CN113964790A - 一种漏电保护装置、方法和充电设备 - Google Patents

Abstract

一种可切换工作模式的漏电保护装置、方法和充电设备，该装置包括：漏电电流感应器，用于感应漏电电流信号；外部通讯接口，用于接收外部通讯信号；控制电路，连接所述漏电电流感应器和所述通讯接口，用于根据所述外部通讯信号切换工作模式，以及在相应工作模式下生成报警信号；输出接口，连接所述控制电路，用于输出所述报警信号。该漏电保护装置具有外部通讯接口，根据通过外部通讯接口接收到的外部通讯信号切换工作模式，使得同一漏电保护装置能够适应不同的应用环境和工作模式。

Description

一种漏电保护装置、方法和充电设备

技术领域

本发明总地涉及漏电检测领域，更具体地涉及一种漏电保护装置、方法和充电设备。

背景技术

RCD(Residual Current Device，剩余电流检测器件)是用来检测线路中的漏电电流大小的漏电保护装置。若线路中没有安装RCD，当有人或者动物接触到高电压时，会对地产生漏电电流，当漏电电流超过一定的阈值后，会造成人或动物的心脏的颤动，引起心脏骤停，进而造成生命危险。若线路中安装了RCD这样的漏电保护装置，当线路中存在泄漏电流、并且漏电电流信号的大小超过设定的阈值时，RCD就会发出报警信号给动作机构，触发动作机构去快速地分断线路，从而实现保护生命安全的目的。

动作机构的主要目的是用来分断后端供电的线路，当线路分断后，分断器后端将不存在电压和电流，从而实现保护的目的。RCD板载式的漏电模块目前广泛应用于充电桩和充电枪，其可以被直接安装在电路板上，当电动汽车进行充电时，RCD用于检测充电过程中漏电电流是否超过阈值，如果超过阈值，则RCD会发出报警信号给电路板中的其它器件，去执行停止充电的命令，并断开充电的线路，例如断开已闭合的继电器或断路器机构等。

目前RCD的功能相对比较单一，不同类型的RCD只能检测对应类型的漏电信号，例如AC型的RCD只能检测AC型的漏电；A型的产品能够检测脉动直流和AC漏电等等。

发明内容

在发明内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本申请的发明内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。

本发明实施例一方面提供了一种漏电保护装置，所述漏电保护装置包括：

漏电电流感应器，用于感应漏电电流信号；

外部通讯接口，用于接收外部通讯信号；

控制电路，连接所述漏电电流感应器和所述外部通讯接口，用于根据所述外部通讯信号切换工作模式，以及在相应工作模式下将漏电电流信号与预设阈值进行比较，并在漏电电流信号大于预设阈值时生成报警信号；

输出接口，连接所述控制电路，用于输出所述报警信号。

在一个实施例中，所述外部通讯接口为有线通讯接口或无线通讯接口。

在一个实施例中，所述控制电路包括至少两个运算单元，每个运算单元对应一种工作模式；所述至少两个运算单元连接同一个所述输出接口，所述根据所述外部通讯信号切换工作模式包括根据所述外部通讯信号激活对应的运算单元。

在一个实施例中，所述运算单元包括以下至少两种：MD工作模式对应的运算单元、PD工作模式对应的运算单元、TYPE B工作模式对应的运算单元、UL工作模式对应的运算单元。

在一个实施例中，所述运算单元还包括A型工作模式对应的运算单元和/或AC型工作模式对应的运算单元。

在一个实施例中，所述至少两个运算单元中包括默认运算单元，所述默认运算单元在所述漏电保护装置断电重启后自动激活。

在一个实施例中，所述控制电路包括记忆单元，用于记忆当前的工作模式，并在所述漏电保护装置断电重启后激活所述当前的工作模式对应的运算单元。

本发明实施例另一方面提供一种可切换工作模式的漏电保护方法，所述漏电保护方法包括：

通过外部通讯接口接收外部通讯信号，并根据所述外部通讯信号在至少两种工作模式中确定当前使用的工作模式；

获取漏电电流感应器感应的漏电电流信号；

在所述当前使用的工作模式下，对所述漏电电流信号进行处理，以生成报警信号；

输出所述报警信号。

在一个实施例中，所述方法还包括：

在重新上电后，使用默认的工作模式，或者使用断电前使用的工作模式。

在一个实施例中，所述工作模式包括以下至少两种：MD工作模式、PD工作模式、TYPE B工作模式和UL工作模式。

在一个实施例中，所述工作模式还包括以下任意一种：A型工作模式和AC型工作模式。

本发明实施例又一方面提供一种充电设备，所述充电设备包括上述漏电保护装置；以及，连接所述漏电保护装置的动作机构，用于在接收到所述报警信号时分断供电线路。

本发明实施例的漏电保护装置和充电设备根据通过外部通讯接口接收到的外部通讯信号切换工作模式，使得同一漏电保护装置能够适应不同的应用环境和工作模式。

附图说明

通过结合附图对本申请实施例进行更详细的描述，本申请的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本申请实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本申请实施例一起用于解释本申请，并不构成对本申请的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。

