漏电保护器及用于该漏电保护器的测试电路的制作方法
【专利摘要】本实用新型提供了一种用于漏电保护器的测试电路，包括：测试线圈(T2)；输入电路(M6)，其响应于一个外部输入的测试指示信号而将其输出从第一电压切换至第二电压；比较电路(M7)，将所述输入电路(M6)的输出与一参考阈值比较，若比较结果指示出所述输入电路的输出为第二电压，则所述比较电路输出一个测试使能信号，否则输出一个测试失效信号；波形发生电路(M8)，连接到所述比较电路(M7)以及所述测试线圈(T2)，其响应于来自所述比较电路(M7)的所述测试使能信号而产生能够流经该测试线圈(T2)的交变电压，其响应于来自所述比较电路(M7)的所述测试失效信号而停止产生交变电压。
【专利说明】漏电保护器及用于该漏电保护器的测试电路
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种测试电路，尤其涉及一种用于测试漏电保护器(ResidualCurrent Protect1n Device, RCD)是否发生故障的测试电路。
【背景技术】
[0002]漏电保护器(RCD)是一种广泛使用的电路防护装置，用来在设备发生漏电故障时断开其内部的断路器以切断配电系统中的供电线路对电气设备的供电，从而防止触电事故的发生。由于漏电保护器对用电的安全性起到至关重要的作用，因此需要经常测试其是否发生故障。这样，一旦发现漏电保护器发生了故障，可及时维修或更换新的漏电保护器。
[0003]现有技术中通常使用的漏电保护器测试电路中，采用单片机模拟漏电流的产生，测试漏电保护器是否指示断路器断开。下文中将参照图1说明该测试电路的工作过程。
[0004]如图1所示，漏电保护器通常包括电流互感器(或简称互感器)ZCT、漏电检测电路M9、断路器S和断路器驱动电路Ml (通常由螺线管构成)。配电系统的相线L1、L2、L3和中性线N穿过电流互感器ZCT的环形磁芯。ZCT的环形磁芯上缠绕有感测线圈Tl，其用于感测是否有漏电流出现。当相线L1、L2、L3和中性线N中出现漏电流时，互感器ZCT的磁芯上缠绕的感测线圈Tl中会出现感生电流。漏电检测电路M9采样到该感生电流后，会向断路器驱动器Ml发出控制信号，使断路器S断开，切断相线L1、L2、L3和中性线N的供电，从而防止触电事故的发生。
[0005]如图1所示，现有技术中的漏电保护器测试电路包括单片机MCU，其连接到缠绕在互感器ZCT的环形磁芯上的测试线圈T2上。MCU产生测试用的交变方波电压。该方波电压流经测试线圈T2时，ZCT上的感测线圈Tl中产生感生电流，从而模拟相线L1、L2、L3和中性线N中产生漏电流时的情形。
[0006]当需要对漏电保护器进行测试时，向单片机MCU发出信号使其产生方波电压。若漏电保护器使得断路器SS断开，则表明该漏电保护器工作正常，若该断路器S未断开，则说明该漏电保护器发生了故障，应及时维修或更换。
实用新型内容
[0007]本实用新型旨在于提供一种漏电保护器测试电路，其能够以较低的价格、可靠的性能完成对漏电保护器的测试。
[0008]本实用新型提供了一种用于漏电保护器的测试电路，包括:测试线圈，设置在电流互感器上，其中供电线路穿过该电流互感器，且该电流互感器上还设置有用于感测漏电流的感测线圈；输入电路，其响应于一个外部输入的测试指不信号而将其输出从第一电压切换至第二电压；比较电路，连接到所述输入电路，且将所述输入电路的输出与一参考阈值比较，其中所述参考阈值介于所述第一电压和第二电压之间，若比较结果指示出所述输入电路的输出为第二电压，则所述比较电路输出一个测试使能信号，否则输出一个测试失效信号；波形发生电路，连接到所述比较电路以及所述测试线圈，其响应于来自所述比较电路的所述测试使能信号而产生能够流经该测试线圈的交变电压，其响应于来自所述比较电路的所述测试失效信号而停止产生交变电压。
