CN101083393A - 接地故障断路器的控制电路 - Google Patents

Abstract

一种接地故障断路器的控制电路，包括用于连接电源端和负载端并传输交流电的负载连接电路、漏电检测电路、脱扣控制电路和脱扣电路，所述接地故障断路器的控制电路还包括自诊电流产生电路、自诊显示电路和第一开关管，当所述输入的交流电处于正半周时，所述脱扣电路和自诊显示电路中的一个导通，当所述输入的交流电处于负半周时，所述脱扣电路和自诊显示电路中的另一个导通，因此无需人工提供仿真信号即能自行诊断控制电路是否具有漏电保护功能，及时反馈使用中的断路器的好坏情况。

Description

接地故障断路器的控制电路

技术领域

本发明主要涉及一种漏电故障保护装置的控制电路，尤其涉及一种接地故障断路器的控制电路。

背景技术

漏电故障保护装置能有效防止人身触电以及火灾事故，尤其是接地故障断路器，不仅带有漏电保护功能，还可以带有中性接地故障保护功能，因而受到广泛应用。

由于漏电故障保护装置自身也有可能出现故障，如内部元器件使用寿命的终止，导致漏电保护功能的丧失，在这种情况下，如果继续使用该装置的话就有可能出现人身触电或火灾事故。

为此，有些接地故障断路器的生产厂商开始设计开发具有自诊功能的接地故障控制器控制电路，从而诊断控制电路中的漏电保护装置是否完好、是否仍具有漏电保护功能，如专利号为US6,952,150的美国专利，其带有指示断路器寿命终止的自诊电路。然而，由于此自诊电路是耦合在测试电路里的，需要人工提供仿真信号，不能自动诊断，因而不能及时反映使用中的断路器的好坏情况，没有真正起到自诊功能。

另外，由于自诊电路本身也有可能出现故障，如内部元器件使用寿命的终止导致自诊功能的丧失。在这种情况下，有可能出现漏电保护功能已经丧失而自诊电路仍显示具有漏电保护功能的情况。如果继续使用该装置的话就有可能出现人身触电或火灾事故。

发明内容

本发明提供一种接地故障断路器的控制电路，其无需人工提供仿真信号即能自行诊断控制电路是否具有漏电保护功能，及时反馈使用中的断路器的好坏情况。

为达到上述目的，本发明的技术方案是，一种接地故障断路器的控制电路，它具有漏电保护功能，其包括负载连接电路，用于连接电源端Line和负载端Load并传输交流电；漏电检测电路，包括检测线圈N1，检测线圈N1用于将通过其中的磁通量变化量转换成感应电势输出，所述负载连接电路的导线穿过所述检测线圈N1；脱扣电路，包括脱扣线圈J，所述脱扣线圈J用于将电流转化为电磁力；脱扣控制电路，所述脱扣控制电路电连接在漏电检测电路和脱扣线圈J之间，所述脱扣控制电路用于将输入的电信号与一预设值进行比较，当输入的电信号大于所述预设值时，所述脱扣控制电路的输出端输出有效电平；  所述接地故障断路器的控制电路还包括自诊电流产生电路，所述自诊电流产生电路的至少一端耦接至所述负载连接电路且自诊电流产生电路的导线从所述检测线圈N1中穿过；自诊显示电路，用于显示漏电保护功能是否完好；第一开关管，所述第一开关管具有至少两个连接端和控制所述连接端导通和关断的控制端，所述第一开关管的控制端耦接至所述脱扣控制电路的输出端，所述脱扣电路和自诊显示电路分别连接至第一开关管的连接端；当所述输入的交流电处于正半周时，所述脱扣电路和自诊显示电路中的一个导通，当所述输入的交流电处于负半周时，所述脱扣电路和自诊显示电路中的另一个导通。

