CN112103913A - A型漏电保护芯片 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种A型漏电保护芯片装置，包括：高压控制模块、电压/电流基准模块、比较放大模块、检测模块、脱扣时间控制模块、锁存/脱扣控制模块、电压异常保护/过温自保护模块；所述高压控制模块与电压/电流基准模块相连；所述电压/电流基准模块与高压控制模块相连；所述电压/电流基准模块与比较放大模块相连；所述比较放大模块与检测模块相连；所述检测模块与脱扣时间控制模块相连；所述脱扣时间控制模块与锁存/脱扣控制模块相连；所述电压/电流基准模块：接地基准，作为芯片内部电压及电流的基准判断。本发明可实现漏电脱扣信号自动关断，支持给线路板持续供电。

Description

A型漏电保护芯片
技术领域
本发明涉及漏电保护芯片，具体地，涉及一种A型漏电保护芯片。
背景技术
随着经济的发展和社会的进步，用电设备趋于大型化和复杂化，节能环保意识深入人心，整流、变频和开关电源设备得到广泛应用，电网中出现越来越多的非正弦剩余漏电电流和谐波电流，传统的AC型剩余漏电保护器经常出现误触发或者漏电拒动的现象，造成大量的财产损失和人员伤亡，已经满足不了市场需求。因此，对交流和脉动直流漏电都能确保脱扣的A型漏电保护器得到大力推广。但目前，AC型漏电保护器仍然占据着国内漏电保护器的销售市场，大部分的市场方案都被国外品牌厂商的分立器件控制方案或芯片控制方案所占据,与此同时这些方案由于在标准和设计思想方面与我国国情有明显差异,导致其并不特别适合中国电网的情况,抗干扰能力差、误动作频繁,一定程度上影响了漏电保护器的实际投运率和推广使用。这些漏电保护器中应用的芯片主要是M54133、M54123等进口芯片，具有如下特点：均为低压供电芯片，需要额外降压电源回路，造成系统成本高，同时系统功耗高，设计复杂，抗干扰能力一般。因此研发一款高可靠性、高速高精度、高性价比、适应中国电网的国产A型漏电保护器专用控制芯片具有重大意义。
专利文献CN208423759U公开了一种漏电保护器，包括漏电保护器防护装置，所述漏电保护器防护装置包括漏电保护器防护装置主体、转轴、除湿板、滑柱、线孔、固定槽、固定柱和防尘盖板，所述防尘盖板通过转轴转动连接漏电保护器防护装置主体的前端面，所述除湿板通过滑柱滑动连接在漏电保护器防护装置主体的后端面，所述固定柱固定连接在漏电保护器防护装置主体的内部，所述固定槽开设在固定柱的前端面，所述线孔开设在漏电保护器防护装置主体的侧端面两侧，所述漏电保护器防护装置的侧端面固定安装有固定片。该专利在结构和性能上仍然又待提高的空间。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种A型漏电保护芯片。
根据本发明提供的一种A型漏电保护芯片装置，包括：高压控制模块、电压/电流基准模块、比较放大模块、检测模块、脱扣时间控制模块、锁存/脱扣控制模块、电压异常保护/过温自保护模块；所述高压控制模块与电压/电流基准模块相连；所述电压/电流基准模块与高压控制模块相连；所述电压/电流基准模块与比较放大模块相连；所述比较放大模块与检测模块相连；所述检测模块与脱扣时间控制模块相连；所述脱扣时间控制模块与锁存/脱扣控制模块相连；所述电压/电流基准模块：接地基准，作为芯片内部电压及电流的基准判断。
优选地，所述高压控制模块包括：高压IO、高压启动电路；所述高压控制模块能够运用高压IO提供给高压启动电路。
优选地，所述高压启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压电路产生一个稳定的电压提供给检测电路。
优选地，还包括：驱动电路；所述高压启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压电路产生一个稳定的电压提供给驱动电路。
优选地，所述检测模块在标准规定的时间内判断漏电信号，设定的值超过后，输出到脱扣时间控制模块。
优选地，所述脱扣时间控制模块达到设定脱扣时间后输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。
优选地，所述锁存/脱扣控制模块将脱扣信号锁存，配合计时器计时，并同时将脱扣信号输出至可控硅，直至可控硅导通，实现完整漏电保护功能。
优选地，所述电压异常保护/过温自保护模块能够判断芯片是否超过设定温度(如150度)；若是，输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块，然后芯片进入休眠状态，直至芯片温度恢复到设定温度(如120度)，芯片会自恢复到工作状态，以避免极端异常外部工况对芯片的损害。
