CN201918692U - 剩余电流保护器用的电源装置 - Google Patents

Abstract

剩余电流保护器用的电源装置，其稳压单元包括由至少一个三极管VT、一个稳压管ZD1、一个功率电阻R3构成的功率晶体三极管串联稳压电路，该电阻一端与该电路的正极输入侧的三极管VT的集电极并联连接，其另一端与该三极管VT的基极、稳压管ZD1的负极相连接，稳压管ZD1的正极与该电路的负极相连接，三极管VT的基极电压被固定在U_D1，在输入的额定电压变化或负载大小变化时，三极管VT的管压降随输入的额定电压增高或降低能自动升高或降低，使输出电压U₀始终保持在相对稳定的状态。该电源装置具有电压调节和输出稳压的功能，避免了限流单元发热，可在85～415V额定电压范围内正常工作，并且在该电路的输入侧并联有浪涌吸收元件，在其输出侧并联有储能电容，抗浪涌干扰能力强。

Description

剩余电流保护器用的电源装置

技术领域

本实用新型涉及一种漏电流动作保护器，特别是适应于单相或多相应用的低压电子式电流动作型剩余电流保护器的电源装置。

背景技术

电流动作型漏电保护器又称剩余电流(漏电)保护器、漏电电流动作保护器、差分电流动作保护器或接地故障保护器等，其基本结构主要由检测元件、中间环节和执行机构三部分组成。低压电子式剩余电流保护器的中间环节为电子器件组成的电子控制电路，其特点是控制电路需要辅助电源。所述的电源装置一般由限流单元、整流单元和稳压单元组成，图1示意性地给出了一种目前市场上常见的漏电保护器中间环节所使用的电源装置的电路结构，其工作原理是，限流单元2将三相交流主电路1的交流电压限流后输给整流单元3，整流单元3将交流电压变换为直流电压后输给稳压单元4，稳压单元4将直流电压稳压后输出，用作剩余电流检测处理单元5等各电子部件的电源。限流单元2通常由一级功率电阻组成，整流单元3通常由一级整流二极管组成，稳压单元4通常由稳压二极管ZD1并联极性电容C1组成。由于剩余电流检测处理单元5工作在稳压二极管的反向击穿电压，稳压利用了稳压二极管ZD1的反向击穿电压，当工作电压超过额定电压时，由于稳压二极管ZD1的击穿而存在反向电流相应增大，该反向电流不仅会增加电能损耗，而且还会增加限流单元的功率电阻的负荷而造成功率电阻的发热。特别是在工作电压超过额定电压较大时，例如电路有浪涌电压时，稳压管ZD1的反向击穿电流很大，使功率电阻的发热加剧，而易导致功率电阻的损坏。然而，根据国家标准GB14048、2-2008附录B《具有剩余电流保护的断路器》B.8.9.2b条款的相关规定，要求适用于单极至四极的电子式剩余电流保护器必须在AC85V至415V供电范围内都能正常工作。按照国家标准的要求进行的实验证明，如果稳压二极管ZD1按照满足供电范围下限时电路正常脱扣的条件设计参数，则在供电范围上限下电路工作四小时后，现有产品限流单元的功率电阻的温升高达80多K。这不仅容易引起限流单元的功率电阻和其周边器件的老化、损坏，甚至有可能引发火灾事故，如果此时电路有浪涌电压，那么限流单元极有可能立即损坏，而造成该已有电子式剩余电流保护器的失效。试验证明：按照上述现有技术电路原理生产制造的剩余电流保护器的电源装置不能达到国标规定的额定电压为CA85～415V的要求。

申请号为CN01816380.7的中国专利公开了一种用于低压电子剩余电流断路器的电源装置，该技术虽然能适用于工作电压最高达1000V左右或更小的单相或多相的电子剩余电流保护器中，但电路相对比较复杂，而且未包括浪涌吸收保护单元，如果需在整流前端再加装浪涌吸收单元，会导致产品尺寸增大，占用较大的空间，不利于产品的小型化设计。