所述接地故障断路器的控制电路还包括用于在自诊显示电路完成显示后断开自诊显示电路的自诊终止电路，所述自诊终止电路包括三极管Q。

所述自诊显示电路包括光耦OC，所述光耦OC的输出端连接有第二开关管SCR2，所述第二开关管SCR2具有至少两个连接端和控制所述连接端导通和关断的控制端，所述第二开关管SCR2的控制端耦接至光耦OC的输出端。

所述接地故障断路器的控制电路还包括寿命终止指示电路，所述寿命终止指示电路连接在第二开关管SCR2的两个连接端之间。

所述三极管Q具有基极，所述三极管Q的基极耦接至所述第二开关管SCR2的一个连接端，第二开关管SCR2的另一个连接端接地。

所述自诊电流产生电路包括二极管D6和电阻R9，所述三极管Q还具有集电极和发射极，所述二极管D6和电阻R9之间串接后一端连接至负载连接电路，另一端连接至三极管Q的集电极或发射极。

所述自诊显示电路包括电阻R6、电容C8、二极管D7和光耦OC，所述电阻R6、电容C8、二极管D7串接后再电连接在所述第一开关管的两个连接端之间，所述光耦OC并联在二极管D7的两端。

所述脱扣电路中电连接有二极管D6。

所述寿命终止指示电路包括电阻R10和发光二极管LED1，所述发光二极管LED1和电阻R10之间串接后再电连接在所述第二开关管SCR2的两个连接端之间，所述第二开关管SCR2的两个连接端之间还并联有电容C7。

本发明的技术方案与现有技术相比，其优点如下：

1、由于其控制电路中带有自诊电流产生电路，自诊电流产生电路在输入的交流电处于正半周或负半周上的任一个时从负载连接电路上自动的提取一定电流作为人为故障电流，施加于检测线圈N1上，因此无需人工提供仿真信号即能自行进行自诊；

2、由于其控制电路中带有自诊终止电路，因此只要当自诊显示电路中的光耦OC发光，光耦OC输出的电流即会导通第二开关管SCR2，使得三极管Q的基极上没有了偏置电压，导致导通状态的三极管Q关断，自诊电路停止工作，到交流电的下个周期，自诊显示电路又开始自动重复工作，这样在交流电的一个周期内，接地故障断路器的控制电路仅自诊一次，避免重复工作造成的大功耗；

3、由于其控制电路中带有寿命终止指示电路，因此当控制电路中由于器件老化、击穿等原因造成漏电保护失效，或者自诊显示电路本身出了问题时，自诊显示电路中的光耦就不发光，因而其输出端没有电流输出，也就不会导通第二开关管SCR2，原本被第二开关管SCR2短路的寿命终止指示电路上有了电压降，导致发光二极管LED1发光，即表明，该接地故障断路器的控制电路已经老化失灵，必须尽快更换，进一步保护了使用者的用电安全。

附图说明

附图1为本发明所述接地故障断路器的控制电路的电路图一；

附图2为本发明所述接地故障断路器的控制电路的电路图二；

附图3为本发明所述接地故障断路器的控制电路的电路图三；

附图4为本发明所述接地故障断路器的控制电路的电路图四；

附图5为本发明所述接地故障断路器的控制电路的电路图五；

附图6为本发明所述接地故障断路器的控制电路的方块示意图。

具体实施方式

如附图6所示为本发明所述接地故障断路器的控制电路的方块示意图。其包括负载连接电路20，用于连接电源端Line和负载端Load并传输交流电；漏电检测电路15，包括检测线圈N1，检测线圈N1用于将通过其中的磁通量变化量转换成感应电势输出，所述负载连接电路20的导线穿过所述检测线圈N1；脱扣控制电路16，所述脱扣控制电路16电连接至漏电检测电路15，所述脱扣控制电路16用于将输入的电信号与一预设值进行比较，当输入的电信号大于所述预设值时，所述脱扣控制电路16的输出端输出有效电平；脱扣电路23，包括脱扣线圈J，所述脱扣线圈J连接至脱扣控制电路16并将电流转化为电磁力；自诊电流产生电路21，所述自诊电流产生电路21的至少一端耦接至所述负载连接电路20且自诊电流产生电路21的导线从所述检测线圈N1中穿过；自诊显示电路17，用于显示漏电保护功能是否完好；第一开关管22，所述第一开关管22具有至少两个连接端和控制所述连接端导通和关断的控制端，所述第一开关管22的控制端耦接至所述脱扣控制电路16的输出端，所述脱扣电路23和自诊显示电路17分别连接至第一开关管22的连接端；当所述输入的交流电处于正半周时，所述脱扣电路23和自诊显示电路17中的一个导通，当所述输入的交流电处于负半周时，所述脱扣电路23和自诊显示电路17中的另一个导通。本实施例中，第一开关管22为可控硅SCR1。

