CN203747373U - 漏电保护用控制集成模块及具有该模块的漏电保护电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种采用板上芯片封装工艺集成的漏电保护用控制集成模块及漏电保护电路。该漏电保护电路包括检测电路，开关电路和由控制集成模块构成的控制电路，控制集成模块包括控制芯片和开关元件。通过检测电路检测在主电路上是否有漏电电流，并将检测结果输出给控制电路即控制集成模块，控制集成模块的控制芯片基于来自检测电路的检测结果控制开关元件的导通/断开，从而控制开关电路使主电路断开。本实用新型的漏电保护电路能够有效地防止电源端、负载端故障等引起的触电事故，并且具有结构和工艺更简单、体积更小的优点。

Description

漏电保护用控制集成模块及具有该模块的漏电保护电路

技术领域

本实用新型涉及一种用电安全保护技术领域的漏电保护用控制集成模块及具有该模块的漏电保护电路。

背景技术

目前，我国用电环境仍然存在很多的安全隐患，例如发生电器电源接线不正确、未接地或者接地不良、使用劣质插座或者电源的地线端发生异常带电等异常现象，因此导致触电事故频有发生。为此，市场上有很多种具有漏电保护功能的漏电保护产品，此类产品用于在电路或电气绝缘层受损而发生接地短路时防止人身触电或电气火灾。

随着具有漏电保护功能的漏电保护产品不断地发展，人们对此类产品的电路结构和安全可靠性等多方面的要求越来越高。现有的漏电保护电路仍旧存在功能元件比较多、线路板设计比较复杂、安全可靠性差等问题，为此，人们追求在保证安全可靠性的基础上，尽可能地实现电路的简洁化、小型化。

实用新型内容

本实用新型鉴于上述现有技术，对用于漏电保护产品的漏电保护电路加以改进，本实用新型的目的在于，提供一种能够使线路板上的布局更简洁来更加节省线路板空间，且能够确保安全可靠性的漏电保护电路用的集成模块及具有该集成模块的漏电保护电路。

为了达到上述目的，本实用新型的漏电保护用控制集成模块的特征在于，具有：控制在产生漏电时使主电路断开的开关电路的开关元件；利用加载至输入端的输入信号来控制所述开关元件的导通/断开的控制芯片，所述控制集成模块采用板上芯片封装工艺集合而成。

在上述实用新型中，优选地，所述开关元件为可控硅整流元件，所述可控硅整流元件的正极与所述控制集成模块的控制端子连接，所述可控硅整流元件的负极与所述控制集成模块的接地端子以及所述控制芯片的接地管脚连接，所述可控硅整流元件的栅极与所述控制芯片的控制管脚连接，所述控制集成模块的电源端子与所述控制芯片的电源管脚连接。

在上述实用新型中，优选地，还包括用于调整所述输入信号的输入电压并且稳定电路的电子元件。

在上述实用新型中，优选地，所述电子元件包括第一～第四电阻，所述控制芯片的基准电压管脚与第一输入端子之间连接有第二电阻，所述控制芯片的输入电压管脚与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一电阻的一端及第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端与所述基准电压管脚连接，第三电阻的另一端与第二输入端子连接。

在上述本实用新型中，优选地，所述电子元件还包括第一～第五电容，第一电容连接在所述基准电压管脚与所述输入电压管脚之间，第二～第五电容分别连接在所述基准电压管脚、所述输入电压管脚、所述控制芯片的管脚以及所述控制管脚与所述接地管脚之间。

为了达到上述目的，本实用新型的漏电保护电路，包括：用于检测在主电路上是否有漏电电流并输出检测结果的检测电路；基于所述检测电路的检测结果输出控制信号的控制电路；基于来自所述控制电路的控制信号使主电路接通/断开的开关电路，所述漏电保护电路的特征在于，所述控制电路由技术方案1～5中任一项所述的漏电保护用控制集成模块构成。

