申请/专利权人：苏州益而益电器制造有限公司

申请日：2017-04-01

公开（公告）日：2024-04-19

公开（公告）号：CN108666972B

主分类号：H02H3/32

分类号：H02H3/32;H02H3/04

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.19#授权;2018.11.09#实质审查的生效;2018.10.16#公开

摘要：本发明公开了一种漏电保护装置，其包括：开关模块，其耦接在输入端和输出端之间，开关模块用于控制输入端和输出端之间的电力连接；漏电流检测模块，其包括开关驱动部件，并且漏电流检测模块根据开关驱动部件的工作周期和是否检测到漏电流信号来控制开关模块；以及第一自检模块，其耦接至漏电流检测模块并且周期性地产生用于模拟漏电流信号的自检脉冲信号，其中，第一自检模块包括：相互耦接的周期计时电路和自检脉冲信号电路，周期计时电路用于控制自检脉冲信号产生的间隔。通过实施本发明的技术方案，能够极大地提升电路的安全性。

主权项：1.一种漏电保护装置，其特征在于，包括：开关模块，其耦接在输入端和输出端之间，所述开关模块用于控制所述输入端和所述输出端之间的电力连接；漏电流检测模块，其包括开关驱动部件，并且所述漏电流检测模块根据所述开关驱动部件的工作周期和是否检测到漏电流信号来控制所述开关模块；以及第一自检模块，其耦接至所述漏电流检测模块并且周期性地产生用于模拟所述漏电流信号的自检脉冲信号，其中，所述第一自检模块包括：相互耦接的周期计时电路和自检脉冲信号电路，所述周期计时电路用于控制所述自检脉冲信号产生的间隔，其中，所述自检脉冲信号电路包括开关管，所述周期计时电路耦接至所述开关管并控制所述开关管是否导通，从而通过使得所述开关管导通来产生所述自检脉冲信号，并且所述周期计时电路中的计时元件通过所述漏电流检测模块经由第一放电支路进行放电，所述自检脉冲信号电路还包括与所述开关管串联连接的分流基准源，所述周期计时电路耦接至所述分流基准源以控制所述开关管是否导通；并且其中，所述第一自检模块和所述开关驱动部件分别工作在交流电的不同的半周中，并且，所述第一放电支路与所述漏电流检测模块中的放电支路不同。

