用电检测装置的制作方法

本发明涉及家用电路领域，具体地，涉及一种用电检测装置。

背景技术：

随着人们物质生活水平的不断提高和电器产品使用的日益普及，人们对电器的使用安全也越来越重视。因此带有保护功能的漏电检测装置应运而生。当前，已经设计出一种同时具备漏电检测和自检功能的继电器式的用电检测装置。

然而，当前的用电检测装置没有欠压保护电路。因此，在低电压(低于产品额定电压或更低)时，会出现误脱扣现象。

因此，亟需一种具有欠压保护电路的用电检测装置。

技术实现要素：

因此，本发明的目的在于提供一种用电检测装置和具有该用电检测装置的电连接设备。该用电检测装置能够避免在低电压情况下的误脱扣现象。

为实现上述目的，本发明的第一方面提供了一种用电检测装置，包括：自检单元，用于在自检模式中周期性地产生模拟漏电信号；漏电故障检测单元，用于在所述自检模式中检测所述模拟漏电信号，以及在漏电故障检测模式中检测漏电故障；以及欠压保护单元，用于在电源电压低于电压预设定值的情况下禁止所述自检单元产生所述模拟漏电信号。通过上述方式，欠压保护单元使得自检单元在欠压的情况下不工作。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，述自检单元包括：参考电压生成子单元，用于生成参考电压；周期设置子单元， 用于生成周期变化的电压，所述周期变化的电压在所述周期的不同阶段分别大于和小于所述参考电压；第一比较器，用于比较所述参考电压和所述周期变化的电压；以及第一晶体管，用于根据所述比较的结果产生所述模拟漏电信号。通过这种方式，自检单元能够周期性地生成模拟漏电信号。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述欠压保护单元包括第六晶体管，用于在所述电源电压低于所述电压预设定值的情况下，将所述周期设置子单元的输出端与地相连接，以使得所述周期变化的电压为零。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述欠压保护单元还包括第七晶体管，在所述电源电压低于所述电压预设定值的情况下，所述第七晶体管断开以导通所述第六晶体管。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述欠压保护单元还包括第二比较器，在所述电源电压低于所述电压预设定值的情况下，所述第二比较器输出高电平以导通所述第六晶体管。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述第六晶体管为三极管、二极管或可控硅。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述用电检测装置还包括：自检或漏电选择触发单元，用于触发所述漏电故障检测模式或所述自检模式。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述自检或漏电选择触发单元包括第四晶体管和第五晶体管，通过断开所述第四晶体管和导通所述第五晶体管来选择所述漏电故障检测模式，以及通过导通所述第四晶体管和断开所述第五晶体管来选择所述自检模式。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述用电检测装置还包括：电源单元，用于为所述用电检测装置供电；以及继电器保持单元，用于在上电后保持继电器开关的闭合。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述继电器保持单元包括复位开关、第二晶体管和第三晶体管，其中，通过闭合 所述复位开关使得所述第二晶体管和所述第三晶体管保持闭合，以使得所述继电器开关保持闭合。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述继电器保持单元还包括第一故障显示单元，所述第一故障显示单元用于显示所述漏电故障。通过这种方式，能够明确地向用户和维护人员指示电路的漏电故障。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述自检单元还包括第二故障显示单元，所述第二故障显示单元用于显示所述用电检测装置的故障。通过这种方式，能够明确地向用户和维护人员指示用电检测装置的故障。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，所述漏电故障检测单元包括：检测线圈，用于检测漏电流或者所述模拟漏电信号；处理器，用于将所述检测线圈的检测结果发送给所述自检或漏电选择触发单元。

