CN210629083U

CN210629083U - 一种漏电保护装置及用电设备

Info

Publication number: CN210629083U
Application number: CN201921976691.3U
Authority: CN
Inventors: 雍广虎
Original assignee: Cs Co ltd
Current assignee: Wuxi Jingyuan Microelectronics Co Ltd
Priority date: 2019-11-15
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2020-05-26
Anticipated expiration: 2029-11-15

Abstract

本实用新型涉及一种漏电保护装置和用电设备，所述漏电保护装置包括整流桥堆和漏电保护电路，其特征在于，还包括高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护电路以向漏电保护电路提供电能；所述高低压转换装置包括判别装置，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置的输出电流。本实用新型的漏电保护装置在交流电经半波或全波整流后输出的脉动电压向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本实用新型的功率消耗。

Description

一种漏电保护装置及用电设备

技术领域

本实用新型属于供电技术领域，具体地说，涉及一种漏电保护装置及用电设备。

背景技术

在交流电源供电系统中，需要使用漏电保护装置，漏电保护装置对使用者起到人身安全保护的功能。

因此，电力部门强制要求用电单位或家庭都必须安装漏电保护装置，有的家用电器的插头和用电插座也安装了漏电保护装置。这样，我国乃至全世界使用漏电保护装置的数量是巨大的。漏电保护装置在每个时刻都处于工作状态，尽管每个漏电保护装置的消耗的电能不大(例如小于500mW)，但是，对于如此巨大的市场保有量，所有的漏电保护装置消耗电能是相当大的，所以造成了电能的极大浪费。

为此，降低漏电保护装置的电能消耗成为一项亟需解决的问题。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型提供一种漏电保护装置及用电设备，在漏电保护装置中加入高低压转换装置，以减低电能的消耗。

本实用新型的技术方案是：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种漏电保护装置，包括整流桥堆、漏电保护电路和高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护电路以向漏电保护电路提供电能；

所述高低压转换装置包括判别装置，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置的输出电流。

进一步的，该高低压转换装置还包括启动装置、开关元件和限流装置，所述判别装置包括第一判别装置和第二判别装置；

其中，启动装置的一端连接整流桥堆，启动装置的另一端连接开关元件；

开关元件的一端连接整流桥堆，开关元件的另一端连接电源端；

限流装置的一端连接整流桥堆，限流装置的另一端连接开关元件；

第一判别装置的一端连接整流桥堆，第一判别装置的另一端连接开关元件；

第二判别装置的一端连接电源端，第二判别装置的另一端连接开关元件；

其中，开关元件的输入电压大于第一预设阈值时或开关元件的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述开关元件。

进一步的，所述高低压转换装置还包括稳压装置LDO，该稳压装置LDO的一端连接开关元件，稳压装置LDO的另一端连接漏电保护电路。

进一步的，所述高低压转换装置还包括第三判别装置，该第三判别装置的第一输入端连接电源端，该第三判别装置的第二输入端连接稳压装置LDO，第三判别装置的输出端连接漏电保护电路。

进一步的，所述漏电保护电路包括感应线圈、螺线管、流触点开关、可控硅、漏电检测电路和可控硅驱动电路；

其中，感应线圈连接漏电检测电路；螺线管的一端连接零线，螺线管的另一端连接可控硅；交流触点开关的两个触点分别连接零线和火线；可控硅的另一端接地；漏电检测电路的一端连接高低压转换装置。

进一步的，所述漏电保护电路还包括显示驱动电路，显示驱动电路的一端连接漏电检测电路，显示驱动电路的另一端连接LED灯。

进一步的，所述漏电检测电路包括放大器，该放大器为I/V转换放大器或差分电压放大器。

进一步的，所述漏电检测电路还包括漏电故障信号延时器，用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。

进一步的，所述可控硅驱动电路包括故障信号锁存器，用于锁存故障信号以驱动该漏电保护装置外接的用电设备。

进一步的，所述整流桥堆、漏电保护电路和高低压转换装置全部或部分集成在一个芯片内。

第二方面，本实用新型实施例提供了一种用电设备，该用电设备包括上述任一所述的漏电保护装置。

本实用新型在高低压转换装置的输入电压大于第一预设阈值时或输出电压小于第二预设阈值时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本实用新型漏电保护装置和用电设备的功率消耗。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种漏电保护装置的电路模块示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种漏电保护装置的电路原理示意图；