全文数据：漏电保护装置技术领域[0001]本发明属于电气领域，尤其涉及一种具备自检功能的漏电保护装置。背景技术[0002]目前，越来越多的家庭或工业用电器在各个领域中被采用。为了用电安全，人们虽然在电网输出端或者在一些家用电器的输入端安装有漏电保护器，而且在醒目的位置标有“使用前进行试验”来督促使用者测试漏电保护器的功能是否正常。但在使用中，因使用的环境不同或安装等因素，即使人们对漏电保护器进行了使用前试验的操作，漏电保护器仍然存在使用过程中丧失漏电保护的可能性，从而导致危险的情况发生。例如，水箱中的电热管因长期的浸在水中导致生锈或者绝缘层损坏，那么产生的漏电就会随着水导电，假如这时有人在淋浴，人就会触电，导致人身伤害。[0003]因此，亟需一种具备自检功能的漏电保护装置。发明内容[0004]针对以上问题，本发明提出了一种同时具备自检功能和漏电检测的漏电保护器，进而提升产品安全性。[0005]本发明提出了一种漏电保护装置，其包括:开关模块，其耦接在输入端和输出端之间，所述开关模块用于控制所述输入端和所述输出端之间的电力连接;漏电流检测模块，其包括开关驱动部件，并且所述漏电流检测模块根据所述开关驱动部件的工作周期和是否检测到漏电流信号来控制所述开关模块；以及第一自检模块，其耦接至所述漏电流检测模块并且周期性地产生用于模拟所述漏电流信号的自检脉冲信号，其中，所述第一自检模块包括:相互耦接的周期计时电路和自检脉冲信号电路，所述周期计时电路用于控制所述自检脉冲信号产生的间隔。[0006]在一实施方式中，所述自检脉冲信号电路包括开关管，所述周期计时电路耦接至所述开关管并控制所述开关管是否导通，从而通过使得所述开关管导通来产生所述自检脉冲信号，并且所述周期计时电路中的计时元件通过所述漏电流检测模块进行放电或通过所述漏电流检测模块经由第一放电支路进行放电。[0007]在一实施方式中，所述第一自检模块和所述开关驱动部件分别工作在交流电的两个半周中。[0008]在一实施方式中，所述自检脉冲信号电路还包括与所述开关管串联连接的分流基准源，所述周期计时电路耦接至所述分流基准源以控制所述开关管的是否导通。[0009]在一实施方式中，所述第一自检模块包括电源模块，所述电源模块用于为所述自检脉冲信号电路和或所述周期计时电路供电。[0010]在一实施方式中，当所述电源模块仅为所述自检脉冲信号电路供电时，所述周期计时电路直接耦接至漏电检测环以取电。[0011]在一实施方式中，所述第一自检模块和所述开关驱动部件工作在交流电的同一半周中，并且所述周期计时电路中的计时元件通过所述第一放电支路进行放电。[0012]在一实施方式中，所述第一放电支路先于所述漏电检测器中的放电支路而导通。[0013]在一实施方式中，所述自检脉冲信号电路还包括运算放大器，所述运算放大器的输出端耦接至所述开关管，同相端耦接至偏置电路，反相端耦接至所述周期计时电路。[0014]在一实施方式中，所述自检脉冲信号电路还包括与所述开关管串联的发光元件。[0015]在一实施方式中，漏电保护装置还包括第二自检电路，所述第二自检电路包括电阻、复位按钮以及穿过漏电检测环的电线，当所述复位按钮被按下时，所述电线上产生模拟的漏电流信号。[0016]在一实施方式中，所述周期计时电路经由稳压元件耦接至所述开关管，从而延长所述自检脉冲信号的产生间隔。[0017]在一实施方式中，漏电保护装置还包括与所述计时元件并联的稳压元件。[0018]在一实施方式中，所述第一放电支路耦接至漏电流检测模块中的漏电检测芯片的输出端[0019]本发明通过在漏电保护装置中增添了自检电路1、2,不仅能够在使用前进行测试装置是否故障，还能够在漏电保护装置工作的过程中，周期性地自动检测漏电保护功能，并提供给用户相应的指示，极大地提升了电路的安全性。附图说明[0020]参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。[0021]图1示出了根据本发明第一实施例的漏电保护装置的架构示意图；[0022]图2示出了根据本发明第二实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0023]图3示出了根据本发明第三实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0024]图4示出了根据本发明第四实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0025]图5示出了根据本发明第五实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0026]图6示出了根据本发明第六实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0027]图7示出了根据本发明第七实施例的漏电保护装置的原理示意图；[0028]图8示出了分流基准源的模型图和等效电路图。