檢測電源錯誤接線狀況的電接線保護裝置的製作方法
2023-06-09 03:23:26
專利名稱：檢測電源錯誤接線狀況的電接線保護裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及用電安全保護領域，尤其涉及具有輸入端與輸出端之間的分斷特性的電接線保護裝置。
背景技術：
由於用戶接線的不規範，家用電器的電源有可能存在錯誤接線，例如將相線與零線交叉接線，使零線帶電，或將地線與相線相連，使地線帶電，這樣易造成用電器的外殼絕緣性能下降或帶電，導致觸電事故發生。現有的具有檢測電源接線狀況功能的剩餘電流保護裝置都是檢測相線對地產生的剩餘電流，達到設定值時切斷電源供電。通常檢測地線帶電的方法是用電阻、氖燈或光耦等其它類似電子元件連接於零線與地線之間，通過氖燈點亮或光耦次邊有輸出來警示危險。此類方法由於選用較大阻值的電阻，需要地線與零線有較大電壓差時才能完成檢測。為儘可能保護人身安全，希望當地線相對於零線有36V電位差時就能有保護功能，採用傳統方法難以實現。因此需要有一種新的電接線保護裝置，在地線與零線之間的壓差無需很大的情況下就能檢測出使用電源插座的錯誤接線狀況，切斷用電器的供電電源。
實用新型內容本實用新型的一個主要目的在於，克服現有技術中的上述缺陷，提供一種在地線與零線之間的壓差無需很大的情況下就能夠檢測出使用電源錯誤接線狀況的電接線保護
直ο在一個實施例中，提供了一種電接線保護裝置，其包括相線導體、零線導體、地線導體；開關裝置，配置為處於第一位置時使得所述相線導體、零線導體、地線導體處於導通狀態，以及處於第二位置時使得所述相線導體、零線導體、地線導體處於斷路狀態；剩餘電流檢測電路，配置為檢測所述相線導體和零線導體的剩餘電流；電壓差檢測電路，配置為檢測所述地線導體和零線導體之間的電壓差； 信號處理電路，耦合到所述剩餘電流檢測電路、電壓差檢測電路，配置為至少響應於剩餘電流檢測信號和電壓差檢測信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號；激勵裝置，耦合到所述信號驅動電路，配置為響應於所述驅動信號而驅使所述開關裝置處於所述第二位置。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述剩餘電流檢測電路包括一個電流互感器，所述相線導體和零線導體作為該電流互感器的第一初級，該電流互感器的次級耦合到所述信號處理電路；所述電壓差檢測電路的輸入分別連接到所述地線導體和所述零線導體。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述電壓差檢測電路的輸出耦合到所述電流互感器的第二初級，從而耦合到所述信號處理電路。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述零線導體連接到所述電接線保護裝置的地，所述電壓差檢測電路分別連接到所述地線導體和所述電接線保護裝置的地。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述信號處理電路包括可控矽元件，所述電壓差檢測電路的輸出直接耦合到所述可控矽元件的控制極。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述電壓差檢測電路的輸出通過一個光耦元件耦合到所述信號處理電路。在電接線保護裝置的一個實施例中，所述電壓差檢測電路包括一個矽雙向觸發二極體。本實用新型所提供的電接線保護裝置具有以下優點電路結構簡單，在不影響原有剩餘電流動作性能的基礎上，增加了對用電器使用的電源故障電壓判斷，能檢測地線帶電或相線零線交叉接線的故障狀況。特別是在地線與零線之間的壓差無需很大的情況下就能較好地判斷出當電源插座的零線與地線間有壓差的危險接線狀態，並在此情況下斷開用電器與電源的電連接，保護用電器使用者的人身安全。並且，上述功能的實現不需要人參加，自動完成檢測動作功能，又能滿足用電器生產商的在線耐壓測試要求。