图3为现有技术中的漏电保护装置实例的电路模块示意图；

图4为现有技术中的漏电保护装置实例的电路原理示意图；

图5为本实用新型实施例提供的一种高低压转换装置的电路原理示意图；

图6为本实用新型实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图；

图7为本实用新型另一实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图；

图8为本实用新型另一实施例提供的一种漏电保护装置的电路模块示意图；

图9为本实用新型另一实施例提供的一种漏电保护装置的电路原理示意图。

其中，110为第一整流桥堆；120为第一漏电保护电路，121为第一感应线圈，122为第一螺线管，123为第一交流触点开关，124为第一可控硅，125为供电电路，126为第一漏电检测电路，127为第一可控硅驱动电路；R₁为第一电阻；

210为第二整流桥堆；220为第二漏电保护电路，221为第二感应线圈，222为第二螺线管，223为第二交流触点开关，224为第二可控硅，225为第二漏电检测电路，226为第二可控硅驱动电路，227为第二显示驱动电路；230为第一高低压转换装置，231为第一启动装置，232为第一开关元件，233为第一限流装置，234为第一判别装置，235为第二判别装置，236为稳压装置LDO，237为第三判别装置；R₂为第二电阻；C₁为电容。

310为第三整流桥堆；320为第三漏电保护电路，321为第三感应线圈，322为第三螺线管，323为第三交流触点开关，324为第三可控硅，325为第三漏电检测电路，326为第三可控硅驱动电路，327为第三显示驱动电路；330为第二高低压转换装置。

具体实施方式

下面结合附图所示的各实施方式对本实用新型进行详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本实用新型的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本实用新型的保护范围之内。

在本说明书以及权利要求书中使用了某些词汇来指称特定的组件，而所属领域中具有通常知识者应可理解。硬件制造商可能会用不同的名词来称呼同一个组件，本说明书与后续的申请专利范围并不以名称的差异作为区分组件的方式，而是以组件在功能上的差异作为区分的准则。在通篇说明书以及权利要求书中所提到的“包括”为一开放式的用语，故应解释成“包括有但不限定于”，此外，“耦接”一词在此是包含任何直接与间接的电性连接手段。因此，若文中描述第一回路耦接于第二回路，则代表所述的第一回路可以直接电性连接在所述的第二回路，或通过其它电阻等元器件间接地连接至所述的第二回路等等。

下面首先对本实用新型实施例中应用的一些简写附图标记进行解释说明。

AC：交流电(例如常规的市电)；

L线：交流电的相线(火线)；

N线：交流电的中性线(零线)；

HV：整流桥堆的输出端/高低压转换装置的输入端；

VCC：高低压转换装置的输出端或供电电路的稳压输出端/漏电检测电路等的电源端；

GND：接地端；

VDD：稳压装置LDO的输出端/漏电检测电路等的另一电源端或偏置；

LVI：第一判别装置的输入端；

OPI：漏电检测电路的反相放大器的输入端；

OPO：漏电检测电路的反相放大器的输出端；

DNI：漏电检测电路的差分放大器的负输入端；

DPI：漏电检测电路的差分放大器的正输出端；

SCRdr：可控硅驱动电路的输出端；

SDr：第三判别装置的输出端或显示驱动电路的输入端；

DRO：显示驱动电路的输出端；

K₁：测试开关。

实施例一漏电保护装置

请参照图1和图2，本实施例的一种漏电保护装置包括第二整流桥堆210、第二漏电保护电路220和第一高低压转换装置230；其中，所述第一高低压转换装置230的输出端耦接第二漏电保护电路220的电源端，用于向第二漏电保护电路220提供电能，该第一高低压转换装置230的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第二整流桥堆210将交流电(市电)经半波或全波整流后的脉动电压HV输出给所述第一高低压转换装置230；

所述第一高低压转换装置230包括判别装置，用于在输入电压大于第一预设阈值时(例如该预设的第一阈值约为50V)或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时(例如该预设的第二阈值约为15V)，断开所述第一高低压转换装置230的输出电流；所述断开所述第一高低压转换装置230的输出电流可以不是完全断开，也可以是将电流降低至微小电流。

其中，所述第二漏电保护电路220包括第二感应线圈221、第二螺线管222、第二交流触点开关223、第二可控硅224、第二漏电检测电路225和第二可控硅驱动电路226，本实施例中的漏电保护电路220的工作原理是所属领域的基本常识，这里不再赘述。

参见图2，其中，第二感应线圈221通过导线耦接第二漏电检测电路225的输入端；第二螺线管222的一端连接零线，第二螺线管222的另一端耦接第二可控硅224的一端；第二交流触点开关223的两个触点分别连接零线和火线；所述第二可控硅224的另一端接地；第二漏电检测电路225的另一个输入端耦接第一高低压转换装置230的输出端。