具体实施方式[0029]在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本发明一部分的所附的附图。所附的附图通过示例的方式示出了能够实现本发明的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本发明的所有实施例。可以理解，在不偏离本发明的范围的前提下，可以利用其他实施例，也可以进行结构性或者逻辑性的修改。因此，以下的具体描述并非限制性的，且本发明的范围由所附的权利要求所限定。[0030]本发明旨在提出一种漏电保护装置，该装置能够实现在使用前检测自身的漏电保护功能是否正常，在使用过程中能够进行自检。基于该构思、，本发明的漏电保护装置包括漏电检测模块、开关模块以及自检模块。在使用前，用户可以通过自检模块来生成模拟的漏电流，进而观察漏电检测模块是否工作正常;在使用过程中，该自检模块还能够周期性地产生脉冲漏电流信号对漏电检测模块进行检测。[0031]图1示出了根据本发明第一实施例的漏电保护装置的架构示意图。如图1所示，漏电保护装置包括输入端INPUT、输出端OUTPUT以及用于控制输入端INPUT、输出端OUTPUT之间电力连接通断的开关SW1。供电线穿过漏电检测环ZCT1。当火线L和零线N电流平衡时，漏电检测环ZCT1不会产生电流不平衡。当穿过漏电检测环ZCT1的供电线存在电流不平衡时，即存在漏电流信号时，漏电检测环ZCT1上将产生相应的电压信号。整流桥BD分别耦接至供电线和漏电检测芯片U1，用于在供电线上取电以向漏电检测芯片U1供电。漏电检测芯片U1耦接至漏电检测环ZCT1，用于检测漏电检测环ZCT1上是否产生相应的电压变化，进而驱动可控硅Q1导通。当Q1导通时，开关驱动部件譬如，螺线管S0L的线圈上将产生较大的电流变化，进而断开开关SW1。[0032]基于本发明的目的，漏电保护装置1〇〇中的自检模块包括用于提供对漏电功能的使用前的试验的自检电路1和产生周期性模拟漏电流信号的自检电路2。下面分别对自检电路1、2进行阐述。[0033]自检电路1包括电阻R6、复位按钮RESET以及穿过漏电检测环ZCT的电线S3-S4,自检电路1用于提供对漏电功能的使用前的试验。当输入端INPUT与电源连接后，若按下复位按钮RESET，开关SW2将闭合，火线L线和零线N线之间通过电阻R6、复位按钮RESET形成电流回路，漏电检测环ZCT1将检测到线路S4上的电流变化，进而产生相应的感应电压。当漏电检测芯片U1检测到检测环ZCT所产生的感应电压并确认为达到预计定值漏电流信号时，其将驱动可控硅Q1导通，进而使得螺线管S0L的线圈上产生电流变化，以产生磁场，使得开关RESET断开，自检电路1断开，漏电保护装置复位，开关SW1闭合，输入端与输出端之间形成电力连接。[0034]自检电路2用于对漏电检测功能进行周期性的检查。自检电路2包括电源电路、周期计时电路以及模拟漏电自检脉冲信号电路。参见图1，电源电路包括电阻R5、电阻R8、稳压管ZD1以及电容C3;周期计时电路包括串联连接的电阻R7和计时元件譬如，电容C4;自检脉冲信号电路包括三极管Q2、可调分流基准源U2、二极管D2以及分别耦接到三极管Q2的发射极、基极和集电极的电阻1?9、1?10、1?13。在漏电保护装置复位后，自检电路2对检测环周期性地施加达到预计定值模拟漏电流信号。测试按钮TEST被配置为当产品在复位状态且输入端未接入电源情况下，按下TEST按钮，就可断开输入端和输出端之间的连接。[0035]具体而言，电阻R8的一端耦接至电阻R5和稳压管ZD1之间，并且电阻R8的另一端耦接至电阻R9、R10间的节点，并且经由电容C3耦接至地电位。由此可知，电源电路为分流基准源U2及三极管Q2提供稳定的直流工作电源。另外，电源电路还为周期计时电路提供充电电源，即为电容C4充电。通过设定电阻R7、电容C4的值可以确定自检周期的间隔时间。