如前所述，目前电源装置的设计因受产品尺寸空间限制或受电路原理的限制，使限流单元严重发热的问题在所难免。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种可避免限流单元发热的用于剩余电流保护器的电源装置。

在此目标范围内，本实用新型的一个目的是提供一种剩余电流保护器用的电源装置，它所需元器件少，结构简单，并可通过优化限流功率电阻的设计，保证产品尺寸不变，能适用于额定电压在VC85V～415V的范围内正常操作，同时能够显著降低整个电路的功耗，避免限流单元发热。

本实用新型的又一个目的是提供一种剩余电流保护器用的电源装置，具有有效的抗雷击浪涌干扰的功能，并能使保护器中间环节的输出电压更平稳。

为了实现上述目的，本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置采用了如下技术方案。该电源装置包括：限流单元(2)的输入端分别连接到位于零序电流互感器(7)下游的主电路(1)的各相线上；整流单元(3)的输入端接收限流单元(2)将来自主电路(1)进行限流后的交流电，并将其转换成直流电后输出给直流稳压单元(4)。所述的直流稳压单元4包括由至少一个三极管VT、一个稳压管ZD1、一个功率电阻R3构成的功率晶体三极管串联稳压电路，其中该电阻R3的一端与该电路的正极输入侧的三极管VT的集电极并联连接，其另一端与该三极管VT的基极、稳压管ZD1的负极相连接，稳压管ZD1的正极与该电路的负极相连接，所述稳压管ZD1的端电压为基准电压源，三极管VT的基极电压被固定在U_D1，在输入的额定电压变化或负载大小变化时，所述电源装置使输出电压U₀始终保持在相对稳定的状态。

在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输入侧并联有浪涌吸收元件，所述的浪涌吸收元件是在三极管VT的集电极NET1与地极GND之间连接的一个压敏电阻R2，用于保护功率晶体三极管。

在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输出侧并联有储能电容C1，所述的储能电容C1具有极性，并联连接在三极管VT的发射极NET2与地极GND之间，它的正极与三极管VT的发射极NET2连接，它的负极与地极GND连接，以提高输出电压的平滑性。

所述的三极管VT为功率晶体三极管或场效应管中的一种。所述的三极管VT的耐压大于415V，优选为500～800V。

在所述的功率晶体三极管串联稳压电路中，三极管VT的集电极NET1与功率电阻R3的一端并联连接于整流单元(3)的输出端的正极，功率电阻R3的另一端与三极管VT的基极NET3、稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极与地极GND连接，三极管VT的发射极NET2为稳压单元4的输出端的正极，地极GND为稳压单元4的输出端的负极。或者，所述的功率晶体三极管串联稳压电路包括两个三极管(VT1、VT2)和一个稳压管ZD1，第一三极管VT1的基极与第二三极管VT2的集电极串联连接，第二三极管VT2的发射极与稳压二极管ZD1的负极串联连接，两个三极管(VT1、VT2)均为功率晶体管。

本实用新型还提供一种剩余电流保护器，它包括本实用新型上面所述的电源装置。

附图说明

图1是已知类型的低压剩余电流保护器的电源装置的结构示意图。

图2是根据本实用新型的剩余电流保护器的结构示意图。

图3是根据本实用新型的电源装置的结构示意图，包括稳压单元的电路图。

图4是根据本实用新型的电源装置的晶体管串联稳压电路优选实施例的结构示意图。以及

图5是根据本实用新型的电源装置的晶体管串联稳压电路另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图来更详细地介绍根据本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置的其它特征、优点和具体实施方式，本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置不限于以下实施例的描述。在附图中：