在上述实用新型中，优选地，所述检测电路由零序电流互感器构成；所述零序电流互感器的次级线圈的两个输出端分别与所述控制集成模块的第一输入端子和第二输入端子连接。

在上述实用新型中，优选地，所述开关电路由级联的脱扣线圈和具有两个子开关的主电路开关构成；所述主电路开关的每个子开关的一端分别与位于电网一侧的火线、零线连接，所述主电路开关的每个子开关的另一端分别与负载一侧的火线、零线连接；所述脱扣线圈的一端与经由所述检测电路的火线连接，所述脱扣线圈的另一端与用于整流的二极管的正极连接；所述二极管的另一端与所述控制集成模块的控制端子连接；所述控制集成模块的接地端子与经由所述检测电路的零线连接。

在上述实用新型中，优选地，还包括控制集成模块驱动用电路，所述控制集成模块驱动用电路由限流电阻和电容构成；所述限流电阻的一端与所述控制集成模块的控制端子连接，所述限流电阻的另一端与所述控制集成模块的电源端子连接；所述电容的正极与所述控制集成模块的电源端子连接，所述电容的负极与经由所述检测电路的零线连接。

在上述实用新型中，优选地，还包括手动测试电路，所述手动测试电路由串联的测试开关和测试电阻构成；所述测试开关的一端与未经由所述检测电路的火线连接；所述测试电阻的不与所述测试开关连接的一端与经由所述检测电路的零线连接。

在上述实用新型中，优选地，所述测试开关为点触式自复位测试按钮。

在上述实用新型中，优选地，上述漏电保护电路还包括第一浪涌保护元件；所述第一浪涌保护元件连接在经由所述检测电路的火线和零线之间，或者所述控制集成模块的接地端子和控制端子之间，当电路中产生浪涌电压时，用于保护其它元件不受损坏。

在上述实用新型中，优选地，所述浪涌保护元件为压敏电阻。

根据本实用新型的漏电保护电路，能够有效地防止电源端、负载端故障等引起的触电事故，并且具有结构和工艺更简单、体积小的优点。

附图说明

图1是示出本实用新型的漏电保护电路的结构的框图。

图2是示出本实用新型的漏电保护电路的控制集成模块的结构的框图。

图3是示出本实用新型的漏电保护电路的控制集成模块的一个实施例的电路图。

图4是示出本实用新型的漏电保护电路的一个实施例的电路图。

图5是示出本实用新型的具有手动测试电路的漏电保护电路的一个实施例的电路图。

具体实施方式

参照附图，对本实用新型的漏电保护电路的实施例进行详细的说明。

图1是示出本实用新型的漏电保护电路的结构的框图。

如图1所示，本实用新型的漏电保护电路包括：检测电路，其用于检测在主电路上是否有漏电电流；控制电路，其基于检测电路的检测结果输出控制信号；开关电路，其基于来自控制电路的控制信号，使主电路接通/断开。在此，检测电路例如能够采用漏电检测元件，开关电路例如能够采用断路器。

，在本实施例的漏电保护电路中，使用采用板上芯片封装工艺（ChipOn Board，下面简称为“COB”）将多个元件贴装在印刷线路板上而集成的控制集成模块TS-COB来作为控制电路。

图2是示出本实用新型的漏电保护电路的控制集成模块的结构的框图。

如图2所示，该控制集成模块TS-COB包括控制芯片和开关元件，控制芯片对检测电路的检测结果进行判断，当检测结果达到规定的阈值即检测出漏电电流时，控制芯片输出导通开关元件的信号来使开关元件导通，从而向开关电路输出控制信号以使开关电路动作。

更具体来说，在本实施例中，控制芯片采用型号为GFC903的芯片U1，开关元件采用可控硅整流元件SCR。

图3是示出本实用新型的漏电保护电路的控制集成模块的一个实施例的电路图。如图3所示，该控制集成模块TS-COB设有五个外接端子T1～T5。可控硅整流元件SCR的正极与控制端子T4连接，可控硅整流元件SCR的负极与接地端子T3以及控制芯片U1的接地管脚GND连接，可控硅整流元件SCR的栅极（触发门极）与控制芯片U1的控制管脚SC连接。通过电源端子T5给控制芯片U1供电。控制芯片U1通过基准电压管脚Vref与输入电压管脚Vin对来自检测电路的检测结果即电压信号进行比较，当两个管脚之间的电压差达到规定的阈值以上时，控制芯片U1通过控制管脚SC输出使可控硅整流元件SCR导通的信号，从而触发可控硅整流元件SCR导通。