可选的，所述第二漏电检测电路225包括放大器，该放大器可以为I/V转换放大器，该I/V转换放大器用于放大漏电流感应信号。

可选的，所述第二漏电检测电路225还包括漏电故障信号延时器，该漏电故障信号延时器用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。

可选的，所述第二可控硅驱动电路226包括故障信号锁存器，该故障信号锁存器用于锁存故障信号，以驱动第二螺线管222的连接的不同类型的电路。

可选的，所述第二漏电保护电路220还包括第二显示驱动电路227，第二漏电检测电路225的输出端耦接该第二显示驱动电路227。在电源(包含电源VCC和电源VDD)输出正常时，第二显示驱动电路227的输出端可连接LED灯，用于间隙驱动所述LED灯；当该漏电保护装置的电源VCC或电源VDD发生异常时，第二显示驱动电路227用于驱动LED灯进行报警，即该LED灯停止闪烁。优选的，所述LED灯为绿色LED灯。

结合图3和图4。图3为现有技术中的漏电保护装置实例的电路模块示意图；图4为现有技术中的漏电保护装置实例的电路原理示意图。第一漏电保护电路120的供电是通过第一电阻R₁来降压的。若第一漏电保护电路120的电源电压为13.2V，工作电流为400μA；在交流电的输入电压为50V时，该漏电保护装置可以正常工作，则第一电阻R₁应小于(50V-13.2V)/0.4mA＝92kΩ；在交流电的输入电压为220V时，该漏电保护装置的功率消耗为220V×(220V-13.2V)/92kΩ＝495mW。此时，第一漏电检测电路120的功率消耗为13.2V×(220V-13.2V)/92kΩ＝30mW，而第一电阻R₁上的功率消耗为(220V-13.2V)×(220V-13.2V)/92kΩ＝465mW，通过上述计算，现有技术中的漏电保护装置的功率绝大部分是第一电阻R₁所消耗的。其中，所述第一电阻R₁为限流电阻。

而在本实施例中，参见图2和图5，若在脉动电压HV低于预设的第一阈值(约50V)时并且在第二漏电保护电路220等电源电压小于预设的第二阈值(约15V)时，向第二漏电保护电路220等提供电能；在其余状态下，断开所述第一高低压转换装置230的输入至输出通路，以降低漏电保护装置的功率消耗。

假设第二漏电保护电路220的电源电压为13.2V，工作电流为400μA，在交流电的输入电压为50V时，该第一高低压转换装置230的静态电流为1mA，则本实施例中的漏电保护装置的功率消耗为50V×(1+0.4)mA＝70mW；即使本实施例中的交流电的输入电压为220V时，那么漏电保护装置的功率消耗与输入电压为50V交流电的漏电保护装置的功率消耗也相差不大，至多是第一开关元件232的损耗略有增加。因此，本实施例中的漏电保护装置在交流电为50V～265V时，其功率消耗可以降低至100mW以内，所以本实施例的漏电保护装置的功率消耗极低。

下面将进一步介绍本实施例中的第一高低压转换装置230是如何高效地实现将脉动高电压转换成直流低电压的。参见图5，图5为本实用新型实施例提供的一种高低压转换装置的电路原理示意图。该第一高低压转换装置230包括第一启动装置231、第一开关元件232、第一限流装置233、第一判别装置234和第二判别装置235；

其中，第一启动装置231的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一启动装置231的输出端VA连接第一开关元件232，以用于启动第一开关元件232；

本实施例中的第一启动装置231可通过以下方式实现：在第二整流桥堆210的输出端HV和内部VA节点间连接大电阻(如几MΩ的电阻)，或者采用其它有源限流器件(例如JFET或耗尽型MOSFET等)。

第一开关元件232的输入端HV耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一开关元件232的输出端耦接电源端VCC，该开关元件的开通与关闭受第一判别装置234和第二判别装置235的共同控制；

第一限流装置233的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一限流装置233的输出端耦接第一开关元件232，以用于限制第一开关元件232被开通时流过的电流；

本实施例中，第一限流装置233包括电流采样器、第一比较器和驱动器，第一比较器的输入端连接电流采样器，第一比较器的输出端连接驱动器；其中，电流采样器包括多个串接的电阻，第一比较器用来将串接的电阻上的电压与预先设定的基准电压作比较，当串接的电阻上的电压大于预先设定的基准电压时，第一比较器的输出端电压翻转，翻转后得到的信号输入至驱动器；驱动器的输出端控制第一开关元件232，使第一开关元件232的开关导通程度发生改变。