自检脉冲信号电路用于生成模拟漏电流信号的自检脉冲信号，其中，电阻R9、R10提供三极管Q2的基极偏置电压，三极管Q2使得自检脉冲在螺线管S0L的线圈不通电的半周产生。电阻R9用于限制流过分流基准源U2的电流大小。分流基准源U2在由电阻R7、电容C4所确定的计时时间到时，才允许三极管Q2导通，产生漏电脉冲信号。[0036]图8示出了分流基准源的模型图和等效电路图。如图8所示，分流基准源U2是三端可调分流基准源，其包括阴极K、阳极A和参考端REF，并且分流基准源U2可以等效为运算放大器简称运放）、2.5V基准源、三极管。运放的反相输入端耦接2.5V的基准源，同相输入端耦接参考端，三极管接在运放的输出端。基于该等效电路图可知，当运放的同相端即REF端）的电压非常接近基准电压2_5V时，通过改变REF端电压的微小变化，可以控制三极管的电流可以在1mA至100mA之间变化。当同相端的电压低于2.5V时，三极管处于截止状态。因此，本发明通过利用分流基准源U2内部的运放及三极管的工作特性来完成周期计时定时开关功能。可以理解的，为了增强电路的稳定性，分流基准源U2具有良好的热稳定性能，分流基准源U2也可以用其它的可控开关元件或类似元件代替。[0037]为了便于阐述，这里以漏电检测电路工作在正半周、自检电路2工作在负半周为例进行阐述。可以理解的，此处的正负半周仅仅是用于举例，而非用来限制该些电路仅仅能工作在所例示的时间段。[0038]自检电路2的具体工作过程如下：[0039]产品复位后，电容C4上的电压为零，故分流基准源U2的REF端小于基准电压2.5V，则分流基准源U2内的三极管处于断开状态，分流基准源U2无法导通。在负半周时，虽然三极管Q2的基极存在正偏电压，但由于三极管Q2发射极是经由分流基准源U2耦接至地，因此，当分流基准源U2不导通时，三极管Q2也不导通，从而无法产生漏电电流信号。电源电路通过电阻R7对电容C4充电，当电容C4上的电压充高至2.5V以上时，基准源U2中的三极管导通，进而使得基极有正偏电压的三极管Q2导通，检测环ZCT1上产生漏电脉冲信号，漏电检测芯片U1检测到该漏电脉冲信号后，将驱动可控硅Q1导通。由于螺线管SOL在电源正半周时线圈才能行成电流回路通电，因此开关SW1不会脱扣，此时电容C4通过二极管D2、可控硅Q1快速放电。随着放电的进行，电容C4上的电压低于2.5V，则U2内三极管关断，进而三极管Q2关断，完成一个自检周期，下一自检脉冲对电容C4充电计时开始。[0040]漏电保护装置发生故障时的工作方式：[0041]漏电保护功能失效包括但不限于下列情况:漏电检测电路中的电子元件例如，检测环ZCT1、电阻R3、R14等）出现开路或短路，或者漏电检测芯片U1损坏。当上述情况出现时，漏电检测芯片U1将无法使得可控硅Q1导通，换句话说，螺线管S0L将无法正常控制开关SW1。[0042]当自检电路2产生了自检脉冲信号时，由于漏电检测芯片U1无法使可控硅Q1导通，故电容C4上的电压无法经由可控硅Q1放电。由于电容C4上的电压维持在高电位，则分流基准源U2—直导通，使得发光二极管LED2常亮，由此告知用户漏电保护装置存在故障。可以理解的，在此实施例中，若漏电检测电路工作正常，发光二极管LED2会闪烁一下。当用户获知漏电检测电路有故障时，可以按下试验按钮test，通过机械部件断开输入输出接点，复位按钮RESET下的阻挡件复原，再次按下复位按钮RESET时，自检电路1输出模拟漏电流信号，由于漏电检测功能失效，螺线管S0L上的线圈法行成电流回路，复位按钮RESET下的阻挡件无法移动，阻止复位按钮RESET继续下行，从而输入输出接点无法连接即不能复位，使得用户无法使用，进而达到安全的目的。[0043]当螺线管S0L或可控硅Q1开路时，复位按钮由于阻挡件无法使漏电保护装置复位，输出无电。当漏电保护装置在复位状态时出现此类故障时，按下test按钮，断开输入输出连接，再次按复位按钮时则无法复位。[0044]当可控硅Q1短路时，螺线管S0L上将一直存在较大的电流，此时按下复位按钮RESET，漏电保护装置将反复脱扣，无法保持输入输出连接。[0045]综上所述，本发明通过自检电路1完成手动检测复位时产品漏电保护功能是否失效;通过自检电路2实现在正常工作状态下，周期性地自动检测漏电保护功能是否正常，当漏电保护装置出现故障时，故障红灯LED2亮起，通过按下TEST按钮，断开输出供电。[0046]图2示出了根据本发明第二实施例的漏电保护装置的原理示意图；。[0047]相较于图1，图2中的自检电路2在分流基准源U2的REF端增加了稳压管ZD2。