通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實施例所作的詳細描述，本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更加明顯圖1示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置100的電路圖；圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置200的電路圖；圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置300的電路圖；圖4示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置400的電路圖；圖5示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置500的電路圖；圖6示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置600的電路圖；在圖中，貫穿不同的示圖，相同或類似的附圖標記表示對應的特徵。
具體實施方式
圖1示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置100的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置100包括相線導體110、零線導體120、地線導體130、開關裝置140、 剩餘電流檢測電路150、電壓差檢測電路160、信號處理電路170以及激勵裝置180。相線導體110包括輸入接線端111和輸出接線端117。零線導體120包括輸入接線端121和輸出接線端127。地線導體130包括輸入接線端131和輸出接線端137。輸入接線端111、121、131通常按照一定的標準排列、固定，並從接線保護裝置100的外殼伸出， 從而形成插頭。輸出接線端117、127、137分別用於連接用電器的相應端子。開關裝置140配置為處於第一位置時使得所述相線導體110、零線導體120、地線導體130處於導通狀態，以及處於第二位置時使得所述相線導體110、零線導體120、地線導體130處於斷路狀態。具體地，該實施例中的開關裝置140包括相線導體110中的開關 141、零線導體120中的開關142以及地線導體130中的開關143。開關裝置140處於第一位置對應於三個開關均處於閉合狀態，處於第二位置對應於三個開關均處於斷開狀態。剩餘電流檢測電路150配置為檢測相線導體110和零線導體120的剩餘電流。具體地，剩餘電流檢測電路150包括一個電流互感151，相線導體110和零線導體120形成電流互感器151的第一初級，由電流互感器151的次級感應生成剩餘電流檢測信號，並將該信號耦合到信號處理電路170。電壓差檢測電路160配置為檢測地線導體130和零線導體120之間的電壓差。具體地，在該實施例中，電壓差檢測電路160包括電容C7、限流電阻R6、穩壓二極體ZD等。 零線導體120連接到電接線保護裝置的地，電壓差檢測電路160分別連接到地線導體130 和電接線保護裝置的地。因此，地線導體130通過電容C7、限流電阻R6、穩壓二極體ZD連接到零線導體。穩壓二極體ZD上的電壓通過電阻R5和二極體D2耦合至可控矽元件Ql的控制極。當地線導體130帶電時，在地線導體130與零線導體120之間的電壓差檢測電路 160中存在交流信號。通過電容C7、限流電阻R6與穩壓管ZD的參數調整，可以設定電壓差檢測電路160的工作模式。具體地，當地線導體130與零線導體120之間電位差低於一個設定值時，穩壓管ZD未擊穿，且ZD上的分壓不足以觸發可控矽元件Ql ；當地線導體130與零線導體120之間的電壓差大於該設定值時，穩壓管ZD反向擊穿，其反向擊穿電壓能夠通過電阻R7使D2正嚮導通，從而觸發可控矽元件Q1。例如可將起始動作值設定為對人體安全的36V電壓，當相線導體110與零線導體120交叉接線時，或者任意其他可能出現的故障情況下，只要地線導體130和零線導體120之間的電壓差達到36V，穩壓管ZD上的電壓就能通過電阻R7使D2正嚮導通，從而觸發可控矽元件Q1。在交流信號的負半周，穩壓管ZD呈現二極體性能，對電容C7放電，此時D2反偏不導通。信號處理電路170，耦合到剩餘電流檢測電路150、電壓差檢測電路160，配置為至少響應於剩餘電流檢測信號和電壓差檢測信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號。具體地，信號處理電路170包括控制晶片ICl和可控矽元件Ql等。剩餘電流檢測信號的預定錯誤條件是超過一個預定值，電壓差檢測信號的預定錯誤條件是地線導體130 與零線導體120之間的電壓差超過另一預定值；這兩個預定值根據電接線保護裝置100所遵循的安全標準以及相應器件的檢測靈敏度而確定。在圖1所示的實施例中，由經過整流二極體Dl的半波整流信號提供信號處理電路 170的電源信號。電壓差檢測電路160的輸出直接耦合到可控矽元件Ql的控制極。