此外，控制芯片可以采用具有与上述芯片相同的功能的其它型号的芯片。开关元件也可以采用例如三极管等开关元件。

另外，在控制集成模块TS-COB内，可以设置多个用于稳定电路和调整电压的电阻R1～R4和多个电容C1～C5，以使基准电压管脚Vref和输入电压管脚Vin获得稳定的电压，以及使控制芯片的各管脚工作状态稳定。具体来说，控制芯片U1的基准电压管脚Vref与第一输入端子T1之间连接有第二电阻R2，输入电压管脚Vin与第四电阻R4的一端连接，第四电阻R4的另一端与第三电阻R3的一端以及第一电阻R1的一端连接，第一电阻R1的另一端与基准电压管脚Vref连接，第三电阻R3的另一端与第二输入端子T2连接。在基准电压管脚Vref与输入电压管脚Vin之间连接有滤波电容C1，基准电压管脚Vref、输入电压管脚Vin、其它管脚TD以及控制管脚SC与接地管脚GND之间分别连接有旁路电容C2～C5，该旁路电容C2～C5起到抗干扰作用。由此，能够提高控制集成模块的精度，使其工作特性更稳定。另外，用于稳定电路和调整电压的元件及其组合和连接方式不限于上述说明，只要能够起到与上述相同的作用即可，可以采用任意的元件及其组合和连接方式。

如上所述，通过采用一个控制集成模块来作为控制电路，能够使线路板的布局更简洁，并且大幅度地减少线路板的体积。

图4是示出本实用新型的漏电保护电路的一个实施例的电路图，示出了图1所示的检测电路、控制电路及开关电路之间的具体的连接关系。

在本实施例中，检测电路采用零序电流互感器ZCT来作为漏电检测元件，当主电路上产生漏电电流时，该零序电流互感器ZCT检测出主电路上的零序电流，并通过零序电流互感器ZCT的次级线圈将检测结果输出至控制电路。开关电路采用级联的脱扣线圈TRIP COIL和具有两个子开关的主电路开关K来作为断路器，当开关电路获得来自控制电路的控制信号时，脱扣线圈TRIP COIL得电，在内部铁芯中产生电磁力，从而推动与该脱扣线圈TRIPCOIL级联的主电路开关K以切断向主电路供电。

更具体来说，一端与电网LINE连接、另一端与负载LOAD连接的火线L、零线N都穿过零序电流互感器ZCT的内孔，零序电流互感器ZCT的次级线圈的两个输出端分别与控制集成模块TS-COB的输入用的第一、第二输入端子T1、T2连接。主电路开关K的每个子开关的一端分别与位于电网LINE一侧的火线L、零线N连接，每个子开关的另一端分别与负载LOAD一侧的火线L、零线N连接。脱扣线圈TRIP COIL的一端与穿过零序电流互感器ZCT的内孔的火线L连接，脱扣线圈TRIP COIL的另一端与一个用于整流的二极管D1的正极连接，该整流二极管D1的负极与控制集成模块TS-COB的控制端子T4连接。控制集成模块TS-COB的接地端子T3与穿过零序电流互感器ZCT的内孔的零线N连接，电源端子T5与提供驱动控制芯片U1的电源电压的元件或者装置连接。

当主电路内没有发生漏电或者触电现象时，由于由零序电流互感器ZCT检测出的火线L的电流与零线N的电流的矢量和为0，所以零序电流互感器ZCT的次级线圈不产生感应电压，因此，控制集成模块TS-COB的第一输入端子T1与第二输入端子T2之间没有电压差，控制芯片U1不向可控硅整流元件SCR发送导通的控制信号。