优选地，所述电压异常保护/过温自保护模块能够监测供电电压是否超出设定电压值(过压或欠压)；若是，则输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。超出约定电压值(过压：超过标准规定值，欠压：低于标准规定值)
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明中，芯片对漏电信号锁存后无法延时清零，线路板持续供电的情况下始终会有漏电脱扣信号触发，导致产品脱扣线圈烧毁；本专用芯片可实现漏电脱扣信号自动关断，支持给线路板持续供电；
2、本发明中，工作温度范围窄，通常从零下25度到85度之间，无法满足极寒及高温工作环境，本专用芯片可实现很宽的工作温度从零下25度到100度，并可短暂工作于零下40度到125度；并且在异常发热情况下会触发自保护，从不会引起芯片损坏甚至燃烧，并在异常发热解除后实现自恢复；
3、本发明中，过压及延时功能需要额外增加外围电路来设定电压约定值(通过Pin8外围电路设定)，从而实现过压或欠压保护功能。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的整体结构框架示意图。
图2为本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，根据本发明提供的一种A型漏电保护芯片装置，包括：高压控制模块、电压/电流基准模块、比较放大模块、检测模块、脱扣时间控制模块、锁存/脱扣控制模块、电压异常保护/过温自保护模块；所述高压控制模块与电压/电流基准模块相连；所述电压/电流基准模块与高压控制模块相连；所述电压/电流基准模块与比较放大模块相连；所述比较放大模块与检测模块相连；所述检测模块与脱扣时间控制模块相连；所述脱扣时间控制模块与锁存/脱扣控制模块相连；所述电压/电流基准模块：接地基准，作为芯片内部电压及电流的基准判断。
优选地，所述高压控制模块包括：高压IO、高压启动电路；所述高压控制模块能够运用高压IO提供给高压启动电路。
优选地，所述高压启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压电路产生一个稳定的电压提供给检测电路。
优选地，还包括：驱动电路；所述高压启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压电路产生一个稳定的电压提供给驱动电路。
优选地，所述检测模块在标准规定的时间内判断漏电信号，设定的值超过后，输出到脱扣时间控制模块。
优选地，所述脱扣时间控制模块达到设定脱扣时间后输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。
优选地，所述锁存/脱扣控制模块将脱扣信号锁存，配合计时器计时，并同时将脱扣信号输出至可控硅，直至可控硅导通，实现完整漏电保护功能。
优选地，所述电压异常保护/过温自保护模块能够判断芯片是否超过设定温度(如150度)；若是，输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块，然后芯片进入休眠状态，直至芯片温度恢复到设定温度(如120度)，芯片会自恢复到工作状态，以避免极端异常外部工况对芯片的损害。
优选地，所述电压异常保护/过温自保护模块能够监测供电电压是否超出设定电压值(过压或欠压)；若是，则输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。超出约定电压值(过压：超过标准规定值，欠压：低于标准规定值)
具体地，在一个实施例中，本专利针对国内电网具体情况，相对现有技术，除具有灵敏的自动断开电源进行保护优势，且效率更高和系统成本更低，可以解决当发生剩余电流动作和触电时，立即在限定的时间内动作自动断开电源进行保护等问题，可大力推进A型漏电保护器的推广使用进程，对保护人们的财产和生命安全具有积极意义。
G4601是一款A型高速高精漏电保护芯片。内部电路包含高压启动电路，全波A型漏电检测电路，计时器和SCR输出驱动电路。高压电路直接从整流桥后取电(pin14)，比传统的供电方式具有更高的效率和更低的系统成本。在没有或不方便给芯片高压供电的场合，也可以通过Pin11或Pin10给芯片低压供电。A型检测电路把输入的漏电信号放大同时在外部电容积分，并且把漏电发生的信号锁存下来配合计时器实现完整漏电保护功能。