在依据本发明的用电检测装置的一种实施方式中，在所述电源电压的第一半周中触发所述漏电故障检测模式，以及在所述电源电压的第二半周中触发所述自检模式。

通过这种方式，低成本和高可靠性地分别控制漏电故障检测单元和自检单元工作。

此外，本发明的第二方面提供了一种电连接设备，其具有根据本发明所述的用电检测装置。

综上，本发明通过在同时具备漏电检测和自检功能的用电检测装置上增加欠压保护单元，使得自检电路在欠压情况下不进行自检，并且避免了误脱扣现象。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显，其中：

图1示出了根据本发明的一种实施方式的用电检测装置的逻辑 框图；

图2示出了根据本发明的用电检测装置的第一实施例的电路结构示意图；

图3示出了根据本发明的用电检测装置的第二实施例的电路结构示意图；

图4a示出了根据本发明的一种实施方式的欠压保护单元的电路结构示意图；

图4b示出了根据本发明的另一种实施方式的欠压保护单元的电路结构示意图；

图5示出了根据本发明的用电检测装置的第三实施例的电路结构示意图；以及

图6示出了根据本发明的用电检测装置的第四实施例的电路结构示意图。

具体实施方式

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进行限定。

图1示出了根据本发明的一种实施方式的用电检测装置的逻辑框图。

如图1所示，用电检测装置至少包括漏电故障检测单元4、自检单元5和欠压保护单元6。

其中，漏电故障检测单元4用于检测供电线上的漏电流，当漏电流大于或等于漏电流阈值时，则驱动开关元件来断开供电通路或完成自检。

自检单元5用于检测自检或漏电选择触发单元3以及漏电检测 单元4的运行状况。

欠压保护单元6用于在电源电压低于电压预设定值的情况下禁止自检单元产生模拟漏电信号。

此外，用电检测装置还包括电源单元1、继电器保持单元2和自检或漏电选择触发单元3。

其中，电源单元1用于为用电检测装置供电。

继电器保持单元2用于在上电后保持继电器正常工作，从而确保为负载供电。

自检或漏电选择触发单元3用于选择漏电故障检测模式或自检模式。当漏电信号为自检信号时，则通知漏电故障检测单元完成自检；当电路中的漏电信号为电路漏电故障信号时，则切断电源。

图2示出了根据本发明的用电检测装置的第一实施例的电路结构示意图。

如图2所示，继电器保持单元2至少包括：第二晶体管q4、第三晶体管q5、多个电阻r18-r20、继电器线圈、继电器开关sw1以及第一故障显示单元d6-2。

自检或漏电选择触发单元3至少包括：第四晶体管q7、第二可控硅q3、第五晶体管q8、复位开关reset以及电阻r23。

漏电故障检测单元4至少包括：处理器ic1和检测线圈。

自检单元5至少包括：第一比较器ic2、第二故障显示单元d6-1、第一晶体管q1、多个电阻r1-r8以及多个电容c1-c3。

欠压保护单元6至少包括：实施为例如第六晶体管q9的形式的开关元件、电容c40以及多个电阻r25、r26。其中第六晶体管q9例如为三极管、二极管或可控硅。

参考图2，下面分别对自检或漏电故障选择触发单元3、漏电故障检测单元4、自检单元5和欠压保护单元6在检测漏电故障和自检情况下的工作方式进行阐述。

首先描述检测漏电故障时各个单元的工作方式。

复位开关reset闭合后，a-r18-q8-b-r20-r19-q5-d6-2回路形成， 晶体管q8、q4和q5导通，继电器线圈正常供电，继电器开关sw1闭合负载接通，第一故障显示单元d6-2常亮。

自检或漏电故障选择触发单元3中选择故障触发，则第五晶体管q8导通，第四晶体管q7截止。

漏电故障检测单元4中的检测线圈检测电源的l、n线上是否有漏电流产生。

若此时没有漏电流产生，则处理器ic1的引脚5输出低电平，第二可控硅q3无法导通，从而继电器线圈工作正常，负载供电正常。

若此时有达到漏电流阈值的漏电流产生，则漏电故障检测单元4中的检测线圈接收漏电流后输出感应电压至处理器ic1的引脚1和3，从而引脚5输出高电平，使得第二可控硅q3导通，由于在自检或漏电故障选择触发单元3中选择故障触发，则a-r18-q8-b-q3回路形成并保持光耦导通，b点的电位迅速下降，并且晶体管q4和q5截止，导致继电器线圈供电回路断路，从而继电器开关sw1断开，负载供电被切断，第一故障显示单元d6-2熄灭。