[0009]采用本实用新型提供的上述测试电路，测试所用的交变电压信号由模拟电路产生，而无需采用单片机，从而降低了成本且提高了电路的可靠性。
[0010]根据本实用新型提供的测试电路，还包括:整流电路，其连接到所述供电线路，且对来自所述供电线路上的电流进行整流；稳压电路，连接到所述整流电路，用于对整流后的电流进行稳压，以向所述输入电路提供稳定的电源。
[0011]根据本实用新型提供的测试电路，还包括:浪涌保护电路，连接在所述供电线路和所述整流电路之间，以对所述测试电路提供浪涌电压保护。
[0012]根据本实用新型提供的测试电路，还包括限流电路，其包括串联在所述涌流保护电路和所述整流电路之间的限流电阻。
[0013]根据本实用新型提供的测试电路，所述输入电路包括串联在电源和地之间的至少两个电阻和一个开关，所述电阻中至少一个电阻的一端连接到所述电源，所述电阻之间的一个节点处的电压作为输出，该输出被输送到所述比较电路，所述开关关断时，所述输入到所述比较电路的电压为第一电压，所述开关响应于外部输入而导通时，所述输入到所述比较电路的电压为第二电压。
[0014]根据本实用新型提供的测试电路，所述比较电路包括第一比较器，其中，所述第一比较器的第一输入端连接到所述输入电路的输出，所述第一比较器的第二输入端连接到所述参考阈值电压。
[0015]根据本实用新型提供的测试电路，所述交变电压为方波、正弦波或三角波。
[0016]根据本实用新型提供的测试电路，所述测试线圈中的交变电压在所述漏电保护器的互感器的采样线圈中感生电流。
[0017]本实用新型还提供一种包括上述测试电路的漏电保护器。
[0018]本实用新型提供的测试电路，无需采用单片机来产生模拟电流信号，成本低且性倉急
【专利附图】
【附图说明】
[0019]以下附图仅旨在于对本实用新型做示意性说明和解释，并不限定本实用新型的范围。其中，
[0020]图1示出了现有技术中的漏电保护器测试电路的结构示意图；
[0021]图2示出了根据本实用新型的一个实施例的漏电保护器测试电路的结构示意图。
[0022]附图标记列表
[0023]相线L1、L2、L3;中性线N ; 继电器S;继电器控制器Ml;
[0024]浪涌电压保护电路M2 ；限流电路M3 ；整流电路M4 ； 稳压电路M5 ；
[0025]输入电路M6;比较电路M7;波形发生电路M8;漏电检测电路M9;
[0026]电流互感器ZCT;线圈T1、T2;单片机MCU ;稳压二极管D5 ;
[0027]压敏电阻R14、R15、R16、R17 ;电容 Cl、C2、C3、C4 ;
[0028]开关SI ;比较器 U1、U2二极管01、02、03、04、06、07、08、09;
[0029]电阻 RU R3、R4、R5、R6、R7、R8、R9、R1、Rll、R12、R13、R18、R19、R20、R21、R22、R23 ；
【具体实施方式】
[0030]本实施例提供了一种漏电保护器测试电路，其采用电路的方式而非单片机的方式产生模拟漏电流。图2示出了根据本实施例提供的测试电路应用在漏电保护器中的情形。[0031 ] 与图1类似，图2中的漏电保护器包括互感器ZCT和漏电检测电路M9。漏电检测电路M9发出的漏电指示信号能够经由断路器驱动电路Ml而使得断路器S断开供电连接。供电线路的相线L1、L2、L3和中性线N穿过该互感器ZCT的环形磁芯。当相线L1、L2、L3和中性线N中出现漏电流时，互感器ZCT的磁芯上缠绕的感测线圈Tl中会出现感生电流。漏电保护器的漏电检测电路M9感测到该感生电流且确定该感生电流大于预定阈值后，会向断路器驱动电路Ml发出漏电指示信号，以使断路器器S断开，即切断相线L1、L2、L3和中性线N的供电，从而防止触电事故的发生。