G4601-VT是在G4601专用芯片的基础上，还内置了电压异常(过压或欠压)保护功能和过温自保护功能；在芯片实现更强更全面的保护功能。芯片在实现各种漏电保护功能的同时，还会在系统供电电压出现异常时对负载侧提供防护。并且在异常发热情况下会触发自保护，从不会引起芯片损坏甚至燃烧，并在异常发热解除后实现自恢复。
具体地，在一个实施例中，一种A型漏电保护芯片装置采用SOP封装，是英文SmallOutline Package的缩写，即小外形封装。采用特耐高温封装材料，具有成本低廉的优势，适合小型且不需接太多线的芯片。最终封装为SOP14的芯片，即可送到线路板厂商生产漏电线路板产品。
本发明中，芯片对漏电信号锁存后无法延时清零，线路板持续供电的情况下始终会有漏电脱扣信号触发，导致产品脱扣线圈烧毁；本专用芯片可实现漏电脱扣信号自动关断，支持给线路板持续供电；本发明中，工作温度范围窄，通常从零下25度到85度之间，无法满足极寒及高温工作环境，本专用芯片可实现很宽的工作温度从零下25度到100度，并可短暂工作于零下40度到125度；并且在异常发热情况下会触发自保护，从不会引起芯片损坏甚至燃烧，并在异常发热解除后实现自恢复；本发明中，过压及延时功能需要额外增加外围电路来设定电压约定值(通过Pin8外围电路设定)，从而实现过压或欠压保护功能。
一种A型漏电保护芯片装置中，高压控制模块：运用高压IO提供给高压启动电路，启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压的电路产生一个稳定的电压提供给检测电路和驱动电路等。电压/电流基准模块：接地基准，作为芯片内部电压及电流的基准判断。比较放大模块：将采集的漏电信号比较放大，运算后输出到检测模块。检测模块：在标准规定的时间内判断漏电信号，设定的值超过后，输出到脱扣时间控制模块。脱扣时间控制模块：达到约定脱扣时间后输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。锁存/脱扣控制模块:将脱扣信号锁存，配合计时器计时，并同时将脱扣信号输出至可控硅，直至可控硅导通，实现完整漏电保护功能。各功能模块协同工作，让产品在标准约定的时间及漏电电流值要求范围内脱扣。漏电即可瞬时输出，也可用于延时功能，帮助更有效的躲过电网的干扰信号。电压异常保护+过温自保护模块:一方面判断芯片是否超过约定温度(如150度)，如超过约定温度即输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块，然后芯片进入休眠状态，直至芯片温度恢复到约定温度(如120度)，芯片会自恢复到工作状态，以避免极端异常外部工况对芯片的损害。另一方面芯片会监测供电电压是否超出约定电压值(过压或欠压)，如超出约定电压值(过压：超过标准规定值，欠压：低于标准规定值)，则输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。
(1)先进的芯片高压供电系统的供电结构
市场上普通A型漏电保护芯片需要降压后给芯片供电，这样对于启动电阻和稳压电路的设计具有较高的要求：电阻过大，会导致在较低的AC电压下，稳压电路无法提供足够的电压而导致检测电路不能正常工作；电阻过小，会导致在较高的AC电压下，启动电阻不仅会消耗多过的功率，同时还会导致启动电阻和稳压电路温度过高引发可靠性问题。同时稳压电路和启动电阻通常需要大量分立元件，导致系统成本和体积上升。
本专利去掉传统方法中的钳位/稳压电路以及相应的外围原件，运用高压IO提供给高压启动电路，启动电路通过高压工艺集成的提供耗尽型(depletion)高压的电路产生一个稳定的电压提供给内部检测电路和驱动电路。高压电路直接从整流桥后取电，比传统的供电方式具有更高的效率和更低的系统成本。。在没有或不方便给芯片高压供电的场合，也可以通过Pin11或Pin10给芯片低压供电。使得芯片在成本优化的同时也可使用所有电压工况。
(2)先进的芯片低功耗技术
高压IO直接供电启动电路，省去芯片内部稳压及启动电路，并且内部采用低功耗的耗尽型(depletion)高压电路，从而在实现芯片的低功耗。
(3)先进的全波A型漏电检测电路
基于AC型RCD(Residual Current Device)专用芯片开发的半波检测A型RCD芯片，对芯片的外围线路和剩余电流互感器均提出了特殊要求，在脉动直流试验电流下，动作电流范围较交流工频试验电流大。全波检测的A型RCD芯片中，两个对脚相连的放大器可以连续的采集互感器二次线圈的输入电流信号，当配电系统中出现接地故障时，高速IC芯片对两放大器输入的信号分析比对后，迅速驱动RCD动作。采用全波检测技术的瞬动A型RCD，没有固有的动作时间误差(f＝50Hz时，为10毫秒)，在没有人为延时状态下可以快速的分断故障电路，在动作电流的一致性上也有明显的提高。