下面描述电路自检时各个单元的工作方式。

复位开关reset闭合后，a-r18-q8-b-r20-r19-q5-d6-2回路形成，晶体管q8、q4和q5导通，继电器线圈正常供电，负载接通，第一故障显示单元d6-2常亮。

自检或故障选择触发单元3选择自检触发，则第四晶体管q7导通，第五晶体管q8截止。

漏电故障检测单元4中的检测线圈检测电源的l、n线上是否有漏电流产生。

自检单元5周期性地产生漏电信号。

自检单元5包括周期设置子单元，该周期设置子单元包括串联连接的电阻r4和电容c2，周期设置子单元还耦接至第一比较器ic2的输入端(正极)。第一比较器ic2上的电阻r4、电容c2通过电阻r1连接到n线，通过电阻r4给电容c2充电。

第一比较器ic2的正极耦接至电阻r4和c2之间，用于接收电 容c2上的电压信号，第一比较器ic2的负极耦接至由电阻r2、r3组成的参考电压生成子单元，用于接收参考电压信号。周期调整组件与参考电压生成子单元均接收来自n的电压信号。

当电容c2(即第一比较器ic2的正极)上的电压高于r3(即ic2的负极)上的电压时，ic2的输出翻转，c点出现高电平，d-r23-q7、c-r5-q1、c-r6-d6-1、c-r7-c3回路形成，第二故障指示点亮；q7导通而q8截止。自检或故障选择触发单元3选择自检触发完成。

c点通过电阻r5耦接至第一晶体管q1的基极，因此，c点一旦输出高电平，q1便导通，使得n-r18-q1-d1-l线形成电流回路，给漏电故障检测单元4中的检测线圈引入了预设定的电流ic(电流ic应大于或等于漏电故障检测电流的阈值if)。

检测线圈接收漏电信号并产生感应电压，使得ic1的引脚5上输出高电平信号，从而使得第二可控硅q3导通。此时，电容c2通过d5、q3进行放电，使得第一比较器ic2的正极电压迅速降低。

当第一比较器ic2的正极电平低于负极电平时，第一比较器ic2的输出端翻转，c点为低电平，第一晶体管q1被关断，第二故障指示熄灭。此时检测线圈没有检测到漏电信号，ic1的引脚5和q3的控制级为低电平；电容c2上的电荷被泄放，其电压下降，从而低于第二可控硅q3和二极管d5导通的阈值电压；电容c2放电的同时a-r18-r13-b-q3回路形成，使得q3导通后不会维持，完成自检后截止。自检单元重复上述过程。

情形1：当用电检测装置正常工作时，复位开关reset闭合后，负载供电，则第一故障显示单元d6-2应该保持常亮。正常通电时，自检时的第二故障显示单元d6-1应该周期性闪烁。如果按下测试开关test，则形成l-r11-n的回路，继电器线圈回路断开，即继电器开关sw1断开，负载断电，第一故障显示单元d6-2熄灭。多次重复后，则证明用电检测装置的功能是正常的。

情形2：当电路上电复位后，如果第一故障显示单元d6-2不能常亮或者第二故障指示单元d6-1不能周期性闪烁时，则故障显示单元 异常，用电检测装置不能继续使用。

如果漏电故障检测单元4发生故障(例如电容c5短路、处理器ic1损坏等)而造成漏电保护功能丧失；或是预设定的电流值if变大导致自检单元产生的漏电流ic小于if，此时，处理器ic1的引脚5将输出低电平，即第二可控硅q3不导通(也可以是第二可控硅q3损坏，例如q3断路或q3触发脚短路)，此时第二故障指示单元d6-1持续亮起，以提示使用者该漏电保护器不能继续使用。