所述接地故障断路器的控制电路还可以包括用于在自诊显示电路17完成显示后断开自诊显示电路17的自诊终止电路18。

所述接地故障断路器的控制电路还可以包括寿命终止指示电路19，若自诊显示电路17发生故障或漏电保护功能失灵，所述寿命终止指示电路19即发光。

如附图1至附图5所示，检测线圈N1、电容C0、电容C1、电阻R3等构成一个漏电检测电路15，负载连接电路20的两根导线穿过所述检测线圈N1，检测线圈N1的输出端并联电容C0，一端串联电容C1，C1另一端与电阻R3串接。

集成放大芯片IC，电阻R1，电容C4构成脱扣控制电路16。集成放大芯片IC是接地故障断路器专用的集成放大芯片，此处以RV4145来说明。R3的另一端与集成放大芯片IC的一个输入端1脚连接，检测线圈N1的另一端与集成放大芯片IC的另一输入端3脚连接构成变压器耦合差动输入电路。其中，R1为反馈电阻，其一端与集成放大芯片IC脚1连接，另一端与集成放大芯片IC输出端7脚连接，R1阻值大小决定集成放大芯片IC放大倍数，即决定接地故障断路器脱扣动作故障电流值的大小。集成放大芯片集成放大芯片IC的触发端5脚连接可控硅SCR1的控制极，抗干扰电容C4并联在可控硅SCR1控制极与地之间。

脱扣电路23包括脱扣线圈J和二极管D6。可控硅SCR1的阳极连接脱扣线圈J的一端、脱扣线圈J的另一端通过二极管D6与接地故障断路器的电源端Line连接，可控硅SCR1阴极接地。

对负载连接电路20进行漏电保护检测时，检测线圈N1检测其中通过的磁通量的变化并转换为感应电势，平时无故障电流时电流矢量和为零，当有故障电流时，此矢量和不为零，即产生磁通量的变化。检测线圈N1就会感应出相应的电压信号，此信号经集成放大芯片IC放大，当此信号达到由电阻R1确定的设定阀值时，集成放大芯片IC的触发端5脚输出触发信号，使可控硅SCR1导通，脱扣线圈J带电并将电流转化为电磁力，吸引脱扣器在规定时间内脱扣，接地故障断路器断开。