第一判别装置234的输入端LVI通过外接第二电阻R₂耦接第二整流桥堆210的输出端HV，第一判别装置234的输出端耦接第一开关元件232，这里的第一判别装置234用于判断第一开关元件232的输入电压的大小；其中，第二电阻R₂可为兆级的大电阻，当第一开关元件232的输入电压HV大于第一预设阈值(约50V)时，切断该第一开关元件232；本实施例中，参见图9，第一判别装置234包括分压电阻和第二比较器，第二整流桥堆210的输出端HV端的脉动电压通过R2(R2A和R2B)与分压电阻分压后得到LVI端电压，该LVI端电压连接第二比较器的一个输入端，第二比较器的另一输入端连接预先设定的某一基准电压端，第二比较器的输出端连接第一开关元件232，当LVI端电压大于预先设定的基准电压时，第二比较器的输出端电压翻转，从而来控制第一开关元件232。

第二判别装置235的输入端耦接电源端VCC，第二判别装置235的输出端耦接第一开关元件232，这里的第二判别装置235用于判断第一开关元件232的输出电压VCC的大小，当第一开关元件232的输出电压VCC大于第二预设阈值(约15V)时，切断该第一开关元件232；

本实施例中，第二判别装置235包括第三比较器，电源端VCC连接第三比较器的一个输入端，第三比较器的另一个输入连接预先设定的基准电压端(如15V左右)，第三比较器的输出端连接第一开关元件232；当输出电压VCC大于预先设定的某一基准电压时，第三比较器的输出端电压翻转，从而来控制第一开关元件232。

进一步的，所述第一高低压转换装置230还包括稳压装置LDO 236(该LDO236为具有抗反向电流的稳压装置)，所述稳压装置LDO 236用于产生另一路恒定电压VDD，该稳压装置LDO 236的输入端耦接第一开关元件232的输出端，稳压装置LDO 236的输出端耦接第二漏电保护电路220的VDD，为第二漏电保护电路220提供电源或偏置电压。

现有技术中，一般电源VDD的输出电压精度小于±1.0％，纹波幅度小于50mVrms；而本实施例中电源VCC的输出电压精度小于±10％，纹波幅度小于2Vrms，所以，电源VCC只能用于对电源电压的精度和纹波幅度要求不高的功能装置，如应用于运放比较器和驱动器等，在第一高低压转换装置230中设置稳压装置LDO 236，可以产生比现有技术中输出电压更小、精度更高且纹波幅度更小的恒定电压VDD。

进一步的，所述第一高低压转换装置230还包括第三判别装置237；该第三判别装置237的第一输入端耦接电源端VCC，该第三判别装置237的第二输入端耦接稳压装置LDO236的输出端，第三判别装置237的输出端耦接第二显示驱动电路227，该第三判别装置237用来确定第一高低压转换装置230的输出电压或稳压装置LDO 236的输出电压的大小，以判断第一高低压转换装置230的输出电压或稳压装置LDO 236的输出电压是否正常，若发生异常，则该漏电保护装置进行报警；

本实施例中，第三判别装置237包括第一窗口比较器和第二窗口比较器，其中：

第一窗口比较器的输入端连接电源端VCC，第一窗口比较器的输出端连接第二显示驱动电路227，第一窗口比较器用与比较输出电压VCC是否在预设的电压范围内(例如:10～18V)，若不在预设的电压范围内，则第一窗口比较器的电压翻转，将翻转后的信号输入第二显示驱动电路227，该第二显示驱动电路227进行报警；

第二窗口比较器的的输入端连接接稳压装置LDO 236的输出端，第二窗口比较器的输出端连接第二显示驱动电路227，用于比较LDO输出电压VDD是否在预设的范围内(例如：3.6～5.5V)，若不在预设的电压范围内，则第二窗口比较器的电压翻转，将翻转后的信号输入第二显示驱动电路227，该第二显示驱动电路227驱动LED灯报警。

可以理解的是，可以将上述所述的第二整流桥堆210、第二漏电保护电路220和第一高低压转换装置230集成在一个芯片内或多个芯片内，在本实用新型中不做限制。

图6为本实用新型实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图。该图显示了第二整流桥堆210将交流电(市电)经全波整流后的脉动电压输入第一高低压转换装置230后所获得的工作波形图；

图7为本实用新型另一实施例提供的一种高低压转换装置的工作波形示意图。该图显示了第二整流桥堆210将交流电(市电)经半波波整流后的脉动电压输入第一高低压转换装置230后所获得的工作波形图。