图1是本发明一个实施例的漏电保护装置的电路图；

图2是本发明一个实施例的漏电保护方法的示意性流程图。

具体实施方式

在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本发明更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本发明可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本发明发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。

应当理解的是，本发明能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本发明的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。

应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本发明教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。

空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。

在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本发明的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。

为了彻底理解本发明，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本发明提出的技术方案。本发明的优选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本发明还可以具有其他实施方式。

目前RCD的功能相对比较单一，分为AC型产品、A型产品、RDC-MD型产品(简称MD型产品)、RDC-PD型产品(简称PD产品型产品)、B型产品、UL标准的产品(简称UL型产品)等等。AC型产品只能检测AC型的漏电；A型产品能够检测脉动直流和AC型的漏电，能够满足IEC61008标准、IEC61009标准的漏电要求；MD型产品主要用于直流6mA的保护(漏电波形包括SDC、2P-DC、3P-DC)，是结合充电桩前端安装A型的断路器的需求，满足标准IEC62955标准等的需求而实现的保护功能，MD型产品主要是防止充电桩前端A或AC型断路器在有直流漏电时失效，主要是为了满足62955标准的要求；PD型产品既能够实现A型的漏电检测又能实现直流6mA的漏电保护，相当于集成了A+6的功能，主要为了满足IEC62752或62955的要求；B型产品能够检测IEC62423标准、IEC61008(IEC61009)标准等规定的所有漏电电流波形；UL标准的产品是满足美标的漏电保护产品。目前的RCD只适用于单一的漏电保护功能，而并未将MD、PD、UL等功能集成在一起。

由于目前不同模式的RCD采用不同的型号，甚至不同的对外接口，会造成如下问题：

1)充电设备上漏电保护功能比较单一，无法实现同一产品多种工作模式的切换；

2)在不同的应用环境中，客户端必须购买不同模式的漏电保护装置，来适应不同的需求；

3)不同模式下的漏电保护装置很可能意味着不同的对外接口，会造成客户端软硬件的不兼容。

基于此，本发明实施例提出了一种保护功能可切换的漏电保护装置，以解决上述问题。

下面结合附图，对本发明实施例的漏电保护装置和充电设备进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。

参见图1，本发明实施例的漏电保护装置包括漏电电流感应器101，用于感应漏电电流信号；外部通讯接口103，用于接收外部通讯信号；控制电路102，连接漏电电流感应器101和外部通讯接口103，用于根据所述外部通讯信号切换工作模式，以及在相应工作模式下对漏电电流信号进行处理，以生成报警信号；输出接口104，连接控制电路102，用于输出报警信号。

示例性地，本发明实施例采用磁通门技术，通过施加激励信号在漏电电流感应器101上，同时控制电路102在采样电阻105上采集漏电电流信号，将采集到的漏电电流信号转换成TRIP-OUT数字的输出方式，通过输出接口104输出。

参见图1，漏电电流感应器101包括零序电流互感器(ZCT)，ZCT的一次侧三相导线穿过铁芯，二次线圈绕在铁芯上。正常情况下，漏电电流感应器的一次侧三相电流对称，向量和为零。当系统发生单相接地故障时，三相电流之和不为零，铁芯中出现零序磁通，该磁通在二次线圈上感应出电势，并产生二次电流。

示例性地，漏电保护装置还包括设置在漏电电流感应器101和控制电路102之间的采样电阻105，控制电路102通过采样电阻105获得漏电电流信号。以及，还包括设置在漏电电流感应器101和控制电路102之间的振荡电路(OSC)，控制电路102通过振荡电路对漏电电流感应器施加激励电流，以驱动ZCT线圈，使得其磁芯磁化，同时，控制电路102通过检测采样电阻105上的电压可以获得包含激励电压波形在内的波形信号电压信息，该电压信息同样包含了零序磁通的信息；通过滤波器滤除激励波形的信息，就可以获得零序磁通的信息，由于零序磁通是由漏电电流产生的，因此可以获得漏电电流的信息，实现交直流漏电电流检测的功能。