自诊电流产生电路21包括二极管D8和电阻R9。电阻R6、电容C8、二极管D7、光耦OC构成自诊显示电路17。三极管Q、电阻R8构成自诊终止电路18。自诊电流产生电路21中的二极管D8和电阻R9之间为串联，且其一端穿过检测线圈N1，二极管D8的另一端与负载连接电路20中的导线相连，R9的另一端与三极管Q集电极相连，三极管Q的发射极接地，三极管Q的基极与电阻R8相连，R8的另一端与光耦OC的输出端的集电极、可控硅SCR2的阳极和电容C7、电阻R10的一端相连，光耦OC的发射极与可控硅SCR2的控制极相连，光耦OC的输入端并接一二极管D7，D7一端接地，另一端与电容C8相连，C8的另一端与电阻R6相连，R6的另一端接在可控硅SCR1的阳极上。自诊电流产生电路21给接地故障断路器的控制电路自动提供了一个人为的故障检测信号，只要该控制电路加上电，接地故障断路器就开始自诊，不用再手动去测试电路是否正常；为了不影响到该控制电路的正常工作，也就是接地故障断路器的正常脱扣，通过在脱扣线圈的一端串接一个二极管D6和穿过检测线圈N1中心的导线串接一个二极管D8，把漏电流引起的正常脱扣信号和自诊时的人为故障信号分开在电源的正负半周上，若一个被定位在负半周上，那么另一个就定位在正半周上，本实施例中以故障电流引起的正常脱扣信号定位在电源的负半周上而自诊电路上的人为故障信号被定位在电源的正半周上来说明。如图1所示，在电源的正半周，人为故障电流经过检测线圈N1中心、电阻R9和三极管Q形成一个回路，电阻R9限制此故障电流的大小，这样检测线圈N1两端马上感应出相应的感应电压并输入给脱扣控制电路16，经放大后达到设定阀值，脱扣控制电路16的触发端5脚输出一个触发信号给可控硅SCR1，使其导通，可控硅SCR1一旦导通，电容C8与电阻R6、可控硅SCR1和光耦OC的输入端形成一个回路。由于在交流电的负半周时，电容C8完成了充电过程，因此其上端积累了一定正电荷，下端积累负电荷。而当交流电出于正半周时，电容C8就会进行放电，致使光耦OC导通。此时，由于二极管D6的作用，脱扣电路23不会导通，脱扣线圈J不会触发脱扣器。光耦OC的输出端连接有第二开关管SCR2，第二开关管SCR2为可控硅。光耦OC导通后，其输出端的发射极上输出一个触发信号给可控硅SCR2，使得可控硅SCR2也跟着导通，可控硅SCR2一旦导通，三极管Q的基极上就没有了偏置电压，导致导通状态的三极管Q关断，即停止自诊。到交流电的下个周期的正半周，又开始自动重复进行自诊。电容C8的一端串接一个二极管D7，这样既不会影响到电容C8在电源的负半周正常充电，又不会影响到在电源正半周光耦OC的正常工作。本发明充分利用了电源的正负半周的特点，既达到了自诊的功能，又不会影响到正常的脱扣，而在此自诊电路里又利用了三极管的开关作用，使得所述的自诊电路里的人为故障信号只能在正半周里设定一个小段时间里，这样即便检测电路响应稍微有所延时，也不会影响到正常脱扣的负半周上去。本领域的技术人员很容易想到，本发明也可以设置成电源正半周正常脱扣，电源负半周上提供自诊故障检测信号。

电容C7、电阻R10和二极管LED1构成一个寿命终止指示电路19。当断路器的控制电路正常进行自诊时，光耦OC也正常工作，光耦OC的输出端的发射极提供一个触发信号给可控硅SCR2，使得可控硅SCR2一直导通，故障指示灯发光二极管LED1相当于被短路了，因此正常情况下故障指示灯发光二极管LED1不亮。当控制电路有故障时，比如某些主要的电子元器件坏了，或者漏电保护功能丧失了，就会导致光耦OC不工作，光耦OC不工作，可控硅SCR2就会从导通状态变成截止状态，这样，本可通过可控硅SCR2形成回路的，只得经过故障指示灯发光二极管LED1形成回路，使得故障指示灯发光二极管LED1发亮，提醒使用者即及时更换所使用的接地故障断路器。如图1中所示，如果D6或脱扣线圈J断路了，在电源的负半周，电容C8就不能充电，这样，电源正半周自诊检测时，电容C8放不了电或充不了电，因此可控硅SCR2也关断，故障指示灯发光二极管LED1发亮；如果检测线圈N1坏了，那么自诊时，就感应不到相应的信号这样可控硅SCR1不导通，电容C8放不了电，光耦OC不工作，致使可控硅SCR2也关断，故障指示灯发光二极管LED1发亮；如果IC放大电路坏了，检测线圈N1感应出来的故障信号就不能被放大，可控硅SCR2坏了，同样的道理，故障指示灯LED1发亮。如果三极管Q断路了，自诊电路不工作，那么可控硅SCR2就不导通，因而故障指示灯发光二极管LED1也发亮。总之，如果本发明的控制电路失去漏电保护功能时，寿命终止指示灯发光二极管LED1就会发亮，提醒使用者更换正使用的保护装置，确保了安全性。

