带自检功能的漏电保护电路

技术领域

本发明涉及电气领域，且特别涉及一种带自检功能的漏电保护电路。

背景技术

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，一旦电网输出端发生漏电，漏电保护器将切断耦接在电网输入端和输出端之间的开关，负载断电，确保使用的安全性。

现在常用的漏电保护产品都是配备手动TEST按键的，要求每4～6周人为按下TEST键以确保漏电保护器的脱扣装置在漏电情况下是可以正常脱扣的(通过检测机械结构来判定电气结构是正常的)。实际上很少有人会定期去按TEST按键的，这种情况下一旦漏电保护回路出现故障将对用电安全带来极大的隐患。往往触电了才知道原来漏电保护器已经坏了。

发明内容

本发明为了克服现有漏电保护产品中无法自动检测漏电保护回路是否正常工作的问题，提供一种带自检功能的漏电保护电路。

为了实现上述目的，本发明提供一种带自检功能的漏电保护电路，该电路包括开关模块、漏电保护模块以及自检模块。开关模块耦接于供电线的输入端和输出端。漏电保护模块分别耦接于供电线和开关模块，检测供电线上的漏电信号并基于该漏电信号控制开关模块。自检模块，包括模拟漏电单元、环路检测单元、时钟单元和指示单元，模拟漏电单元电性连接于供电线，在供电线上制造模拟漏电流信号以触发漏电保护模块，随后环路检测单元工作并完成一次漏电保护电路的自检。环路检测单元和开关模块分别工作在交流电的两个相反的半周期内，时钟单元在上电初始时刻为模拟漏电单元提供触发信号完成上电自检，并且之后周期性为模拟漏电单元提供触发信号，进行周期性自检。指示单元指示每一次自检结果。当检测到漏电保护模块故障时，自检模块提供报警指示，并且控制开关模块执行强制脱扣。

根据本发明的实施例，时钟单元包括相位检测器、计时器和锁存器；相位检测器边沿触发模拟漏电单元以制造模拟漏电；漏电保护模块检测模拟漏电，锁存器锁存漏电保护模块检测到的漏电信号并做延时触发，环路检测单元通过可控硅导通进行复位，完成一次自检。

根据本发明的实施例，计时器在成功完成第一次自检后启用，周期性触发模拟漏电单元，进行周期性自检。

根据本发明的实施例，锁存器将锁存模拟漏电单元触发的模拟漏电信号，并且在相位检测器下降沿对该漏电信号做延时触发。

根据本发明的实施例，模拟漏电单元包括电性连接至供电线火线的开关管及电阻元件，由相位检测器触发模拟漏电单元工作来控制开关管的通断。

根据本发明的实施例，相位检测器通过二极管和限流电阻取电自交流电火线，在火线正半周期内触发模拟漏电单元。

根据本发明的实施例，环路检测单元通过整流二极管耦接至可控硅的阳极；经过锁存器的延时触发，在交流电火线的负半周期可控硅导通，环路检测单元被复位，是完成一次漏电保护电路自检的标志，定时器开始工作，进行周期性自检。

根据本发明的实施例，漏电保护模块包括：

耦合至供电线的电流感应互感器；

电性连接于电流感应互感器的漏电保护芯片；

电性连接于漏电保护芯片的可控硅；

连接于漏电保护芯片输出端且分别耦合至开关模块和可控硅的开关驱动件。

根据本发明的实施例，指示单元由LED驱动器和ALARM驱动器组成；LED驱动器通过限流电阻耦接至发光二极管；ALARM驱动器耦接至蜂鸣器；当每一次自检开始的时候，LED驱动器控制发光二极管点亮，并在自检通过后发光二极管熄灭；发光二极管单次的闪烁点亮表明漏电保护模块正常工作；一旦漏电保护模块出现故障，LED驱动器将控制发光二极管以固定频率闪烁，同时ALARM驱动器控制蜂鸣器报警，警示用户漏电保护模块出现故障。

根据本发明的实施例，环路检测单元的输出分别连接到可控硅的控制极和指示单元。一旦漏电保护模块出现故障，环路检测单元均无法正常复位，环路检测单元输出高电平信号至可控硅的控制极，导通可控硅，控制螺线管产生较大电流，将开关模块强行脱扣。同时指示单元将持续输出报警信号，警示用户漏电保护模块出现故障。

综上所述，本发明提供的带自检功能的漏电保护电路通过在自检模块内设置模拟漏电单元、环路检测单元、时钟单元和指示单元。由于环路检测单元和开关模块工作在相反的半周期内，即模拟漏电单元在供电线上制造的漏电信号不会影响开关模块的正常工作。模拟的漏电信号仅用于检测漏电保护模块中漏电保护芯片和电流感应互感器是否正常工作。而环路检测单元用于检测SCR是否工作正常。时钟单元在初始上电时刻触发模拟漏电单元，在上电的初始时刻即完成第一次自检，确保上电后漏电保护模块能正常工作。之后时钟单元开始计时，周期性地触发模拟漏电单元以产生模拟漏电信号来对漏电保护模块进行自检。指示单元指示每一次自检结果。漏电保护模块内的任意元件发生故障，环路检测单元均无法正常复位，即实现漏电保护模块整个回路内所有元器件的自检测。当检测到漏电保护模块故障时，自检模块提供报警指示，并且控制开关模块执行强制脱扣。