当主电路内发生漏电或者触电现象时，由于通过零序电流互感器ZCT检测到的火线L的电流与零线N的电流不均衡，两路电流的矢量和等于上述漏电电流，所以零序电流互感器ZCT检测出该漏电信号并通过次级线圈产生感应电压，所产生的感应电压施加在控制集成模块TS-COB的第一输入端子T1与第二输入端子T2上。控制集成模块TS-COB的控制芯片U1对来自零序电流互感器ZCT的感应电压信号进行比较，当感应电压信号满足触发可控硅整流元件SCR导通的条件时，例如当基准电压管脚Vref与输入电压管脚Vin两者之间的电压差达到规定的阈值以上时，控制芯片U1通过控制管脚SC输出使可控硅整流元件SCR导通的信号，从而使控制集成模块TS-COB的接地端子T3与控制端子T4导通。由此，构成了火线L-脱扣线圈TRIP COIL-整流二极管D1-零线N的导通电路，在脱扣线圈TRIP COIL内有较大的电流流过，使脱扣线圈TRIP COIL内部铁芯在磁力作用下相互吸合，进而带动与脱扣线圈TRIP COIL级联的主电路开关K，从而实现在极短的时间内（例如，在0.1s的时间以内）切断主电路电源，以防止触电事故发生，起到了漏电保护作用。

在本实施方式中，可以包括一个手动测试电路，其用于在主电路正常的情况下，验证漏电保护电路是否能够进行漏电保护。

图5是示出本实用新型的具有手动测试电路的漏电保护电路的一个实施例的电路图。如图5所示，该手动测试电路可以由测试开关TP和测试电阻RT构成，该测试开关TP和该测试电阻RT串联，其中，测试开关TP可以采用点触式自复位测试按钮。手动测试电路连接在主电路的火线L和零线N之间，整个手动测试电路的电路不穿过零序电流传感器ZCT的内孔。其中，测试开关TP的一端与穿过零序电流传感器ZCT的内孔之前的火线L连接，另一端与测试电阻RT的一端连接，测试电阻RT的另一端与穿过零序电流传感器ZCT的内孔之后的零线N连接。当接通（on）测试开关TP时，在手动测试电路中流过与漏电电流相当的电流，其电流值由测试电阻RT决定。通过操作测试开关TP，能够模拟人体触电或者由于其它原因而导致主电路发生的漏电现象。

另外，在本实施例中，还可以包括控制集成模块驱动用电路，如图5所示，该控制集成模块驱动用电路由限流电阻RD以及一个平滑滤波用电容C6构成，限流电阻RD的一端与整流二极管D1的负极连接，另一端与控制集成模块TS-COB的电源端子T5（即，控制芯片U1的电源管脚VCC）以及电容C6的正极连接，电容C6的负极与穿过电流互感器ZCT的内孔的零线N连接。该控制集成模块驱动用电路结合整流二极管D1，利用主电路的电压向控制集成模块的控制芯片U1提供驱动控制芯片U1的电源电压。由此，能够优化漏电保护电路的结构。

另外，在本实施例中，还可以包括用来防止浪涌电压对其它元件造成损坏的两个压敏电阻RV1、RV2。其中，压敏电阻RV1连接在穿过零序电流互感器ZCT的内孔的火线L与零线N之间，与负载LOAD并联，其用于抑制在脱扣线圈TRIP COIL动作对主电路造成影响。压敏电阻RV2连接在控制集成模块TS-COB的接地端子T3与控制端子T4之间，防止可控硅整流元件SCR在浪涌电压的冲击下进行误导通或损坏。另外，在本实施例中，还可以采用其它的用于浪涌保护的元件，例如电容等。

综上所述，根据本实用新型的漏电保护电路能够有效地防止电源端、负载端故障等引起的触电事故，并且，通过采用板上芯片封装工艺集成的控制集成模块，能够使该漏电保护电路具有结构和工艺简单、体积小的优点。

Claims (15)

1.一种漏电保护用控制集成模块，其特征在于，

具有：

控制在产生漏电时使主电路断开的开关电路的开关元件，

利用加载至输入端的输入信号来控制所述开关元件的导通/断开的控制芯片；

所述控制集成模块采用板上芯片封装工艺集合而成。

2.如权利要求1所述的控制集成模块，其特征在于，

所述开关元件为可控硅整流元件，所述可控硅整流元件的正极与所述控制集成模块的控制端子连接，所述可控硅整流元件的负极与所述控制集成模块的接地端子以及所述控制芯片的接地管脚连接，所述可控硅整流元件的栅极与所述控制芯片的控制管脚连接，所述控制集成模块的电源端子与所述控制芯片的电源管脚连接。