本发明所述的控制电路还可以附加其它重要功能。如图1至图5中，测试开关TEST、测试电阻R0构成一个测试电路；其中，测试电阻R0与电源端连接，R0另一端与测试开关TEST连接，测试开关另一端与负载Load的另一端连接。测试电路是给接地故障断路器提供8mA左右的故障电流，定期检查接地故障断路器的工作状态。

复位开关RESET、断路开关K、电阻R4、电容C5、电阻R5、二极管D5、可控硅SCR1、脱扣线圈J等构成一个复位控制电路。其中可控硅SCR1为可控硅，断路开关K与R2相连，断路开关K另一端与R4、C6相连接，R4、C6另一端与可控硅SCR1的控制极相连，在可控硅SCR1控制极串接一个电容C4，此电容起抗干扰作用；可控硅SCR1阳极与脱扣线圈J的一端相连，脱扣线圈J的另一端通过串接一个二极管D6再与接地故障断路器电源相连。复位开关RESET一端与电源端Line连接，另一端与负载端Load连接。此复位开关RESET可以设置成至少与一个负载相连；复位控制电路的电源与接地故障断路器控制电路同时带电。当断路开关K被接通时，直流电源通过电容C6充电在R4产生一个触发信号，此信号使可控硅SCR1导通，脱扣线圈J被人为地通电，产生一个瞬间的电磁力，使断路器里的脱扣器动作，致使复位开关RESET闭合，即接地故障断路器处于复位状态。利用电容C6的充放电，来确保断路开关K每闭合一次，控制脱扣线圈J的可控硅SCR1只能触发一次，这样脱扣线圈J就不会因长期导通而被烧坏；复位控制电路被置成与脱扣控制电路共同使用一个可控硅SCR1，这样使接地故障增加了反接线保护的功能，同时也没有造成太多的成本提高。

中性接地保护线圈N2、电容C2、电容C3构成一个中性接地故障保护电路。负载连接电路20的两根导线穿过中性接地保护线圈N2。中性线圈N2两端与电容C2并联，其一端与电容C3连接，另一端接地，电容C3另一端与集成放大芯片IC输出端7脚连接。中性误接地保护由N1、N2构成变压器耦合金额相应振荡频率地正弦波振荡器，当有中性接地故障现象发生时，此振荡器起振，当振幅达到集成放大芯片IC设定阀值时，集成放大芯片IC的触发端5脚输出触发信号，脱扣起动作，接地故障断路器断开。

电源端并联压敏电阻Mov，当电源中突然有高压电时，可瞬间吸收高电压，起到保护作用。

当反接线时，电源于负载Load端相连，这样在复位开关RESET没有闭合之前，控制电路是不带电的，因此断路开关就不能闭合，可控硅SCR1不能受人为故障触发而导通，也就是说在这种情况下，脱扣线圈J不能受人为故障触发而导通，也就是说在这种情况下，脱扣线圈J不能产生一个相应的电磁力来作用于接地故障断路器的脱扣器，接地故障断路器不能复位，因此接地故障断路器就不会通电，从而达到了反接线保护功能。

本发明的接地故障断路器的控制电路也可以设置成只有一个负载端输出，如图3所示，这样结构的控制电路往往可以用在插头形式的接地故障断路器上。

本发明的接地故障断路器的控制电路稍作修改，就可以改成别的漏电保护装置的控制电路，如图4所示，可以用在只有漏电保护功能的插座形式的漏电保护电器上，它也有反接线保护功能，输出至少可以带一个负载以上。如图5所示，往往可以用在只有漏电保护功能的插头形式的漏电保护器上，像ALCI、LCDI之类插头形式的漏电保护断路器，既有漏电故障保护功能，也带有寿命终止自诊功能和寿命终止指示功能，突破了以往的漏电保护装置不能寿命终止响应的缺点，大大提高了漏电保护装置的安全性能。