为让本发明的上述和其它目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1所示为本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路的电路原理图。

图2所示为本发明实施例提供的带自检功能的漏电保护电路的逻辑框图。

具体实施方式

实施例

如图1所示，本实施例提供的带自检功能的漏电保护电路包括开关模块10、漏电保护模块20以及自检模块30。开关模块10耦接于供电线的输入端INPUT和输出端OUTPUT。漏电保护模块20分别耦接于供电线和开关模块10，检测供电线上的漏电信号并基于该漏电信号控制开关模块10。自检模块30包括模拟漏电单元31、环路检测单元32、时钟单元33和指示单元34，模拟漏电单元31电性连接供电线，在供电线上制造模拟漏电流信号以触发漏电保护模块20，随后环路检测单元32工作并完成一次漏电保护电路的自检。环路检测单元32和开关模块10分别工作在交流电的两个相反的半周期内，时钟单元33在上电初始时刻为模拟漏电单元31提供触发信号完成上电自检，并且之后周期性为模拟漏电单元31提供触发信号，进行周期性自检。指示单元34指示每一次自检结果。当漏电保护模块20出现故障时，自检模块30能自动进行强制脱扣，并且控制指示单元34进入报警模式。

如图1所示，开关模块10包括连接输入端INPUT和输出端OUTPUT之间的用于控制电力连接通断的开关SW1。漏电保护模块20包括耦接至供电线上的漏电流感应互感器ZCT1，电性连接于漏电流感应互感器的漏电保护芯片IC1(具体而言，IC1由芯片LT6971V中管脚1,2,3,14,15,16共同组成)，可控硅SCR以及开关驱动部件。于本实施例中，开关驱动部件为连接在火线上的螺线管SOL。然而，本发明对此不作任何限定。

供电线穿过漏电流感应互感器ZCT1。当火线(L)和零线(N)电流平衡时，漏电流感应互感器ZCT1上不会产生电流不平衡。当穿过漏电流感应互感器ZCT1的供电线存在电流不平衡时，即存在漏电信号时，漏电流感应互感器ZCT1上将产生相应的电压信号。整流桥BR分别耦接至供电线和漏电保护芯片IC1，用于在供电线上取电以向漏电保护芯片IC1供电。漏电保护芯片IC1耦接至漏电流感应互感器ZCT1，用于检测漏电流感应互感器ZCT1是否产生相应的电压变化，进而驱动可控硅SCR导通。当可控硅SCR导通时，开关驱动部件(譬如，螺线管SOL)的线圈上将产生较大的电流变化，进而断开开关SW1，实现漏电保护。

本实施例提供的带自检功能的漏电保护电路在开关模块10和漏电保护模块20的基础上增加自检模块30，自检模块30不会对漏电保护模块20和开关模块10的正常工作造成影响。自检模块30在初始上电时对漏电保护模块20进行自检，并在之后对漏电保护模块20进行周期性自检，确保漏电保护模块20内的各元器件在初始使用和后续使用中的安全性。以下将结合图1、图2来详细介绍本实施例提供的漏电保护电路中自检模块的结构。

于本实施例中，自检模块30包括模拟漏电单元31、环路检测单元32、时钟单元33和指示单元34。时钟单元33通过二极管D2和限流电阻R12自火线取电。时钟单元33包括相位检测器331、计时器332和锁存器333。时钟单元33输入端Phase脚位是以电网频率为周期的半波信号。时钟单元33通过相位检测器331边沿触发模拟漏电单元31和指示单元34，模拟漏电单元31开始工作，制造模拟漏电。漏电保护模块20检测到该模拟漏电流信号，自检模块30将锁存该漏电信号并关闭模拟漏电单元31，同时环路检测单元32开始工作。而后自检模块30将启动锁存器333，在火线的负半周，SCR脚位输出高电平，SCR导通，复位环路检测单元32。环路检测单元32检测到复位状态，打开计时器332计时，进行周期性自检。指示单元34指示每一次自检结果。

具体而言，模拟漏电单元31包括三极管Q1，三极管Q1的集电极通过二极管D1和电阻R4连接至火线，三极管Q1的基极通过电阻R5接至模拟漏电触发器311。此处仅以火线取电为例说明，但不仅限于使用火线。环路检测单元32通过整流二极管D4耦接至SCR的阳极，当SCR导通时，环路检测单元32的SCRT脚位电平将被整流二极管D4和SCR钳位在1.2V。

