接線異常剩餘電流保護裝置的製作方法
2023-05-10 04:43:36 1
專利名稱：接線異常剩餘電流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，尤其涉及接線異常剩餘電流保護裝置。
背景技術：
由於用戶接線的不規範，家用電器的電源插座有可能存在錯誤接線，例如將插座的相線與零線交叉接線，或將地線與相線相連，或者用電器在長期使用中絕緣老化，導致電源的地線帶電，這些都容易導致觸電事故的發生。現有的剩餘電流保護裝置，為檢測地線帶電的狀況，通常採用在地線中穿檢測環來檢測地線中是否有電流流過，該方法的弊端是必須地線中有電流流過且達到設定值吋，裝置才起保護。也有通過小阻值電阻、電容或變壓器等電子元件跨接於零線與地線或相線與地線之間，通過取樣電壓差來判斷，這些傳統的檢測方法對壓差大小有要求，即在壓差達到一定值後才會動作，而這ー壓差有可能已經比較危險，這就形成了安全隱患；再者，這些 方法不能滿足在線耐壓測試的要求；此外，以上方法在保護裝置移動、用電器插頭插拔過程中或電源開關合閘時會存在誤動作的可能。因此需要有一種新穎的接線異常剩餘電流保護裝置，不管該裝置處於何種狀態，都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井能防止在使用過程中出現誤動作。
實用新型內容本實用新型的ー個主要目的在幹，克服現有技術中的上述缺陷，提供ー種能夠檢測出零火線是否交叉接線或地線是否帶電的接線異常剩餘電流保護裝置。在一個實施例中，提供了ー種接線異常剩餘電流保護裝置，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，配置為通過分壓電阻分壓來檢測所述地線導體和零線導體之間的電壓差；第一信號處理電路，耦合到所述電壓差檢測電路，配置為對所述電壓差檢測電路的輸出信號進行預定的處理；第二信號處理電路，耦合到所述剩餘電流檢測電路和所述第一信號處理電路，配置為響應於所述剩餘電流檢測電路的輸出信號和所述第一信號處理電路的輸出信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號；激勵裝置，耦合到所述第二信號處理電路，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。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述第一信號處理電路中包含比較器電路，用於在所述電壓差檢測電路的輸出信號大於預定閾值時，輸出預定的信號。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述電壓差檢測電路還包括至少一個ニ極管，所述ニ極管用於提取單向半波信號。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述電壓差檢測電路還包括濾波和穩壓電路，所述濾波和穩壓電路用於濾波並穩壓經分壓電阻分壓的信號，以使得所述電壓差檢測電路的輸出信號對於所述第一信號處理電路是安全的。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述第二信號處理電路包括可控娃元件。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述第一信號處理電路的輸出直接耦合到所述可控矽元件的控制扱。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述接線異常剩餘電流保護裝置 具有第一電源和第二電源分別為所述第一信號處理電路和所述第二信號處理電路供電。在接線異常剩餘電流保護裝置的一個實施例中，所述剩餘電流檢測電路包括ー個電流互感器，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第二信號處理電路。本實用新型所提供的接線異常剩餘電流保護裝置具有以下優點電路結構簡単，在不影響原有相線、零線對地線的絕緣耐壓要求的基礎上，増加了對用電器使用的電源插座的錯誤接線的判斷功能，特別是能在零線和地線之間壓差較低時，例如低至36V的安全電壓時仍能較好地判斷出當電源插座的地線帶電的危險接線狀態，並在此情況下斷開用電器與電源插座的電連接，保護用電器使用者的人身安全，井能避免在保護裝置移動、用電器插頭插拔過程中或電源開關合閘時會存在誤動作的可能。並且，上述檢測動作功能均能夠自動完成，同時又能滿足用電器生產商的在線耐壓測試要求。
通過參照附圖閱讀以下所作的對非限制性實施例的詳細描述，本實用新型的其它特徵、目的和優點將會變得更明顯圖I示出了根據本實用新型的一個實施例的接線異常剩餘電流保護裝置100的電路圖；圖2示出了根據本實用新型的一個實施例的接線異常剩餘電流保護裝置200的電路圖；以及圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的接線異常剩餘電流保護裝置300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相同或相似的裝置(模塊)。
具體實施方式
圖I示出了根據本實用新型的一個實施例的接線異常剩餘電流保護裝置100的電路圖。如圖所示，接線異常剩餘電流保護裝置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、第一信號處理電路170、第二信號處理電路180以及激勵裝置190。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包括ー個電流互感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，並將該信號耦合到第二信號處理電路180。電壓差檢測電路160配置為檢測地線導體130與零線導體120之間的電壓差。具體地，在該實施例中，電壓差檢測電路160包括ニ極管D2、分壓電阻R8和R10、電阻R9、電容C9以及穩壓管ZD。在該實施例中，ニ極管D2被設置為提取單向半波信號；而後檢測的信號經過兆歐以上的高阻值電阻RlO檢測電壓差，並在RlO之後連接ー相對較小的電阻R8，從而能夠取樣得到小電壓信號，便於後續處理。