综上所述，本发明所提供接地故障断路器的控制电路不但具有漏电故障保护功能，还可以具有反接线保护功能、中性接地故障保护功能，自诊功能和寿命终止指示功能，大大提高了产品的安全性能。

以上所述的仅是本发明的基本特征，在此领域的技术人员可以对所述的实施例作出多种修改和/或变更应视为属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1、一种接地故障断路器的控制电路，它具有漏电保护功能，其包括

负载连接电路(20)，用于连接电源端Line和负载端Load并传输交流电；

漏电检测电路(15)，包括检测线圈N1，检测线圈N1用于将通过其中的磁通量变化量转换成感应电势输出，所述负载连接电路(20)的导线穿过所述检测线圈N1；

脱扣电路(23)，包括脱扣线圈J，所述脱扣线圈J用于将电流转化为电磁力；

脱扣控制电路(16)，所述脱扣控制电路(16)电连接在漏电检测电路(15)和脱扣线圈J之间，所述脱扣控制电路(16)用于将输入的电信号与一预设值进行比较，当输入的电信号大于所述预设值时，所述脱扣控制电路(16)的输出端输出有效电平；

其特征在于：

所述接地故障断路器的控制电路还包括

自诊电流产生电路(21)，所述自诊电流产生电路(21)的至少一端耦接至所述负载连接电路(20)且自诊电流产生电路(21)的导线从所述检测线圈N1中穿过；

自诊显示电路(17)，用于显示漏电保护功能是否完好；

第一开关管(22)，所述第一开关管(22)具有至少两个连接端和控制所述连接端导通和关断的控制端，所述第一开关管(22)的控制端耦接至所述脱扣控制电路(16)的输出端，所述脱扣电路(23)和自诊显示电路(17)分别连接至第一开关管(22)的连接端；当所述输入的交流电处于正半周时，所述脱扣电路(23)和自诊显示电路(17)中的一个导通，当所述输入的交流电处于负半周时，所述脱扣电路(23)和自诊显示电路(17)中的另一个导通。

2、根据权利要求1所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述接地故障断路器的控制电路还包括用于在自诊显示电路(17)完成显示后断开自诊显示电路(17)的自诊终止电路(18)，所述自诊终止电路(18)包括三极管Q。

3、根据权利要求2所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述自诊显示电路(17)包括光耦OC，所述光耦OC的输出端连接有第二开关管SCR2，所述第二开关管SCR2具有至少两个连接端和控制所述连接端导通和关断的控制端，所述第二开关管SCR2的控制端耦接至光耦OC的输出端。

4、根据权利要求3所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述接地故障断路器的控制电路还包括寿命终止指示电路(19)，所述寿命终止指示电路(19)连接在第二开关管SCR2的两个连接端之间。

5、根据权利要求3所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述三极管Q具有基极，所述三极管Q的基极耦接至所述第二开关管SCR2的一个连接端，第二开关管SCR2的另一个连接端接地。

6、根据权利要求5中的所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述自诊电流产生电路(21)包括二极管D6和电阻R9，所述三极管Q还具有集电极和发射极，所述二极管D6和电阻R9之间串接后一端连接至负载连接电路(20)，另一端连接至三极管Q的集电极或发射极。

7、根据权利要求1所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述自诊显示电路(17)包括电阻R6、电容C8、二极管D7和光耦OC，所述电阻R6、电容C8、二极管D7串接后再电连接在所述第一开关管(22)的两个连接端之间，所述光耦OC并联在二极管D7的两端。

8、根据权利要求1所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述脱扣电路(23)中电连接有二极管D6。

9、根据权利要求4所述的接地故障断路器的控制电路，其特征在于：所述寿命终止指示电路(19)包括电阻R10和发光二极管LED1，所述发光二极管LED1和电阻R10之间串接后再电连接在所述第二开关管SCR2的两个连接端之间，所述第二开关管SCR2的两个连接端之间还并联有电容C7。

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