图2所示的是根据本实用新型的剩余电流保护器的结构示意图。图2中的剩余电流保护器包括用于控制由A、B、C三相交流电组成的主电路1的接通或分断的触头装置10、用于在人身触电或设备漏电时控制触头装置10跳闸断电的脱扣器9、信号调理电路8、零序电流互感器7、信号发生电路6、剩余电流检测处理单元5以及电源装置。零序电流互感器7用于感应A、B、C三相主电路中的剩余电流，它将感应到的剩余电流信号送到信号调理电路8进行调整处理后送剩余电流检测处理单元5，剩余电流检测处理单元5根据剩余电流信号控制脱扣器9脱扣。信号发生电路6与测试按钮11、测试线圈12组成测试电路，用于检测断路器的脱扣跳闸功能是否正常，当按下测试按钮11使测试电路接通时，信号发生电路6产生一个模拟剩余电流，该模拟剩余电流流过测试线圈12使电流互感器7感应出一个能导致断路器脱扣跳闸的模拟剩余电流信号。本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置由图2中的限流单元2、整流单元3和直流稳压单元4组成。限流单元2由三个功率电阻组成，三个功率电阻的输入侧分别与主电路1的A、B、C三相交流电连接，其输出侧分别与整流单元3的输入侧连接，限流单元2将来自主电路1的交流电经限流后输出给整流单元3。整流单元3的输出侧与直流稳压单元4连接，用于将限流单元2输入的交流电转换成直流电后输出给稳压单元4。稳压单元4的功能是采取无论电压下降还是上升都能自动进行调整的措施，使直流输出电压维持定值，该直流输出电压用作稳压单元4的后端电路工作电源。由图2可见，本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置从交流电源1取电后，经限流单元2限流，再由整流单元3将交流电压转换成直流电压，再通过功率晶体管串联稳压电路4得到一稳定的输出电压，供给剩余电流检测处理单元5工作。

图3是图2所示的根据本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置的电路结构示意图，如图3所示的实施例，电源装置包括限流单元2、整流单元3、直流稳压单元4，直流稳压单元4采用了功率晶体三极管串联稳压电路。限流单元2由一组功率电阻R1组成，每个功率电阻R1的输出端分别与整流单元3连接。整流单元3由一组二极管组成，整流单元3将限流单元2输入的三相交流电转换成具有一个正极和一个负极的单极直流电，该负极也是地极GND。图3所示的直流稳压单元4包括一个三极管VT、一个齐纳二极管式稳压管ZD1、一个功率电阻R3，三极管VT的集电极NET1与功率电阻R3的一端并联连接于整流单元3的输出端的正极，功率电阻R3的另一端与三极管VT的基极NET3、稳压管ZD1的负极连接。稳压管ZD1的正极与地极GND连接。三极管VT的发射极NET2与稳压单元4的输出端的正极连接，即：三极管VT的发射极NET2为稳压单元4的输出端的正极。稳压单元4的输出的负极与地极GND连接，即：地极GND为稳压单元4的输出端的负极。所述的三极管VT为调整管，优选采用功率晶体三极管，也可以采用场效应管。由于最大额定电压为415V，所以三极管VT的耐压应大于415V，为500V耐压以上。考虑到浪涌电压等因素，三极管VT的耐压优选为500～800V。为了抑制包括雷击产生的浪涌电压的干扰或破坏，在三极管VT的集电极NET1与地极GND之间并联连接一个压敏电阻R2，这是一种优选的方案，也可以采用压敏电阻或其它压敏元件所形成的抑制浪涌电压的替代R2的电路，并且该电路至少包括一个压敏元件。为了提高直流稳压单元4所输出的电压的平滑性，在三极管VT的发射极NET2与地极GND之间并联连接一个储能电容C1。储能电容C1优先采用具有极性的电容，该具有极性的电容C1的正极与三极管VT的发射极NET2连接，它的负极与地极GND连接。所述的输出电压的平滑性是指输出电压的波形的平滑。根据本实用新型的电源装置，在直流侧采用晶体管串联稳压电路，其输出直接作为后端电路工作电压，并能通过调整管来调节回路电压，降低限流单元的功率，它结构简单、体积小，能满足额定电压为85V～415V范围正常工作的要求，并且能够抗雷击浪涌干扰，具有电子器件温升小、安全可靠性高、使用寿命长、输出电源质量高的优点。