除以上技术优势外，本项目还解决了市场上普通的A型漏电芯片普遍存在以下技术问题：
芯片对漏电信号锁存后无法延时清零，线路板持续供电的情况下始终会有漏电脱扣信号触发，导致产品脱扣线圈烧毁；本专用芯片可实现漏电脱扣信号自动关断，支持给线路板持续供电；
工作温度范围窄，通常从零下25度到85度之间，无法满足极寒及高温工作环境，本专用芯片可实现很宽的工作温度从零下25度到100度，并可短暂工作于零下40度到125度；
并且在异常发热情况下会触发自保护，从不会引起芯片损坏甚至燃烧，并在异常发热解除后实现自恢复；
过压及延时功能需要额外增加外围电路来设定电压约定值(通过Pin8外围电路设定)，从而实现过压或欠压保护功能。
本专利去掉传统方法中的钳位/稳压电路以及相应的外围原件技术，结构精巧、设计合理且成本较低，比传统的供电方式具有更高的效率和更低的系统成本。可以保护AC型和A型两种漏电类型，漏电保护范围更大，耗电量低(仅为同行的20％)，而且具有成本优势(较原芯片解决方案整体下降10-20％的价格)。
目前大部分的市场方案都被国外品牌厂商的分立器件控制方案或常规芯片控制方案所占据，与此同时这些方案由于在标准和设计思想方面与我国国情有明显差异,导致其并不特别适合中国电网的情况,抗干扰能力差、误动作频繁，一定程度上影响了A型漏电保护器的实际投运率和推广使用。而本项目产品依据中国电网实际情况研制而成，相较于国际竞争对手更具有本土化优势。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (9)

1.一种A型漏电保护芯片装置，其特征在于，包括：高压控制模块、电压/电流基准模块、比较放大模块、检测模块、脱扣时间控制模块、锁存/脱扣控制模块以及电压异常保护/过温自保护模块；
所述高压控制模块与电压/电流基准模块相连；
所述电压/电流基准模块与高压控制模块相连；
所述电压/电流基准模块与比较放大模块相连；
所述比较放大模块与检测模块相连；
所述检测模块与脱扣时间控制模块相连；
所述脱扣时间控制模块与锁存/脱扣控制模块相连；
所述锁存/脱扣控制模块与电压异常保护/过温自保护模块相连。
2.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述高压控制模块包括：高压IO、高压启动电路；
所述高压控制模块能够运用高压IO提供给高压启动电路。
3.根据权利要求2所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述高压启动电路通过提供耗尽型高压电路产生一个稳定的电压提供给检测电路。
4.根据权利要求2所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，还包括：驱动电路；
所述高压启动电路通过提供耗尽型高压电路产生一个稳定的电压提供给驱动电路。
5.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述检测模块在标准规定的时间内判断漏电信号，设定的值超过后，输出到脱扣时间控制模块。
6.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述脱扣时间控制模块达到设定脱扣时间后输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。
7.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述锁存/脱扣控制模块将脱扣信号锁存，配合计时器计时，并同时将脱扣信号输出至可控硅，直至可控硅导通。
8.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述电压异常保护/过温自保护模块能够判断芯片是否超过设定温度；
若是，输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块，直至芯片温度恢复到设定温度。
9.根据权利要求1所述的A型漏电保护芯片装置，其特征在于，所述电压异常保护/过温自保护模块能够监测供电电压是否超出设定电压值；
若是，则输出脱扣信号给锁存/脱扣控制模块。
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