例如，所述高阻值電阻R8和RlO分別選擇500k Ω和5ΜΩ。接著再經過由R9和C9組成的濾波電路濾波，獲得幹擾較小的電壓差取樣信號；然後經過濾波的電壓差信號再經由穩壓管ZD穩壓後耦合至第一信號處理電路170。穩壓管ZD用於限制經過濾波的電壓差取樣信號，以避免在異常情況下，由於電壓差取樣信號過大對電壓差檢測電路造成損害。第一信號處理電路170包括晶片IC2、參考電壓提供電路以及輸出信號處理電路。晶片IC2能夠是比較器或運算放大器。在圖I所示的實施例中，以晶片IC2是比較器為例進行說明。參考電壓提供電路包括R11、R12和C10。輸出信號處理電路包括R13、R14和C11。在運行時，由電壓差檢測電路160輸出的信號f禹合至第一信號處理電路170中晶片IC2的輸入端，接下來在晶片IC2中，將電壓差檢測電路160輸出的信號與由基準參考電壓電路提供的參考電壓相比較，當電壓差檢測電路160輸出的信號大於參考電壓時，晶片IC2輸出第一輸出信號。第一輸出信號例如是正電平信號。第一輸出信號在經輸出信號處理電路處理之後通過ニ極管D5耦合至第二信號處理電路180。第二信號處理電路180，耦合到所述剩餘電流檢測電路150和所述第一信號處理電路170，配置為響應於所述剰餘電流檢測電路150的輸出信號和所述第一信號處理電路170的輸出信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號。具體地，第二信號處理電路180包括控制晶片ICl和可控矽元件Ql等。剩餘電流檢測電路的輸出信號的預定錯誤條件是超過ー個預定值，電壓差檢測信號的預定錯誤條件是超過另ー預定值；這兩個預定值根據接線異常剩餘電流保護裝置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I所不的實施例中，第一信號處理電路170的輸出信號直接稱合到可控娃兀件Ql的控制極。當第一信號處理電路170的輸出信號為正電平時,可控娃兀件Ql被觸發導通。電流互感器151的次級耦合到控制晶片IC1。當剩餘電流檢測電路的輸出信號達到其預定錯誤條件時，控制晶片ICl輸出ー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190耦合到第二信號處理電路180，配置為響應於所述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190包括螺線圈S0L。螺線圈SOL兩端分別連接到相線導體110和ニ極管D1，由經過整流ニ極管Dl的半波整流信號為第一信號處理電路170以及第二信號處理電路180提供電源。 激勵裝置190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鉄。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鉄。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。當第二信號處理電路180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，同時開關裝置140處於第一位置並且電路正常工作吋，發光二極體D6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151兩側的相線導體和零線導體。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，從而引起第二信號處理電路180產生驅動信號，激勵裝置190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。當地線導體130與火線導體110相連時，地線導體130與零線導體120之間就存在電位差；或者當火線導體110與零線導體120交叉接線時，由於地線導體130與電源零線導體120之間等電位，此時地線導體130與錯誤接線的零線導體120之間就會產生電位差。電壓差檢測電路160通過對零線導體與地線導體間的電壓的檢測，將電壓差信號採樣濾波並穩壓後輸出給第一信號處理電路170，在第一信號處理電路170中的晶片IC2中與基準參考電壓信號比較，超過設定值時，輸出高電平驅動信號至第二信號處理電路180並由此引起第二信號處理電路180產生驅動信號，激勵裝置190響應於此驅動信號而使得開關裝置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接線異常剩餘電流保護裝置200的電路圖。如圖所示，接線異常剩餘電流保護裝置200包括相線導體210、零線導體220、地線導體230、開關裝置240、剩餘電流檢測電路250、電壓差檢測電路260、第一信號處理電路270、第二信號處理電路280以及激勵裝置290。接線異常剩餘電流保護裝置200的電路設置類似於接線異常剩餘電流保護裝置100，主要區別有兩處，其ー在於第一信號處理電路270中的晶片IC2沒有採用第二信號處理電路280中的晶片ICl所採用的第一電源，而是採用額外設計的第二電源進行供電，該獨立的電源由電阻R15、電容C12以及穩壓管ZD組成，這樣的設計能夠使得第一信號處理電路270中的晶片IC2更穩定地工作；另ー處區別是電壓差檢測電路260有所改變，相比於第一實施例100中的電壓差檢測電路160，在本實施例200的電壓差檢測電路260中，零線導體220和地線導體230之間的電壓差信號先經過高阻值電阻RlO和R8進行分壓，接著經過ニ極管D2取半波信號，然後再通過R9、C9和R7濾波，其中可選地，R7也可由穩壓管代替。在該實施例中，當從輸入側接入交流電源，同時開關裝置240處於第一位置並且電路正常工作吋，發光二極體D6通電發亮，以指示正常工作狀態。包括電阻R5和開關202的支路兩端分別跨接於電流互感器251兩側的相線導體和零線導體。當閉合開關202吋，在作為電流互感器251的初級的相線導體和零線導體上產生剩餘電流，從而引起第二信號處理電路280產生驅動信號，激勵裝置290響應於此而使得開關裝置240恢復到第二位置，切斷輸入側和輸出側之間的電連接。當地線導體230與火線導體210相連時，地線導體230與零線導體220之間就存在電位差；或者當火線導體210與零線導體220交叉接線時，由於地線導體230與電源零線導體220之間等電位，此時地線導體230與錯誤接線的零線導體220之間就會產生電位差。