进一步地，漏电保护装置可以采用开环式或闭环式的激励方式。开环式的激励方式中的激励频率由振荡电路产生，振荡的频率根据不同互感器的特性和驱动电流信号的大小来综合决定，激励频率一旦确定随即固定，无法在应用的过程中随意的修改激励频率。闭环式的激励方式中激励频率与ZCT互感器的匝数、Bm、线圈激励电压、截面积Ac等特性参数有关，通过将采样电阻105上产生的电压与比较器预先配置的电压相比较，产生反馈信号，并将反馈信号反馈给控制电路102，去调整激励电流的频率，直到电路处于稳定状态，则此时激励频率也趋于稳定。

示例性地，控制电路102可以实现为MCU(微控制单元)，也可以实现为具有类似功能的其它控制单元或者电路。图1所示的为磁调制技术的示意图，本发明实施例的漏电保护装置也可以是集成A型或AC型电路的其它类型电路。

控制电路102连接外部通讯接口103和输出接口104，其中，外部通讯接口103用于与外部进行通讯，例如，外部通讯接口可以用于与充电桩等充电设备的控制器进行通讯，控制电路102根据通讯结果来选择工作模式。

示例性地，外部通讯接口103可以是有线通讯接口或无线通讯接口。具体地，外部通讯接口103可以是红外、蓝牙、无线保真等无线接口中的任意一种，也可以是异步传输标准接口、通用串行总线等有线数据连接接口中的任意一种。通过外部通讯接口103接收到的外部通讯信号可以是各种类型的有线或无线通讯信号。

外部通讯接口103连接控制电路102，控制电路102用于根据外部通讯信号切换工作模式。例如，控制电路102在接收到第一信号时切换至第一工作模式，在接收到第二信号时切换至第二工作模式等等。当然，可切换的工作模式不限于两种。

示例性地，本发明实施例中可切换的工作模式包括以下至少两种：MD工作模式、PD工作模式、TYPE B工作模式和UL工作模式。

例如，控制电路102可以在MD工作模式和PD工作模式之间切换，在MD工作模式、PD工作模式和Type B工作模式之间切换、在MD工作模式、PD工作模式、TYPE B工作模式和UL工作模式之间切换、在TYPE B工作模式和UL工作模式之间切换等等。

进一步地，除了以上任意至少两种工作模式之外，可切换的工作模式还可以包括A型工作模式和AC型工作模式中的任意一种。

由于充电设备同一时间一般只会采用一种工作模式，本发明实施例根据外部通讯信号切换工作模式，使得同一款产品适应不同的应用环境和工作模式，无需用户更换漏电保护装置或配置多套漏电保护装置，节约了开发成本和时间，实现了客户端工作模式的自由切换。并且，通过在漏电保护装置上增加外部通讯接口，客户端能够远程控制工作模式的切换，实现了系统互联。客户端会跟据客户的自行配置选择不同工作模式来进行工作，而且在模式选择的时候，具有容错处理措施，以防止干扰信号造成模式的突变。客户端可以自适应地选择工作模式并向外部通讯接口103输出代表相应工作模式的信号，也可以根据用户指令选择工作模式。

在一些实施例中，控制电路包括至少两个运算单元，每个运算单元对应一种工作模式；至少两个运算单元连接同一个输出接口。控制电路切换工作模式包括激活对应工作模式的运算单元。例如，运算单元包括以下至少两种：MD工作模式对应的运算单元、PD工作模式对应的运算单元、TYPE B工作模式对应的运算单元和UL工作模式对应的运算单元。进一步地，运算单元还包括A型工作模式对应的运算单元和/或AC型工作模式对应的运算单元。

在一些实施例中，至少两个运算单元中包括默认运算单元，对应于默认的工作模式。当漏电保护装置重新上电后，默认运算单元自动激活。也就是说，至少两种工作模式中包括默认工作模式，不论漏电保护装置断电前应用的是何种工作模式，当其重新上电后，均自动激活默认工作模式。例如，如果默认工作模式为PD模式，那么当漏电保护装置重新上电后所激活的总是PD模式。

在另一些实施例中，控制电路102包括记忆单元，用于记忆当前采用的工作模式。当漏电保护装置断电并重新上电后，继续激活断电前记忆单元记忆的工作模式，即使漏电保护装置断电后再上电，工作模式也不会改变，除非客户端重新通过外部通讯接口103切换工作模式。

基于上面的描述，本发明实施例的漏电保护装置采用同一款产品即可适应不同的应用环境和工作模式，实现了客户端漏电工作模式的自由切换；客户端实现了远程控制漏电工作模式的切换，实现了系统互联；节约了开发成本和时间。