如果此时第二可控硅q3、二极管d5和d8没有损坏，则第一比较器ic2将通过电阻r7给电容c3充电，当电位达到设定值时，二极管d8和第二可控硅q3导通，第一比较器ic2将持续输出高电平，第一晶体管q1始终导通，因此，第二可控硅q3将持续导通。当电路由自检触发切换到漏电故障触发时，a-r18-q8-b-q3回路导通，光耦导通，晶体管q4、q5截止，继电器线圈回路断开，从而导致继电器开关sw1被断开，即断开了输入与输出的电力连接，使得产品无法继续使用，以保证用户安全。

如果继电器线圈短路或断路，线圈中没有电流通过，则与线圈联动的继电器开关sw1断开；

如果第五晶体管q8损坏(短路或断路)，则晶体管q4或q5在q3自检导通时截止，继电器线圈回路断开；

如果第四晶体管q7损坏(短路或断路)，则晶体管q4或q5在q3自检导通时截止，继电器线圈回路断开；

如果光耦损坏(短路或断路)，则晶体管q4或q5在q3导通时至少一个截止，继电器回路断开；

如果晶体管q4、q5其中一个损坏(短路或断路)，由于q4、q5串联在继电器回路中，故障关断时，q4、q5电都会关断，则q4、q5的损坏不会影响电路关断功能。

此外，电容c20选择自动(上电后继电器开关sw1自动闭合)或手动(压下复位开关reset则继电器开关sw1闭合)上电功能。

对于自检或漏电故障选择触发单元3，当自检单元发出自信号 时，晶体管q7导通、q8断开、q3导通；当接到漏电故障时晶体管q7关闭、q2导通、q3导通。

此外，当电源单元1提供的电压低于额定电压或一个预先设定的电压预设定值时，则通过欠压保护单元6的作用使得无法对自检单元5中的电容c2进行充电。具体地，欠压保护单元6的一端耦接至电阻r4和c2之间，而另一端耦接至电源单元1。当电源电压较低时，欠压保护单元6中的第六晶体管q9导通并且将r4和c2之间接地，从而不再能够对电容c2进行充电。在这种情况下，在ic2的输出端上的c点维持低电平，这禁止了自检单元5周期性地产生漏电信号。

图3示出了根据本发明的用电检测装置的第二实施例的电路结构示意图。

如图3所示，电检测装置包括漏电检测电路和自检电路。漏电检测电路用于检测供电线中是否产生漏电故障。而自检电路用于检测漏电检测电路是否能够正常工作。该两个电路进一步被配置为，分别工作在供电线中的正弦交流电的正负半周，即在一个半周中检测漏电故障，而在另一半周中检测漏电故障电路是否正常。

漏电检测电路包括：检测线圈zct、螺线管sol、可控硅元件q1、二极管d5以及处理器ic1等元件。可以理解的是，可控硅元件q1也可以用其它具备开关功能的元件代替，譬如，mos管。

自检电路包括：比较单元ic2和模拟漏电流产生单元，其中，比较单元周期性地产生比较结果，进而驱动模拟漏电流产生单元产生漏电流，模拟漏电流产生单元则在至少一根供电线上产生第一漏电流。

可以理解的，这里的模拟漏电流产生单元所产生的是自检电路主动产生的电流，用于模拟供电故障时所产生的漏电流。

线圈zct的两端耦接至处理器ic1的引脚1和3，当zct输出的电压变化大于阈值时，ic1的引脚5输出高电平，否则，输出低电平。整流桥d1-d4分别耦接至火线(l)、n线，并通过电阻r3耦接至ic1的引脚6，以在两个半周均能为ic1提供工作电源。ic1的 引脚7耦接至线圈ring2，用于读取ring2上的感应电压的变化值。