图3所示的是一种能满足基本要求的电源装置，本实施例的特点是其输出端的正极只有一个端子，该端子直接与后端的剩余电流检测单元5电路连接。但在实际使用中，后端电路有多个，这些后端电路如剩余电流处理单元5、信号发生电路6、信号调理电路8等，而不同的后端电路对于电源电压的要求可以是不同的，因此，在直流稳压单元4的输出端辅设一个用于产生多个电压的输出端子的电路装置，该电路装置可有三种选择方案，第一种是所述的电路装置可以作为直流稳压单元4的一个部件，附设在稳压单元4的输出端；第二种是所述的电路装置作为一个后端触发电路(如剩余电流检测处理单元5)的一个部件，附设在后端电路的输入端，这种方案如图3所示的实施例；第三种是所述的电路装置作为一个独立的装置，附设在稳压单元4与后端电路之间，稳压单元4的一个正极输出端连接于该电路装置的输入端，各后端电路再从该电路装置的输出端的各端子取电。后端电路作为使脱扣器(9)动作的工作电源。

图4、5所示的是两个根据本实用新型的电源装置的晶体管串联稳压电路实施例的结构示意图。参考图4所示的优选实施例，所述的功率晶体三极管串联稳压电路包括一个功率三级管VT和一个稳压管ZD1，三极管VT的基极与稳压管ZD1的负极串联连接。图5所示的是本实用新型的剩余电流保护器用的电源装置的功率晶体三极管串联稳压电路的另一个实施例，所述的功率晶体三极管串联稳压电路包括两个三极管(VT1、VT2)和一个稳压管ZD1，第一三极管VT1的基极与第二三极管VT2的集电极串联连接，第二三极管VT2的发射极与稳压二极管ZD1的负极串联连接。假设由于某种原因引起输出电压U0降低时，通过由R4、R41、R42串联组成的取样电路，引起第二三极管VT2基极电压成比例下降，由于VT2发射极电压受稳压管ZD1的稳压值控制保持不变，所以VT2发射结电压将减小，于是VT2基极电流减小，VT2管压降增加，导致VT1基极电压将上升，VT1基极电流上升，VT1管压降减小，这样输出电压U0就上升，抵消之前输出电压U0降低的变动。而当输出电压U0升高时整个变化过程与上面相反，从而使得稳压电路4的输出电压U₀保持不变。两个三极管(VT1、VT2)优选为功率晶体管。由图4、5所示，本实用新型的功率晶体三极管串联稳压电路是指由至少一个三极管VT和一个稳压管ZD1串联组成的具有稳压功能的电路，其中稳压管ZD1的主要作用是为电路提供一个基本稳定的直流参考电压，功率晶体三极管VT的主要作用是当输出电压变化，通过基极电流的变化，自动调整管压降的大小，以保证输出电压稳定不变。