3.如权利要求2所述的控制集成模块，其特征在于，

还包括用于调整所述输入信号的输入电压并且稳定电路的电子元件。

4.如权利要求3所述的控制集成模块，其特征在于，

所述电子元件包括第一～第四电阻，所述控制芯片的基准电压管脚与第一输入端子之间连接有第二电阻，所述控制芯片的输入电压管脚与第四电阻的一端连接，第四电阻的另一端与第一电阻的一端及第三电阻的一端连接，第一电阻的另一端与所述基准电压管脚连接，第三电阻的另一端与第二输入端子连接。

5.如权利要求4所述的控制集成模块，其特征在于，

所述电子元件还包括第一～第五电容，第一电容连接在所述基准电压管脚与所述输入电压管脚之间，第二～第五电容分别连接在所述基准电压管脚、所述输入电压管脚、所述控制芯片的管脚以及所述控制管脚与所述接地管脚之间。

6.一种漏电保护电路，其包括：

检测在主电路上是否有漏电电流并输出检测结果的检测电路，

基于所述检测电路的检测结果输出控制信号的控制电路，

基于来自所述控制电路的控制信号使主电路接通/断开的开关电路；

所述漏电保护电路的特征在于，

所述控制电路由权利要求1～5中任一项所述的漏电保护用控制集成模块构成。

7.如权利要求6所述的漏电保护电路，其特征在于，

所述检测电路由零序电流互感器构成，

所述零序电流互感器的次级线圈的两个输出端分别与所述控制集成模块的第一输入端子和第二输入端子连接。

8.如权利要求6所述的漏电保护电路，其特征在于，

所述开关电路由级联的脱扣线圈和具有两个子开关的主电路开关构成，

所述主电路开关的每个子开关的一端分别与位于电网一侧的火线、零线连接，所述主电路开关的每个子开关的另一端分别与负载一侧的火线、零线连接，

所述脱扣线圈的一端与经由所述检测电路的火线连接，所述脱扣线圈的另一端与用于整流的二极管的正极连接，

所述二极管的另一端与所述控制集成模块的控制端子连接，

所述控制集成模块的接地端子与经由所述检测电路的零线连接。

9.如权利要求8所述的漏电保护电路，其特征在于，

还包括控制集成模块驱动用电路，所述控制集成模块驱动用电路由限流电阻和电容构成，

所述限流电阻的一端与所述控制集成模块的控制端子连接，所述限流电阻的另一端与所述控制集成模块的电源端子连接，

所述电容的正极与所述控制集成模块的电源端子连接，所述电容的负极与经由所述检测电路的零线连接。

10.如权利要求6～9中任一项所述的漏电保护电路，其特征在于，

还包括手动测试电路，所述手动测试电路由串联的测试开关和测试电阻构成，

所述测试开关的一端与未经由所述检测电路的火线连接，

所述测试电阻的不与所述测试开关连接的一端与经由所述检测电路的零线连接。

11.如权利要求10所述的漏电保护电路，其特征在于，

所述测试开关为点触式自复位测试按钮。

12.如权利要求6～9中任一项所述的漏电保护电路，其特征在于，

还包括第一浪涌保护元件，

所述第一浪涌保护元件连接在经由所述检测电路的火线和零线之间，当电路中产生浪涌电压时，用于保护其它元件不受损坏。

13.如权利要求12所述的漏电保护电路，其特征在于，

所述第一浪涌保护元件为压敏电阻。

14.如权利要求6～9中任一项所述的漏电保护电路，其特征在于，

还包括第二浪涌保护元件，

所述第二浪涌保护元件连接在所述控制集成模块的接地端子与控制端子之间，当电路中产生浪涌电压时，用于保护其它元件不受破坏。

15.如权利要求14所述的漏电保护电路，其特征在于，

所述第二浪涌保护元件为压敏电阻。