因此，若要使得分流基准源U2导通，电容C4上的电压需要更高，即为了使得U2内三极管导通，分流基准源U2的REF端的电压至少为ZD2的稳压值加上2•5V。显然，由于电容C4所需充电的电压更高，自检周期间隔时间将增加，从而降低了自检信号产生电路的电流流通时间，即降低了自检电路的电阻R9、R10和R13上所消耗的功耗。在此实施方式中，发光二极管LED2串联至三极管Q2的发射极。当电容C4无法通过可控硅Q1来放电时，发光二极管LED2将保持常亮。[0048]图3示出了根据本发明第三实施例的漏电保护装置的原理示意图。[0049]如图3所示，区别于图1，在自检电路2中，电阻R5、稳压管ZD1、电容C3为分流基准源U2及三极管Q2提供稳定的直流工作电源。此实施例中的周期计时电路被修改为：电容C4经由电阻R7直接耦接到绕组S1-S2,即电容C4从交流电源的负半周直接取电，自检周期间隔时间由R7、C4参数设定。另外，稳压管ZD2与电容C4并联连接，用于保护电容C4及分流基准源U2的REF端不被高压击穿。[0050]图4示出了根据本发明第四实施例的漏电保护装置的原理示意图。[0051]如图4所示，区别于图1，在自检电路2中，电源电路包括电阻R5、稳压管ZD1、电容C3,用于为分流基准源U2及三极管Q2提供稳定的直流工作电源。周期计时电路包括电阻R8和电容C4,并且电阻R8与电阻R7串联，并且稳压管ZD2并联在电阻R7、R8之间的节点和地电位之间，从而分流基准源U2的REF端电压被限制为小于等于稳压管ZD2的稳压值。即使稳压管ZD2损坏，也可以通过设置电阻R7和或R8的值来对该支路上的电流进行限制，因此，电阻R7与稳压管ZD2为周期计时电路提供安全电压电源，同样，通过设置电阻R8、电容C4的值可以设定自检周期间隔时间。[0052]图5示出了根据本发明第五实施例的漏电保护装置的原理示意图。[0053]如图5所示，区别于图4,在自检电路2中还增加了增加电阻R11、电阻R12、可控硅Q3以及电容C5,其中个，可控硅Q3与电容C4并联连接，由此，当可控硅Q3导通时，电容C4可以通过可控硅Q3进行放电。具体而言，当周期自检脉冲输出时，漏电检测芯片U1输出驱动可控硅信号，通过电阻R12、电容C5来驱动可控硅Q3导通，进而使得电容C4放电，开始下一自检周期。在驱动可控硅Q3的同时，漏电检测驱动信号也通过电阻RU、电容C1在可控硅Q1的控制极施加能够开启可控硅Q1的电压，但是由于自检脉冲产生于螺线管S0L不形成电流回路的负半周，因此，开关SW1仍然闭合。[0054]图6示出了根据本发明第六实施例的漏电保护装置的原理示意图。[0055]如图6所示，区别于图1，采用运放U3代替分流基准源U2来控制自检脉冲输出。在自检电路2中，电源电路包括电容R5、稳压管ZD1以及电容C3，用来向运放U3提供稳定直流电源。串联连接的电阻R7、电阻R8耦接至运放U3的反相输入端。周期计时电路包括用来设定自检周期的电阻R9、电容C4,并且电容C4耦接到运放的同相输入端。当电容C4上的电压上升至大于反相端基准电压时，运放输出状态将翻转，由此驱动三极管Q2导通，产生自检模拟漏电流信号。漏电检测芯片U1经由检测线圈ZCT1检测到该漏电流信号时，将驱动可控硅Q1导通，进而电容C4能够通过二极管D2、可控硅Q1放电，开始下一周期充电过程。[0056]图7示出了根据本发明第七实施例的漏电保护装置的原理示意图。[0057]如图7所示，区别于图5,漏电检测芯片U1采用交流输入电源供电，相应地将自检电路2通过二极管D1从交流电源的正半周或负半周取电。换而言之，自检电路2和螺线管S0L工作在交流电的同一半周中。通过设置耦接至可控硅Q1、Q3控制极的RC电路的参数，即设置R11、C11以及R12、C5的参数，使得可控硅Q3先于可控硅Q1导通，如此，在螺线管S0L上的线圈还未行成电流回路前对电容C4进行放电，关闭自检漏电脉冲，避免产品误脱扣。[0058]本发明通过在漏电保护装置中增添了自检电路1、2,不仅能够在使用前进行测试装置是否故障，还能够在漏电保护装置工作的过程中，周期性地自动检测漏电保护功能，并提供给用户相应的指示，极大地提升了电路的安全性。[0059]因此，虽然参照特定的示例来描述了本发明，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本发明进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。