[0032]如图2所示，根据本实用新型的一个实施例提供的漏电保护器测试电路优选包括浪涌保护电路M2、限流电路M3、整流电路M4、稳压电路M5、输入电路M6、比较电路M7以及波形发生电路M8。
[0033]浪涌电压保护电路M2连接到配电系统的相线L1、L2、L3和中性线N，用于从配电系统接收电能，并提供浪涌保护。在图2所示的例子中，浪涌保护电路M2包括例如串联在相线LI和零线N之间的线绕电阻R7、压敏电阻R17、压敏电阻R14以及线绕电阻R13，以及例如串联在相线LI和相线L2之间的线绕电阻R10、压敏电阻R16、压敏电阻R15、以及线绕电阻R11。每个压敏电阻R14?R17的一端连接到相关相线或零线上的线绕电阻的一端，另一端彼此连接。由此，当涌流电压出现在LI和N上时，部分电压加在线绕电阻R7和RlO上，部分电压急啊压敏电阻R16和R17上。压敏电阻R16和R17由此实现电压钳位。
[0034]限流电路M3连接到浪涌保护电路M2，以从浪涌电压电路M2接收电能。在图2的实例中，限流电路M3包括串联到每个相线或零线线路上的限流电阻R4、R6、R8和R12。限流电阻的存在能够限制流过该线路的电流大小，以保护测试电路中的元器件不会受到过电流的损坏。
[0035]整流电路M4连接到限流电路M3，对限流电路M3输出的电流进行整流，以得到整流后的直流电压。在图2中，整流电路M4包括全桥整流电路，即包括二极管D1、D2、D3、D4、D6、D7、D8、D9。在稳压电路M5连接到整流电路M4，用于将整流电路M4输出的电压稳定到某一电压值。在图2中，稳压电路M5包括并联连接在整流后的电源和地之间的稳压二极管D5和电容C3。稳压电路M5用于稳定整流电路M4输出的电压，并在稳压二极管D5的两端(也即电容C3的两端)输出稳定的电源Vcc。
[0036]输入电路M6连接到稳压电路M5以接收该稳压电路M5输出的电压，并将稳压电路M5输出的电压传输到比较电路M7。当输入电路M6未接收到外部输入的测试指示信号时，其向比较电路M7传输第一电压。比较电路M7将该第一电压与参考电压Vref比较后,输出第一信号，即测试失效信号。当输入电路M6接收到测试指示信号时，其将输出电压从第一电压切换至第二电压，并向比较电路M7传输该第二电压。比较电路M7将该第二电压与参考电压Vref比较后,输出与第一信号不同的第二信号。这里参考电压或称阈值电压设置成介于第一和第二电压之间的电压值，其目的在于判别出输出到比较电路的电压是否为第二电压。判别出第二电压表示外部输入为测试指示信号，即启动测试过程。
[0037]在图2中，输入电路M6包括分压电阻Rl、R9和开关SI，连接在Rl和R9之间的节点为输出端，该输出端连接到比较电路M7的一个输入端。比较电路M7包括比较器U1，用于将输入电路M6的输出与一参考电压相比较，以判断该输出是否为表示测试指示的第二电压。
[0038]具体地，在图2的例子中，分压电阻R1、R9和开关SI依次串联在稳压后的电源Vcc和地之间。当无外部输入时，开关SI断开，分压电阻R1、R9之间节点上的输出电压为Vcc。当外部输入使得开关SI导通时，分压电阻R1、R9之间的电压被拉低到R9*Vcc/(Rl+R9)，BP
第二电压。
[0039]输入电路M6的输出连接到比较器Ul的反向输入端㈠。一个参考电压连接到比较器Ul的正向输入端(+)。如图2所示，比较器Ul的参考电压Vref由Vcc和分压电阻R3、R5提供。电阻R3和R5串联在Vcc和地之间。由此，分压电阻R3、R5之间的参考电压Vref可表示为Vref = R5*Vcc/(R3+R5)。合理选择电阻R3和R5，可以得到介于介于第一电压Vcc和第二电压R9*Vcc/(Rl+R9)之间的参考电压。