支路辅助开关sw1与复位开关reset联动，即reset闭合，sw1也闭合，反之亦然。

当复位开关reset复位后，l、n供电线将上电，交流电波形为正弦波。

分别对漏电检测电路、自检电路在各半周的工作情况进行阐述，为了便于阐述，这里以正半周、负半周为例。

正半周：检测漏电故障

在该半周中，sw1与reset均闭合，zct检测l、n线上是否有漏电流产生。

若此时没有漏电流产生，则ic1在引脚5输出低电平，可控硅q1无法导通，从而螺线管sol中的电流不会产生变化，从而不会使得开关reset断开。

若此时有漏电流产生，则zct输出感应电压至ic1的引脚1、3后，ic1在引脚5输出高电平，从而导通可控硅q1。此时，螺线管sol中的电流将因为可控硅的导通而产生较大的变化，使得reset断开，进而断开开关sw1，切断了l线至n线的电流通路。

当供电通路保持供电状态时，即螺线管中的电流未产生因可控硅q1导致的电流较大的变化时，耦接至螺线管的第一故障显示单元(包括电阻r4和发光二极管led1)将一直发出显示信号，以告知用户此时reset开关闭合。当可控硅q1导通后，复位开关reset将断开，此时第一故障显示单元将不再显示，从而告知用户此时供电通路已经断开。另外，当螺线管sol损坏，即sol的线圈形成了断路，此时第一故障显示单元也不再显示。

对于自检电路2，由于n线此时并未对其进行供电，因此，在正半周，漏电检测电路1工作，自检电路2不工作。

负半周：电路自检

类似的，在该半周中，sw1与reset均闭合，zct检测l、n线上的是否有漏电流产生。

自检电路2还包括周期设置组件，该周期设置组件包括串联连接的电阻r9和电容c10，周期设置组件还耦接至可控硅元件q1和比较单元的第一输入端(正极)。显然，当可控硅q1导通时，其能够提供电容c10上的电荷泄放的路径，从而降低电容c10的电压。

比较单元的正极耦接至电阻r9和电容c10之间，用于接收电容c10上的电压信号，比较单元的负极耦接至包括电阻r7、r8的参考电压生成单元，用于接收参考电压信号。因此，周期调整组件与参考电压生成单元均接收来自n线上的电压信号

情形1：漏电检测电路工作正常：

由于ic2正极上的电阻r9、电容c10通过电阻r5连接到n线，因此，接在ic2正极上的电阻r9将在该半周给电容c10充电。当c10上的电压高于r7上的电压(即ic2的负极)时，ic2的输出端将反转，ic2输出端出现高电平。

ic2输出端通过电阻r11耦接至三极管q2的基极，因此，ic2输出端一旦输出高电平，q2便导通，进而下拉r13处的电位，而q2导通的时间则取决于ic2输出端的高电平维持时间。q2的导通，给zct引入了预设定值电流ic，显然，电流ic应大于或等于漏电故障检测电流的阈值if，否则ic1无法将对应于电流ic的zct的输出信号识别为有效漏电信号。因此，通过三极管q2和电阻r13引入了供zct检测的漏电流，从q2的发射极经整流桥中的d2流至l线，以形成电流回路。

对于电流ic，ic1基于zct的输出信号，在引脚5上输出高电平信号，从而使得可控硅q1导通。此时，q1导通则二极管d6也将导通，由于二极管d6接在电容c10的正极和ic2的正极，因此电容c10将通过二极管d6、可控硅q1进行放电，使得ic2的正极电压迅速降低，进而导致ic2输出端反转为低电平。