以下将以开关模块10工作在交流电火线的正半周期，而环路检测单元32工作在火线的负半周期为例介绍自检模块30的具体工作原理。然而，本发明对此不作任何限定。于其它实施例中，可设置开关模块工作在交流电火线的负半周期，而环路检测单元32工作在交流电的正半周期。

在上电的初始时刻，当相位检测器331检测到Phase脚位电平达到内部运算放大器基准电平V+时(内部带隙基准REF＝1.25V)，时钟单元33通过相位检测器331上升沿触发模拟漏电单元31和指示单元34，此时处于交流电火线的正半周期，模拟漏电单元31制造模拟漏电。同时锁存器333开始工作，进入锁存状态，将会锁存下一次SCR控制极输出。在同一个火线正半周期内，漏电保护模块20检测到该模拟漏电流信号，自检模块30关闭模拟漏电单元31，同时环路检测单元32开始工作，SCRT脚位建立基准REF2为环路检测做准备(此处REF2＝3.5V)。在同一个火线正半周期内，当相位检测器331检测到Phase脚位电平低于内部运算放大器基准电平V+时(1.25V时已非常接近火线过零点)，时钟单元33通过相位检测器331下降沿触发锁存器333，锁存器333退出锁存状态，进入定时状态，定时时间为3ms。即在同一个火线周期的负半周期内，SCR控制极输出高电平，SCR导通，环路检测单元32的SCRT脚位检测到低电平1.2V，环路检测单元32复位(低于2.5V复位)，代表漏电保护模块20工作正常。环路检测单元32复位的同时，将关闭SCR控制极高电平，避免SCR导通状态延续到下一个火线正半周期。环路检测单元32复位后，将启用定时器332，以进行周期性自检。

由于环路检测单元32和开关模块10工作在相反的半周期内，即模拟漏电单元31在供电线上制造的漏电信号不会影响开关模块10的正常工作，模拟的漏电信号用于检测漏电保护芯片IC1和电流感应互感器ZCT1是否正常工作。而环路检测单元32仅用于检测SCR是否工作正常，SCR在火线的负半周导通，避免了开关模块10工作。然而，本发明对此不作任何限定。

于本实施例中，时钟单元33取电自电网火线，电网的频率周期决定了周期性自检的频度，即计时器332的计时时间。假设供电线为国标工频50Hz，即周期为20ms，因此自检周期为T＝2

于本实施例中，指示单元34由LED驱动器341和ALARM驱动器342组成。LED驱动器341通过限流电阻R6耦接至发光二极管LED1。ALARM驱动器342耦接至蜂鸣器ALARM1。当每一次自检开始的时候，LED驱动器341控制发光二极管LED1点亮，并在自检通过后发光二极管LED1熄灭。发光二极管LED1单次的闪烁点亮表明漏电保护模块20正常工作。一旦漏电保护模块20出现故障，如电流感应互感器ZCT1、漏电保护芯片IC1或可控硅SCR发生故障，LED驱动器341将控制发光二极管LED1以2Hz频率闪烁，同时ALARM驱动器342控制蜂鸣器报警，警示用户漏电保护模块20出现故障。

于本实施例中，环路检测单元32的输出通过或门分别连接到可控硅SCR的控制极和指示单元34。一旦漏电保护模块20出现故障，如电流感应互感器ZCT1、漏电保护芯片IC1或可控硅SCR发生故障，尽管三极管Q1导通，供电线上存在漏电流，可控硅SCR也不会导通，此时环路检测单元32均无法正常复位，环路检测单元32输出高电平信号至可控硅SCR的控制极，导通可控硅SCR，控制SOL产生较大电流，将开关模块10强行脱扣。同时指示单元34将持续输出报警信号，警示用户漏电保护模块20出现故障，需及时排查分析故障类型，确保用电安全。

综上所述，本发明提供的带自检功能的漏电保护电路通过在自检模块内设置模拟漏电单元、环路检测单元、时钟单元和指示单元。由于环路检测单元和开关模块工作在相反的半周期内，即模拟漏电单元在供电线上制造的漏电信号不会影响开关模块的正常工作，模拟的漏电信号用于检测漏电保护芯片和电流感应互感器是否正常工作。而环路检测单元仅用于检测可控硅是否工作正常，可控硅在火线的负半周导通，避免了开关模块工作。时钟单元在初始上电时刻触发模拟漏电单元，在上电的初始时刻即完成第一次自检，确保上电后漏电保护模块能正常工作。之后计时器开始计时，周期性地触发模拟漏电单元以产生模拟漏电信号来对漏电保护模块进行自检。指示单元指示每一次自检结果。漏电保护模块内的任意元件发生故障，环路检测单元均无法正常复位，即实现漏电保护模块整个回路内所有元器件的自检测。当检测到漏电保护模块故障时，自检模块提供报警指示，并且控制开关模块执行强制脱扣。

虽然本发明已由较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟知此技艺者，在不脱离本发明的精神和范围内，可作些许的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视权利要求书所要求保护的范围为准。