當穩壓管ZD上的電壓通過電阻R7使D2正嚮導通時，可控矽元件Ql被觸發導通。電流互感器151的次級耦合到控制晶片IC1。當剩餘電流檢測信號達到其預定錯誤條件時，控制晶片ICl輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置180耦合到信號驅動電路170，配置為響應於該驅動信號而驅使所述開關裝置140處於所述第二位置。具體地，激勵裝置180包括螺線圈SOL。螺線圈SOL兩端分別連接到相線導體110 和信號處理電路170的輸出。激勵裝置180與開關裝置140之間的耦合通常可以採用機械傳動耦合。螺線圈SOL所纏繞的電磁鐵中還包括可沿其徑向移動的銜鐵。開關裝置140的三個開關141、142、 143經由復位按鈕的復位銷、基本與復位銷徑向垂直的鎖扣等元件，通過機械傳動耦合到銜鐵。當開關裝置140處於第一位置時，三個開關均處於閉合狀態，電路正常工作。當信號處理電路170因為電路異常而產生驅動信號，從而在螺線圈SOL中流過大電流，引起銜鐵移動從而拉動或撞擊鎖扣，鎖扣脫離與復位銷的嚙合從而釋放復位銷，復位銷帶動相關元件使得開關141、142、143斷開，開關裝置140從而處於第二位置，接線保護裝置100輸入側與輸出側之間的電連接得以切斷，電氣安全得以保證。當從輸入側接入交流電源、開關裝置140處於第一位置並且電路正常工作時，發光二極體LED通電發亮，以指示正常工作狀態。包括電阻R5和開關102的支路兩端分別跨接於電流互感器151兩側的相線導體110和零線導體120。當閉合開關102時，在作為電流互感器151的初級的相線導體和零線導體上產生剩餘電流，從而引起信號處理電路170產生驅動信號，激勵裝置180響應於此而使得開關裝置140恢復到第二位置，切斷輸入側和輸出側之間的電連接。圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置200的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置200包括相線導體210、零線導體220、地線導體230、開關裝置M0、 剩餘電流檢測電路250、電壓差檢測電路沈0、信號處理電路270以及激勵裝置觀0。電接線保護裝置200的電路設置類似於電接線保護裝置100，主要區別在於，電壓差檢測電路260的輸出耦合至控制晶片ICl，當地線導體130與零線導體120之間的電壓差超過預定值時，穩壓管ZD上的反向擊穿電壓耦合到控制晶片IC1，控制晶片ICl因而輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置280耦合到信號驅動電路270，配置為響應於該驅動信號而驅使所述開關裝置240處於所述第二位置。亦即開關241、242、243均斷開的位置，從而切斷接線保護裝置200輸入側與輸出側之間的電連接，保證了電氣安全。圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置300的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置300包括相線導體310、零線導體320、地線導體330、開關裝置340、 剩餘電流檢測電路350、電壓差檢測電路360、信號處理電路370以及激勵裝置380。電接線保護裝置300的電路設置類似於電接線保護裝置100，主要區別在於，電壓差檢測電路360與信號處理電路370是電氣隔離的。此外，電接線保護裝置300還包括整流橋BD。螺線圈SOL兩端分別連接到相線導體310和整流橋BD，由整流橋BD為信號處理電路370提供電源。在該實施例中，電壓差檢測電路360連接到光耦IC2的初級，信號處理電路370連接到光耦IC2的次級。電壓差檢測電路360輸出的電壓差檢測信號通過光耦IC2 耦合到可控矽控制極。當地線導體330與零線導體320之間的電壓差大於預定值時，光耦 IC2的初級導通，從而使得次級也導通，電流流過電阻R7、R8，從而輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置380耦合到信號驅動電路370，配置為響應於該驅動信號而驅使所述開關裝置340處於所述第二位置。亦即開關341、342、343均斷開的位置，從而切斷接線保護裝置300輸入側與輸出側之間的電連接，保證了電氣安全。