電壓差檢測電路260通過對零線導體與地線導體間的電壓的檢測，將電壓差信號採樣濾波並穩壓後輸出給第一信號處理電路270，在第一信號處理電路270中的晶片IC2中與基準參考電壓信號比較，超過設定值時，輸出高電平驅動信號至第二信號處理電路280並由此引起第二信號處理電路280產生驅動信號，激勵裝置290響應於此驅動信號而使得開關裝置240恢復到第二位置，切斷輸入側和輸出側之間的電連接，電氣安全得以保證。圖3示出了根據本實用新型的一個實施例的接線異常剩餘電流保護裝置300的電路圖。如圖所示，接線異常剩餘電流保護裝置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、第一信號處理電路370、第二信號處理電路380以及激勵裝置390。接線異常剩餘電流保護裝置300的電路設置類似於接線異常剩餘電流保護裝置100，主要區別在幹，由第一信號處理電路370輸出的信號並非直接驅動第二信號處理電路380中的可控矽元件Ql，而是將此接至第二信號處理電路380中的晶片ICl，經過ICl處理後輸出的信號用於驅動可控娃兀件Ql。在該實施例中，當從輸入側接入交流電源，同時開關裝置340處於第一位置並且電路正常工作吋，發光二極體Dl通電發亮，以指示正常工作狀態。當地線導體330與火線導體310相連時，地線導體330與零線導體320之間就存在電位差；或者當火線導體310與零線導體320交叉接線時，由於地線導體330與電源零線導體320之間等電位，此時地線導體330與錯誤接線的零線導體320之間就會產生電位差。電壓差檢測電路360通過對零線導體與地線導體間的電壓的檢測，將電壓差信號採樣濾波並穩壓後輸出給第一信號處理電路370，在第一信號處理電路370中的晶片IC2中與基準參考電壓信號比較，超過設定值時，輸出高電平驅動信號至第二信號處理電路380中的晶片ICl的一個輸入端，當輸入該輸入端的信號大於閾值電平時，晶片ICl的ー個輸出端輸出第二控制信號(例如高電平信號)。第二控制信號直接驅動可控矽元件Q1，並由此引起第二信號處理電路380產生驅動信號，激勵裝置390響應於此驅動信號而使得開關裝置340恢復到第二位置，切斷輸入側和輸出側之間的電連接，電氣安全得以保證。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，應能理解並實現所掲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「ー個」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.ー種接線異常剩餘電流保護裝置，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； 剰餘電流檢測電路(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)，配置為通過分壓電阻分壓來檢測所述地線導體和零線導體之間的電壓差； 第一信號處理電路(170)，耦合到所述電壓差檢測電路，配置為對所述電壓差檢測電路的輸出信號進行預定的處理； 第二信號處理電路(180)，耦合到所述剩餘電流檢測電路和所述第一信號處理電路，配置為響應於所述剩餘電流檢測電路的輸出信號和所述第一信號處理電路的輸出信號的預定錯誤條件之一而產生驅動信號； 激勵裝置(190)，耦合到所述第二信號處理電路，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I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述第一信號處理電路中包含比較器電路，用於在所述電壓差檢測電路的輸出信號大於預定閾值時，輸出預定的信號。
3.根據權利要求I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述電壓差檢測電路還包括至少ー個ニ極管，所述ニ極管用於提取單向半波信號。
4.根據權利要求I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述電壓差檢測電路還包括濾波和穩壓電路，所述濾波和穩壓電路用於濾波並穩壓經分壓電阻分壓的信號，以使得所述電壓差檢測電路的輸出信號對於所述第一信號處理電路是安全的。
5.根據權利要求I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述第二信號處理電路包括可控矽元件。
6.根據權利要求5所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述第一信號處理電路的輸出直接耦合到所述可控矽元件的控制扱。
7.根據權利要求I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述接線異常剩餘電流保護裝置具有第一電源和第二電源分別為所述第一信號處理電路和所述第二信號處理電路供電。
8.根據權利要求I所述的接線異常剩餘電流保護裝置，其特徵在於，所述剩餘電流檢測電路包括ー個電流互感器，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第二信號處理電路。
專利摘要本實用新型涉及接線異常剩餘電流保護裝置，包括相線導體、零線導體、地線導體、開關裝置、剩餘電流檢測電路、電壓差檢測電路、第一信號處理電路、第二信號處理電路以及激勵裝置。其中，剩餘電流檢測電路檢測相線導體和零線導體的剩餘電流，電壓差檢測電路檢測地線導體和零線導體之間的電壓差，第一信號處理電路對電壓差檢測電路的輸出信號進行預定的處理，第二信號處理電路響應於剩餘電流檢測電路的輸出信號和第一信號處理電路的輸出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H02H11/00GK202633938SQ20122017107
公開日2012年12月26日 申請日期2012年4月20日 優先權日2012年4月20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