权利要求：1.一种漏电保护装置，其特征在于，包括：开关模块，其耦接在输入端和输出端之间，所述开关模块用于控制所述输入端和所述输出端之间的电力连接；漏电流检测模块，其包括开关驱动部件，并且所述漏电流检测模块根据所述开关驱动部件的工作周期和是否检测到漏电流信号来控制所述开关模块;以及第一自检模块，其耦接至所述漏电流检测模块并且周期性地产生用于模拟所述漏电流信号的自检脉冲信号，其中，所述第一自检模块包括:相互耦接的周期计时电路和自检脉冲信号电路，所述周期计时电路用于控制所述自检脉冲信号产生的间隔。2.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，所述自检脉冲信号电路包括开关管，所述周期计时电路耦接至所述开关管并控制所述开关管是否导通，从而通过使得所述开关管导通来产生所述自检脉冲信号，并且所述周期计时电路中的计时元件通过所述漏电流检测模块进行放电或通过所述漏电流检测模块经由第一放电支路进行放电。3.如权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一自检模块和所述开关驱动部件分别工作在交流电的不同的半周中。4.如权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述自检脉冲信号电路还包括与所述开关管串联连接的分流基准源，所述周期计时电路耦接至所述分流基准源以控制所述开关管的是否导通。5.如权利要求4所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一自检模块包括电源模块，所述电源模块用于为所述自检脉冲信号电路和或所述周期计时电路供电。6.如权利要求5所述的漏电保护装置，其特征在于，当所述电源模块仅为所述自检脉冲信号电路供电时，所述周期计时电路直接耦接至漏电检测环以取电。7.如权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一自检模块和所述开关驱动部件工作在交流电的同一半周中，并且所述周期计时电路中的计时元件通过所述第一放电支路进行放电。8.如权利要求7所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一放电支路先于所述漏电检测器中的放电支路而导通。9.如权利要求3所述的漏电保护装置，其特征在于，所述自检脉冲信号电路还包括运算放大器，所述运算放大器的输出端耦接至所述开关管，同相端耦接至偏置电路，反相端耦接至所述周期计时电路。10.如权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述自检脉冲信号电路还包括与所述开关管串联的发光元件。11.如权利要求1所述的漏电保护装置，其特征在于，还包括第二自检模块，所述第二自检模块包括电阻、复位按钮以及穿过漏电检测环的电线，当所述复位按钮被按下时，所述电线上产生模拟的漏电流信号。12.如权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，所述周期计时电路经由稳压元件耦接至所述开关管，从而延长所述自检脉冲信号的产生间隔。13.如权利要求2所述的漏电保护装置，其特征在于，还包括与所述计时元件并联的稳压元件。14.如权利要求7所述的漏电保护装置，其特征在于，所述第一放电支路耦接至漏电流检测模块中的漏电检测芯片的输出端。

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