[0048]圖4示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置400的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置400包括相線導體410、零線導體420、地線導體430、開關裝置440、 剩餘電流檢測電路450、電壓差檢測電路460、信號處理電路470以及激勵裝置480。電接線保護裝置400的電路設置類似於電接線保護裝置100，主要區別在於，電壓差檢測電路460並非直接耦合到信號處理電路470。在該實施例中，當地線導體430與零線導體420之間的電壓差大於預定值時，穩壓管ZD上的反向擊穿電壓通過二極體D8以及三極體Q2耦合到電流互感器451的第二初級，從而在電流互感器451的次級上產生感應信號並耦合到信號處理電路470(更具體地，耦合到控制晶片ICl)。在此情況下，電壓差檢測信號的預定錯誤條件還與電流互感器451的檢測靈敏度有關。當由於電壓差檢測信號在電流互感器451的次級上感應出的信號達到其預定錯誤條件時，或者當剩餘電流檢測信號達到其預定錯誤條件時，控制晶片ICl輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起整流橋BD和螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置480響應於該驅動信號而驅使開關裝置440處於第二位置，亦即開關441、442、443均斷開的位置，從而切斷接線保護裝置400 輸入側與輸出側之間的電連接，保證了電氣安全。圖5示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置500的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置500包括相線導體510、零線導體520、地線導體530、開關裝置M0、 剩餘電流檢測電路550、電壓差檢測電路560、信號處理電路570以及激勵裝置580。電接線保護裝置500的電路設置類似於電接線保護裝置100，主要區別在於，電壓差檢測電路560與信號處理電路570之間是電氣隔離的。在這一實施例中，電壓差檢測電路560包括電容C7、限流電阻R6、矽控雙向觸發二極體DB以及二極體D6。其中矽控雙向二極體DB當電壓達到一定值時才能導通，導通後電流可以雙向流動。類似於圖3中的實施例，電接線保護裝置500還包括整流橋BD。螺線圈SOL兩端分別連接到相線導體510和整流橋BD，由整流橋BD為信號處理電路570提供電源。在該實施例中，電壓差檢測電路560 輸出的電壓差檢測信號耦合到光耦IC2的初級，信號處理電路570連接到光耦IC2的次級。 電壓差檢測電路560輸出的電壓差檢測信號通過光耦IC2耦合到可控矽。當地線導體530 與零線導體520之間的電壓差大於預定值時，光耦IC2的初級導通，從而使得次級也導通。 電流流過電阻R7、R8，從而輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql 因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置580耦合到信號驅動電路570，配置為響應於該驅動信號而驅使所述開關裝置540處於所述第二位置。亦即開關541、542、543均斷開的位置，從而切斷接線保護裝置500輸入側與輸出側之間的電連接，保證了電氣安全。圖6示出了根據本實用新型的一個實施例的電接線保護裝置600的電路圖。如圖所示，電接線保護裝置600包括相線導體610、零線導體620、地線導體630、開關裝置640、 剩餘電流檢測電路650、電壓差檢測電路660、信號處理電路670以及激勵裝置680。電接線保護裝置600的電路設置類似於電接線保護裝置300，不同之處僅在於減少了穩壓管ZD，並且採用了不同的接線方式來指示工作狀態。與電接線保護裝置300類似，電壓差檢測電路660與信號處理電路670是電氣隔離的。此外，電接線保護裝置600還包括整流橋BD。螺線圈SOL兩端分別連接到相線導體610和整流橋BD，由整流橋BD為信號處理電路670提供電源。在該實施例中，電壓差檢測電路660連接到光耦IC2的初級，信號處理電路670連接到光耦IC2的次級。電壓差檢測電路660輸出的電壓差檢測信號通過光耦IC2耦合到可控矽。當地線導體630與零線導體620之間的電壓差大於預定值時，光耦 IC2的初級導通，從而使得次級也導通，電流流過電阻R7、R8，從而輸出一個正電平信號到可控矽元件Ql的控制極，可控矽元件Ql因而被觸發導通。當可控矽元件Ql導通時，將流過大電流，從而引起螺線圈SOL上相應地流過大電流，該大電流信號即為驅動信號。