本发明实施例还提供一种可切换工作模式的漏电保护方法，参见图2，漏电保护方法200包括如下步骤：

在步骤S210，通过外部通讯接口接收外部通讯信号，并根据所述外部通讯信号在至少两种工作模式中确定当前使用的工作模式；

在步骤S220，获取漏电电流感应器感应的漏电电流信号；

在步骤S230，在所述当前适用的工作模式下，对所述漏电电流信号进行处理，以生成报警信号；

在步骤S240，输出所述报警信号。

其中，外部通讯信号可以是有线信号或无线信号，并且可以是任意类型的指示切换工作模式的信号。

进一步地，漏电保护方法200还包括：在重新上电后，使用默认的工作模式，或者使用断电前使用的工作模式。即工作模式被设定后，可以是记忆式的，重新上电不恢复默认工作模式，也可以是非记忆式的，重新上电，恢复默认工作模式。

示例性地，可切换的工作模式包括以下至少两种：MD工作模式、PD工作模式、TYPEB工作模式和UL工作模式。进一步地，所述工作模式还包括以下任意一种：A型工作模式和AC型工作模式。默认的工作模式包括但不限于PD工作模式。

本发明实施例的漏电保护方法200可适应不同的应用环境和工作模式，实现了客户端漏电工作模式的自由切换；客户端能够实现远程控制漏电工作模式的切换，实现了系统互联；节约了开发成本和时间。漏电保护方法200的更多细节可以参照对漏电保护装置100进行的相关描述，在此不做赘述。

本发明实施例还提供一种充电设备，包括如上所述的漏电保护装置和连接所述漏电保护装置的动作机构，动作结构用于在漏电保护装置检测到漏电电流信号的大小大于预设阈值时分断供电线路。本发明实施例的充电设备可以实现为充电桩、充电枪等用于为车辆充电的充电设备，漏电保护装置可以为板载式的漏电保护装置，其可以直接安装在充电设备的PCB板上，当充电设备为电动汽车进行充电时，漏电保护装置可以用来检测充电过程中漏电电流的大小是否超过阈值，在漏电电流的大小超过阈值时向PCB板上的MCU或者其它器件发出报警信号，以执行停止充电的命令，并通过动作机构分断充电线路，例如断开已闭合的继电器或者断路器机构等。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本发明并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本发明的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其发明点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。

此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本发明可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种可切换工作模式的漏电保护装置，其特征在于，所述漏电保护装置包括：

漏电电流感应器，用于感应漏电电流信号；

外部通讯接口，用于接收外部通讯信号；

控制电路，连接所述漏电电流感应器和所述外部通讯接口，用于根据所述外部通讯信号切换工作模式，以及在相应工作模式下对所述漏电电流信号进行处理，以生成报警信号；

输出接口，连接所述控制电路，用于输出所述报警信号。

2.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述外部通讯接口为有线通讯接口或无线通讯接口。

3.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述控制电路包括至少两个运算单元，每个运算单元对应一种工作模式；所述至少两个运算单元连接同一个所述输出接口，所述根据所述外部通讯信号切换工作模式包括根据所述外部通讯信号激活对应的运算单元。

4.如权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述运算单元包括以下至少两种：MD工作模式对应的运算单元、PD工作模式对应的运算单元、TYPE B工作模式对应的运算单元、UL工作模式对应的运算单元。

5.如权利要求4所述的漏电保护装置，其特征在于，所述运算单元还包括A型工作模式对应的运算单元和/或AC型工作模式对应的运算单元。

6.如权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述至少两个运算单元中包括对应默认工作模式的默认运算单元，所述默认运算单元在所述漏电保护装置断电重启后自动激活。

7.如权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述控制电路包括记忆单元，用于记忆当前的工作模式，并在所述漏电保护装置断电重启后激活所述当前的工作模式对应的运算单元。

8.一种可切换工作模式的漏电保护方法，其特征在于，所述漏电保护方法包括：

通过外部通讯接口接收外部通讯信号，并根据所述外部通讯信号在至少两种工作模式中确定当前使用的工作模式；

获取漏电电流感应器感应的漏电电流信号；

在所述当前使用的工作模式下，对所述漏电电流信号进行处理，以生成报警信号；

输出所述报警信号。

9.如权利要求8所述的漏电保护方法，其特征在于，所述方法还包括：

在重新上电后，使用默认的工作模式，或者使用断电前使用的工作模式。

10.如权利要求8所述的漏电保护方法，其特征在于，所述工作模式包括以下至少两种：MD工作模式、PD工作模式、TYPE B工作模式和UL工作模式。

11.如权利要求10所述的漏电保护方法，其特征在于，所述工作模式还包括以下任意一种：A型工作模式和AC型工作模式。

12.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备包括：

如权利要求1至7中任意一项所述的漏电保护装置；

以及，连接所述漏电保护装置的动作机构，用于在接收到所述报警信号时分断供电线路。

Images