[0040]当输入电路M6未接收到测试指示信号(外部输入)时，开关SI关断，输入到比较器Ul的反向输入端的电压Vcc高于该参考电压，比较器Ul输出低电平，例如地电平。该低电平不足以对电容Cl充电，故电容Cl上的低电压构成一个测试失效指示信号。当外部输入使得开关SI导通时，输入到比较器Ul的反向输入端的电压为R9*Vcc/ (R1+R9)，其低于该参考电压，比较器Ul输出高电平，例如Vcc。该高电平足以将电容Cl充电至期望电压，例如Vcc，其构成一个测试使能信号。
[0041]波形发生电路M8，连接到缠绕在漏电保护器的电流互感器ZCT的环形磁芯上的测试线圈T2。波形发生电路M8接收来自比较电路M7发出的指示信号。当比较电路M7的电容Cl上输出一个测试使能信号时，波形发生电路M8响应于所接收到的测试使能信号而向测试线圈T2输出方波电压。当比较电路M7的电容Cl上输出一个测试失效信号时，波形发生电路M8停止输出例如方波电压。
[0042]在图2的例子中，波形发生电路M8包括一比较器U2，该比较器U2的供电端连接到比较电路M7的输出端，即电容Cl上的电压G-EN。当输入电路M6接收到外部输入而导通开关SI时，比较电路M7中将电容Cl充电至一个高电平，例如G-EN可以达到Vcc。这时，比较器U2因得到例如Vcc电源而开始工作，使得波形发生电路M8向测试线圈T2输出交变的方波电压。
[0043]图2中的波形发生电路M8输出方波电压的原理如下:比较器U2是滞回比较器，当比较器U2输出高电平时，它的同相输入端(+)的电压为VI。当比较器2输出低电平时，它的同相输入端(+)的电压由Vl降为V2。起始时，比较器U2的同相输入端(+)的电压大于反相输入端(_)的电压，比较器U2输出高电平，该高电平使反相输入端(-)的电容C4充电，此时同相输入端⑴的电压为VI。当电容C4的电压上升到等于同相输入端⑴的电压Vl时，比较器U2输出低电平，导致反相输入端(-)的电容C4开始放电，此时同相输入端(+)的电压降至V2。当电容C4的电压下升到等于同相输入端⑴电压V2时，比较器U2又输出高电平，使反相输入端(_)的电容C4又开始充电，此时同相输入端(+)的电压又提高到Vl0当电容C4的电压上升到等于同相输入端(+)的电压Vl时，比较器U2输出低电平，导致反相输入端(-)的电容C4开始放电，此时同相输入端(+)的电压降至V2。以此往复，t匕较器U2循环输出高低电平。此高低电平为方波电压信号，方波电压信号加在电阻R18上，形成测试电流，测试电流流入测试线圈T2，以模拟漏电流的产生。
[0044]当需要对漏电保护器进行测试时，外部输入导通开关SI，即向输入电路M6发出测试指示信号。由此，比较电路M7会接收到第二电压，且经比较电路M7确认输入电路输出为第二电压时，比较电路M7向波形发生电路M8发出使其产生方波电压的测试使能信号。由此，波形发生电路M8产生的交变方波电压被输入到测试线圈T2。此后，ZCT上的感测线圈Tl因感应到该测试线圈上的电流而产生感生电流。漏电检测电路M9检测到该感生电流后驱动相关断路器动作。由此,测试电路通过模拟相线L1、L2、L3和中性线N中产生漏电流时的情形，而实现对漏电保护器的测试。此时，若漏电保护器未能驱动断路器S断开，则表明该漏电保护器发生了故障，应及时维修或更换。
[0045]本实施例提供的漏电保护器测试电路，采用电路的方式而非单片机的方式产生模拟漏电流，成本低且性能稳定。
[0046]本实施例中以方波电压信号为例，对根据本实用新型的技术方案进行的描述，但这并非限制性的，其它形式的交变电压信号也可以同样地在互感器ZCT的线圈Cl中感生出电流从而模拟漏电流的产生，例如正弦波、三角波形式的交变信号等，本领域技术人员可根据实际需要而灵活地选择。
[0047]本实施例提供的漏电保护器测试电路中由上述各个电路组成，其中上述各个电路中的每个电路可以有多种变型，本领域技术人员可以根据实际需要而采用不同类型的电路来实现上述各个电路中的每一个。