当ic2正极电平低于负极电平时，ic2的输出端输出低电平，三级管q2被关闭。此时，由于停止给zct提供电流(即电流ic并未产生)，zct未检测到漏电流，因此，ic1的引脚5和q1的控制 极为零电平，可知，此在负半周漏电检测电路工作正常时，可控硅q1的导通取决于电容c10上的电位。由于电容c10上电荷被泄放，其电压也将下降，从而无法达到可控硅q1和/或二极管d6导通的阈值电压，因此，可控硅q1此时将被关闭。

当漏电故障检测电路工作正常和预设定电流值if没发生变化时，下一周期开始为电容c10充电，重复如上的过程。可以通过改变c10与r9的参数来调整检测周期的长短，该检测周期可以是交流电周期的整数倍。

情形2：漏电检测电路工作不正常

此时，漏电检测电路发生故障或预设定电流值if变大，例如电容c2断路、ic1损坏等造成漏电检测电路1丧失漏电保护能力，或是预设定电流值if变大导致自检单元产生的漏电流ic小于if，此时，ic1的引脚5将输出低电平，即q1不导通。此时，电容c10没有放电路，从而导致电容c10的电位始终高于ic2的负极端，即ic2的输出端持续输出高电平，所以三极管q2始终导通，led2持续亮起，以提示使用者该漏电保护器不能继续使用。

如果此时可控硅q1、二极管d6和d7均没有损坏，则比较单元ic2将通过电阻r12给电容c11充电，当电位达到设定值时，二极管d7导通、q1导通。由于此时比较单元ic2将持续输出高电平，因此，可控硅q1的导通将使得螺线管sol中的电流瞬间增大，从而断开复位开关reset，即断开了输入与输出的电力连接，促使用户不能使用。

此外，当电源单元提供的电压低于额定电压时，则通过欠压保护单元的作用使得无法对自检单元中的电容c10进行充电。具体地，欠压保护单元6包括第六晶体管q9、电容c40以及多个电阻r24、r25和r26。欠压保护单元6的一端耦接至电阻r9和电容c10之间，而另一端耦接至电源。当电源电压较低时，欠压保护单元6中的第六晶体管q9导通并且将r9和c10之间接地，从而不再能够对电容c10进行充电。在这种情况下，在ic2的输出端上维持低电平，这禁止了 自检单元周期性地产生漏电信号。

图4a示出了根据本发明的一种实施方式的欠压保护单元6的电路结构示意图。

如图4a所示，欠压保护单元6包括第六晶体管q9、第七晶体管q10、电容c40以及多个电阻r24、r25、r27和r28。在图中，a、b和c点的位置参照图1所示。具体地，当电源电压(a点电压)较低时，第七晶体管q10断开，而第六晶体管q9导通，自检单元5无法工作。反之，当电源电压正常时，第七晶体管q10导通，而第六晶体管q9断开，则自检单元5能够正常工作。

图4b示出了根据本发明的另一种实施方式的欠压保护单元的电路结构示意图。

如图4b所示，欠压保护单元6包括第六晶体管q9、第二比较器u1b、电容c40以及多个电阻r24、r25和r26。在图中，a、c和d点的位置参照图1所示。具体地，当电源电压(a点电压)较低时，第二比较器u1b输出高电平，第六晶体管q9导通，自检单元5无法工作。反之，当电源电压正常时，第六晶体管q9断开，则自检单元5能够正常工作。

图5示出了根据本发明的用电检测装置的第三实施例的电路结构示意图。图5与图3的区别仅在于将欠压保护单元6中的第六晶体管q9替换为二极管d10。当电源电压较低时，二极管d10导通，从而自检单元无法工作。反之，当电源电压正常时，二极管d10断开，则自检单元能够正常工作。

图6示出了根据本发明的用电检测装置的第四实施例的电路结构示意图。图6与图5的区别仅在于欠压保护单元6的一端之间连接至l线，从而无需闭合开关test就能够进行欠压保护。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是本领域内的技术人员可以在所附权利要求的范围内做出各种变形和修改。