激勵裝置680耦合到信號驅動電路670，配置為響應於該驅動信號而驅使所述開關裝置640處於所述第二位置。亦即開關641、642、643均斷開的位置，從而切斷電接線保護裝置600輸入側與輸出側之間的電連接，保證了電氣安全。電接線保護裝置600中，當從輸入側接入交流電源、開關裝置640處於第一位置並且電路正常工作時，發光二極體LED 1通電發亮，以指示正常工作狀態。地線導體630接線正常時，發光二極體LED2通電發亮，以指示地線接線正常。本領域技術人員應能理解，上述實施例均是示例性而非限制性的。在不同實施例中出現的不同技術特徵可以進行組合，以取得有益效果。本領域技術人員在研究附圖、說明書及權利要求書的基礎上，應能理解並實現所揭示的實施例的其他變化的實施例。在權利要求書中，術語「包括」並不排除其他裝置或步驟；不定冠詞「一個」不排除多個；術語「第一」、「第二」用於標示名稱而非用於表示任何特定的順序。權利要求中的任何附圖標記均不應被理解為對保護範圍的限制。某些技術特徵出現在不同的從屬權利要求中並不意味著不能將這些技術特徵進行組合以取得有益效果。本專利覆蓋在字面上或在等同原則下落入所附權利要求的範圍的所有方法、裝置和產品。
權利要求1.一種電接線保護裝置，其特徵在於，包括相線導體(110)、零線導體(120)、地線導體(130)；開關裝置(140)，配置為處於第一位置時使得所述相線導體、零線導體、地線導體處於導通狀態，以及處於第二位置時使得所述相線導體、零線導體、地線導體處於斷路狀態；剩餘電流檢測電路(150)，配置為檢測所述相線導體和零線導體的剩餘電流；電壓差檢測電路(160)，配置為檢測所述地線導體和零線導體之間的電壓差；信號處理電路(170)，耦合到所述剩餘電流檢測電路、電壓差檢測電路，配置為至少響應於剩餘電流檢測信號和電壓差檢測信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號；激勵裝置(180)，耦合到所述信號驅動電路，配置為響應於所述驅動信號而驅使所述開關裝置處於所述第二位置。
2.根據權利要求1所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述剩餘電流檢測電路包括一個電流互感器，所述相線導體和零線導體作為該電流互感器的第一初級，該電流互感器的次級耦合到所述信號處理電路；所述電壓差檢測電路的輸入分別連接到所述地線導體和所述零線導體。
3.根據權利要求2所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述電壓差檢測電路的輸出耦合到所述電流互感器的第二初級，從而耦合到所述信號處理電路。
4.根據權利要求2所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述零線導體連接到所述電接線保護裝置的地，所述電壓差檢測電路分別連接到所述地線導體和所述電接線保護裝置的地。
5.根據權利要求2所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述信號處理電路包括可控矽元件，所述電壓差檢測電路的輸出直接耦合到所述可控矽元件的控制極。
6.根據權利要求2所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述電壓差檢測電路的輸出通過一個光耦元件耦合到所述信號處理電路。
7.根據權利要求6所述的電接線保護裝置，其特徵在於，所述電壓差檢測電路包括一個雙向二極體。
專利摘要本實用新型涉及一種在地線與零線之間的壓差無需很大的情況下就能夠檢測出使用電源錯誤接線狀況的電接線保護裝置。一個實施例中提供一種電接線保護裝置，其包括相線導體(110)、零線導體(120)、地線導體(130)、開關裝置(140)、剩餘電流檢測電路(150)、電壓差檢測電路(160)、信號處理電路(170)、激勵裝置(180)。信號處理電路至少響應於剩餘電流檢測信號和電壓差檢測信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號，激勵裝置響應於該驅動信號而驅使開關裝置處於第二位置，從而切斷輸入側和輸出側的電連接。上述功能的實現不需要人參加，自動完成檢測動作功能，又能滿足用電器生產商的在線耐壓測試要求。
文檔編號G01R31/02GK202268696SQ201120341358
公開日2012年6月6日 申請日期2011年9月13日 優先權日2011年9月13日
發明者嶽國蘭, 李成力 申請人:蘇州益而益電器製造有限公司