下面再次参考图4，进一步描述本实用新型的功率晶体三极管串联稳压电路的工作原理。由于三极管VT的基极与稳压管ZD1的负极连接，稳压管ZD1的正极与该电路的负极相连接，即：ZD1的端电压是基准电压源，所以三极管VT的基极电压被固定在U_D1。三极管VT的发射极与电路输出侧的正极并接，所以在三极管VT正常工作情况下，当输入电压升高时，三极管VT的管压降(U_T1)_CE相应升高，使输出电压保持稳定；当输入电压下降时，三极管VT的管压降(U_T1)_CE降低，使输出电压U₀保持稳定。由此可见，本实用新型的稳压电路的稳压原理是利用了三极管VT的管压降(U_T1)_CE的升或降(或者说放大或缩小)实现的，而由于限流电阻R3与稳压管ZD1并联连接在三极管串联稳压电路的输入侧的正、负极之间，所以不管额定电压多大，稳压管ZD1的反向击穿电流很小，从而大大减小了流过限流单元2的功率电阻的电流，克服了现有技术因功率电阻发热而导致的失效、损坏、火灾等问题。由于输出电压不是仅依靠调节稳压管ZD1的反向击穿电流实现的，已经证明，本实用新型的功率晶体三极管串联稳压电路具有出色的电压调节和输出稳压的功能。这里所述的电压调节，是指三极管VT的管压降(U_T1)_CE具有电压调节的功能，在从整流电路输入的额定电压增高或降低时，三极管VT的管压降(U_T1)_CE自动升高或降低，以使输出电压U₀保持稳定。这里所述的输出稳压功能，是指在额定电压变化或负载大小变化时，输出电压U₀始终保持在相对稳定的状态，而该输出稳压功能的实现主要是通过三级管VT的管压降(U_T1)_CE的调节实现的。为了防止雷击、电网电压活动等原因产生的浪涌电压对功率晶体三极管及其它电子器件的破坏，很有必要在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输入侧并联一个浪涌吸收元件，如压敏电阻。为了进一步提高输出电压的平滑性，改善输出的直流电压的质量，有必要在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输出侧并联一个储能电容，该储能电容最好是有极性的。

根据本实用新型构造的电源装置可以有许多修改和变化，所有细节均可用其它技术性等效部件来替代，这些修改和变化均属于本实用新型的概念范围内。

Claims (10)

1.一种剩余电流保护器用的电源装置，包括：

限流单元(2)的输入端分别连接到位于零序电流互感器(7)下游的主电路(1)的各相线上；

整流单元(3)的输入端接收限流单元(2)将来自主电路(1)进行限流后的交流电，并将其转换成直流电后输出给直流稳压单元(4)；

其特征在于：

所述的直流稳压单元(4)包括由至少一个三极管VT、一个稳压管ZD1、一个功率电阻R3构成的功率晶体三极管串联稳压电路，其中该电阻R3的一端与该电路的正极输入侧的三极管VT的集电极并联连接，其另一端与该三极管VT的基极、稳压管ZD1的负极相连接，稳压管ZD1的正极与该电路的负极相连接，所述稳压管ZD1的端电压为基准电压源，三极管VT的基极电压被固定在U_D1，在输入的额定电压变化或负载大小变化时，所述电源装置使输出电压U₀始终保持在相对稳定的状态。

2.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输入侧并联有浪涌吸收元件，用于保护功率晶体三极管。

3.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：在所述的功率晶体三极管串联稳压电路的输出侧并联有储能电容C1，以提高输出电压的平滑性。

4.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：在所述的功率晶体三极管串联稳压电路中，三极管VT的集电极NET1与功率电阻R3的一端并联连接于整流单元(3)的输出端的正极，功率电阻R3的另一端与三极管VT的基极NET3、稳压管ZD1的负极并联连接，稳压管ZD1的正极与地极GND连接，三极管VT的发射极NET2为稳压单元(4)的输出端的正极，地极GND为稳压单元(4)的输出端的负极。

5.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：所述的三极管VT为功率晶体三极管或场效应管中的一种。

6.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：所述的三极管VT的耐压大于415V，优选为500～800V。

7.根据权利要求2所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：所述的浪涌吸收元件是在三极管VT的集电极NET1与地极GND之间连接的一个压敏电阻R2。

8.根据权利要求3所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：所述的储能电容C1具有极性，并连连接在三极管VT的发射极NET2与地极GND之间，它的正极与三极管VT的发射极NET2连接，它的负极与地极GND连接。

9.根据权利要求1所述的剩余电流保护器用的电源装置，其特征在于：所述的功率晶体三极管串联稳压电路包括两个三极管(VT1、VT2)和一个稳压管ZD1，第一三极管VT1的基极与第二三极管VT2的集电极串联连接，第二三极管VT2的发射极与稳压二极管ZD1的负极串联连接，两个三极管(VT1、VT2)均优选为功率晶体管。

10.一种剩余电流保护器，其特征在于：它包括如权利要求1-9中任一项所述的电源装置。

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