[0048]应当理解，虽然本说明书是按照各个实施例描述的，但并非每个实施例仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
[0049]以上所述仅为本实用新型示意性的【具体实施方式】，并非用以限定本实用新型的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本实用新型的构思和原则的前提下所作的等同变化、修改与结合，均应属于本实用新型保护的范围。
【权利要求】
1.一种用于漏电保护器的测试电路，其特征在于，包括: 一个测试线圈(T2)，设置在所述漏电保护器的电流互感器(ZCT)上，被监测的供电线路(L1、L2、L3、N)穿过该电流互感器，且该电流互感器上还设置有用于感测漏电流的感测线圈(Tl)； 一个输入电路(M6),其响应于一个外部输入的测试指不信号而将其输出从第一电压切换至第二电压； 一个比较电路(M7)，连接到所述输入电路，且将所述输入电路(M6)的输出与一参考阈值比较，其中所述参考阈值介于所述第一电压和第二电压之间，若比较结果指示出所述输入电路的输出为第二电压，贝1J所述比较电路输出一个测试使能信号，否则输出一个测试失效信号； 一个波形发生电路(M8)，连接到所述比较电路(M7)以及所述测试线圈(T2)，其响应于来自所述比较电路(M7)的所述测试使能信号而产生能够流经该测试线圈(T2)的交变电压，以及响应于来自所述比较电路(M7)的所述测试失效信号而停止产生交变电压。
2.根据权利要求1所述的测试电路，其特征在于，还包括: 一个整流电路(M4)，其连接到所述供电线路，且对来自所述供电线路上的电流进行整流； 一个稳压电路(M5)，连接到所述整流电路，用于对整流后的电流进行稳压，以向所述输入电路提供稳定的电源。
3.根据权利要求2所述的漏电保护器测试电路，其特征在于，还包括: 一个浪涌保护电路(M2)，连接在所述供电线路和所述整流电路之间，以对所述测试电路提供浪涌电压保护。
4.根据权利要求3所述的漏电保护器的测试电路，其特征在于，还包括限流电路(M3)，其包括串联在所述涌流保护电路(M2)和所述整流电路(M4)之间的限流电阻。
5.根据权利要求1所述的漏电保护器的测试电路，其特征在于，所述输入电路(M6)包括串联在电源和地之间的至少两个电阻(R1、R9)和一个开关(SI)，所述电阻中至少一个电阻的一端连接到所述电源，所述电阻(R1、R9)之间的一个节点处的电压作为输出，该输出被输送到所述比较电路(M7)，所述开关(SI)关断时，所述输入到所述比较电路(M7)的电压为第一电压，所述开关(SI)响应于所述外部输入而导通时，所述输入到所述比较电路(M7)的电压为第二电压。
6.根据权利要求5所述的漏电保护器测试电路，其特征在于，所述比较电路(M7)包括第一比较器(Ul)，其中，所述第一比较器(Ul)的第一输入端连接到所述输入电路(M6)的输出，所述第一比较器(Ul)的第二输入端连接到所述参考阈值电压。
7.根据权利要求1所述的漏电保护器的测试电路，其特征在于，所述交变电压为方波、正弦波或三角波。
8.根据权利要求1所述的漏电保护器的测试电路，其特征在于，所述测试线圈(T2)中的交变电压在所述漏电保护器的互感器的采样线圈(Tl)中感生电流。
9.一种漏电保护器，其特征在于包括如权利要求1-8中任一项所述的测试电路。
【文档编号】G01R31/00GK204065253SQ201420222705
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2014年4月30日 优先权日:2014年4月30日
【发明者】杨林 申请人:西门子公司