放大器放大后在控制芯片U1的pin 5将转化为电压信号，电压信号经过高频滤波器滤波后输入到pin6的模数转换器，之后输送到其内部的比较器，当漏电电流大于预设阈值(如6毫安)的持续时间超过预设值(如60毫秒)时启动可控硅SCR驱动开关管断开路，脱扣线圈Sol失电，使得漏电保护器开关SW断开。
本实施例提供的带自检功能的漏电保护电路，中性线接地故障保护功能实现过程为：
在中性线接地故障时，零序电流电感ZCTA、中性线接地故障检测互感器ZCTB相互耦合产生振荡，控制芯片U1检测到由中性线接地故障引起的互感振荡信号幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值(例如是50毫秒)时，启动可控硅SCR驱动开关管断开路，脱扣线圈Sol失电，使得漏电保护器SW开关断开。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，包括：电源转换模块、驱动模块、漏电检测与中性线接地故障检测模块、漏电保护器信号处理与自检控制模块及漏电保护器闭合指示模块及自检失败故障指示模块，其中，
电源转换模块，用于将外接交流电源进行降压整流为直流电源，为漏电保护器信号处理与自检控制模块、驱动模块供电；
漏电检测与中性线接地故障检测模块与漏电保护器信号处理与自检控制模块连接，用于实时监测到漏电电流信号及由中性线接地故障引起的互感振荡信号；
漏电保护器信号处理与自检控制模块，用于通过实时检测外接交流电源电压与频率是否在设定范围内进行自检，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值时，以及由中性线接地故障引起的互感振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，控制漏电保护器断开，切断电源与负载端的连接；
漏电保护器闭合指示模块与漏电保护器信号处理与自检控制模块连接，用于指示当漏电保护器处于闭合状态；
驱动模块分别与所述电源转换模块及漏电检测与中性线接地故障检测模块相连，用于当有漏电或中性线接电故障时，驱动漏电保护器的断开；
自检失败故障指示模块，在自检漏电电流不在预设范围内时指示自检失败。
2.根据权利要求1所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，还包括：
模拟产生漏电电流故障模块，用于首次自检，定期自检及通过手动测试按钮启动的自检对外接交流电源的电流正负半周期自检，在自检时不影响漏电保护器的正常工作。
3.根据权利要求1所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，所述电源转换模块包括：阻容降压单元、桥式整流单元、滤波单元及漏电保护器信号处理与自检控制模块保护单元及供电单元。
4.根据权利要求3所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，所述驱动模块包括：脱扣线圈、两个串联的开关管、偏置电路、可控硅、滤波电容及故障保护二极管。
5.根据权利要求4所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电检测与中性线接地故障检测模块包括：零序电流电感、中性线接地故障检测互感器、滤波电路、中性线接地故障检测振荡电容、增益调整电路及高频滤波器。
6.根据权利要求5所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电保护器信号处理与自检控制模块包括：稳压器、放大器、RC时钟振荡器、定时器、比较器、模数转换器、滤波器及数字控制逻辑单元。
7.根据权利要求6所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，所述漏电保护器信号处理与自检控制模块将漏电电流转化为电压电平，经过放大滤波输入到模数转换器后，输送到其内部的比较器，当漏电电流大于预设阈值的持续时间超过预设值时启动可控硅驱动开关管断开路，脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
8.根据权利要求7所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，在中性线接地故障时，零序电流电感、中性线接地故障检测互感器相互耦合产生振荡，漏电保护器信号处理与自检控制模块检测到互感振荡幅度大于预设阈值的持续时间超过预设值时，启动可控硅驱动开关管断开路，脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
9.根据权利要求6所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，漏电保护器信号处理与自检控制模块实时监测外接交流电源电压与频率是否在设定范围内，如果否则启用定时器，同时自检失败故障指示电路指示失败，定时结束未恢复正常，则驱动脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开。
10.根据权利要求6所述的带自检功能的漏电保护电路，其特征在于，在电源启动预设时间后，模拟产生漏电电流故障模块模拟在正弦交流电的正或负半周模拟产生的漏电流，漏电保护器信号处理与自检控制模块判定模拟漏电流是否在设定范围内，如果否，自检失败故障指示电路指示，同时启动可控硅，驱动脱扣线圈失电，使得漏电保护器断开，后续每隔设定时间，按下检测按钮大于预设时间时，激活自检周期。
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