本实施例中的漏电保护装置，其中的第二整流桥堆210和第一高低压转换装置230为第二漏电保护电路220等提供电能，其中，第一高低压转换装置230输出端耦接第二漏电保护电路220等的电源端，第一高低压转换装置230的输入端耦接第二整流桥堆210的输出端，由交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压；第一高低压转换装置230的判别装置，用于在第一高低压转换装置230的输入电压大于第一预设阈值时或第一高低压转换装置230的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述第一高低压转换装置230的输出电流，以切断第一高低压转换装置230的输入至输出通路。因此，该漏电保护装置在交流电幅值小于第一预设阈值(例如约50V)或输出电压小于第二预设阈值(例如约15V)时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向第一高低压转换装置的输出端并连接电容C1充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本实施例中的漏电保护装置的功耗。

在另一实施例中，还提供了一种漏电保护装置，请参考图8和图9，该漏电保护装置包括第三整流桥堆310、第三漏电保护电路320和第二高低压转换装置330；其中，该第二高低压转换装置330包括第三感应线圈321、第三螺线管322，第三交流触点开关323、第三可控硅324、第三漏电检测电路325、第三可控硅驱动电路326和第三显示驱动电路327；该实施例的各电路或电子元器件的连接方式与上一个实施例基本一致，不同之处在于：本实施例中的第三漏电检测电路325中的放大器为差分电压放大器，该差分电压放大器同样可以用于放大漏电流感应信号，在此不再具体赘述。

实施例二用电设备

本实施例提供了一种用电设备，该用电设备包括实施例一所述的漏电保护装置，该漏电保护装置，的具体连接方式和工作原理与实施例一相一致，在此不再赘述。

本实用新型的有益效果：

本实用新型利用高低压转换装置的输出端耦接漏电保护电路的电源端，高低压转换装置的输入端耦接整流桥堆的输出端，由交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压；所述高低压转换装置包括判别装置，用于在输入电压大于第一预设阈值时或高低压转换装置的输出电压大于第二预设阈值时，断开所述高低压转换装置，以切断该高低压转换装置的输入至输出通路。因此，本实用新型在高低压转换装置的输入电压小于第一预设阈值时或输出电压小于第二预设阈值时，交流电(市电)经半波或全波整流后输出的脉动电压才向高低压转换装置的输出端并向连接电容充电，其余时间不充电，从而极大地降低了本实用新型漏电保护装置和用电设备的功率消耗。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型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实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种漏电保护装置，包括整流桥堆和漏电保护电路，其特征在于，还包括高低压转换装置；其中，高低压转换装置的一端连接整流桥堆，高低压转换装置的另一端连接漏电保护电路以向漏电保护电路提供电能；

2.根据权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，该高低压转换装置还包括启动装置、开关元件和限流装置，所述判别装置包括第一判别装置和第二判别装置；

3.根据权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述高低压转换装置还包括稳压装置LDO，该稳压装置LDO的一端连接开关元件，稳压装置LDO的另一端连接漏电保护电路。

4.根据权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述高低压转换装置还包括第三判别装置，该第三判别装置的第一输入端连接电源端，该第三判别装置的第二输入端连接稳压装置LDO，第三判别装置的输出端连接漏电保护电路。

5.根据权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述漏电保护电路包括感应线圈、螺线管、流触点开关、可控硅、漏电检测电路和可控硅驱动电路；

6.根据权利要求5所述的漏电保护装置，其特征在于，所述漏电保护电路还包括显示驱动电路，显示驱动电路的一端连接漏电检测电路，显示驱动电路的另一端连接LED灯。

7.根据权利要求5所述的漏电保护装置，其特征在于，所述漏电检测电路包括放大器，该放大器为I/V转换放大器或差分电压放大器。

8.根据权利要求5所述的漏电保护装置，其特征在于，所述漏电检测电路还包括漏电故障信号延时器，用于根据不同的漏电故障实现不同的从故障发生到断电的时间。

9.根据权利要求5所述的漏电保护装置，其特征在于，所述可控硅驱动电路包括故障信号锁存器，用于锁存故障信号以驱动该漏电保护装置外接的用电设备。

10.根据权利要求1-9任一项所述的漏电保护装置，其特征在于，所述整流桥堆、漏电保护电路和高低压转换装置全部或部分集成在一个芯片内。

11.一种用电设备，其特征在于，该用电设备包括权利要求1-10任一项所述的漏电保护装置。