一种带自动检测和自复位的防火、漏电保护开关的制作方法

本实用新型涉及保护开关技术领域，尤其是一种带自动检测和自复位的防火、漏电保护开关。

背景技术：

目前市面上的漏电保护开关，存在以下缺陷：

第一，市电电压过低时，没有足够的能量驱动继电器通断市电，保护开关无法正常工作。

第二，漏电保护开关没有针对火弧进行检测并保护电路的功能。

第三，保护开关在断电后，当漏电或者火弧解除时，无法自动复位，需要人工复位，往往不及时的复位，会对生产和生活造成很大的困扰，比如需24小时启动的冰箱，工业设备停机对生产进度的影响等。

第四，针对漏电检测互感器本身没有一个自动检测的模块，若漏电检测互感器自身出现损坏，无法工作，则保护开关无法识别漏电并断电，造成极大的安全隐患；

因此，需要改进。

技术实现要素：

本实用新型目的是针对上述问题，提供一种带自动检测和自复位的防火、漏电保护开关，为达到上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种带自动检测和自复位的防火、漏电保护开关，包括控制芯片、继电器、对市电进行降压的降压电路、为控制芯片提供电源的电源电路、对漏电进行检测的漏电检测电路、对火弧进行检测的火弧检测电路、对市电进行检测的市电检测同步电路以及控制继电器通断的驱动电路；降压电路的输入端通过全桥整流d2与市电的进线端连接，电源电路的输入端与降压电路的输出端连接，电源电路的输出端与控制芯片的电源引脚连接，市电检测同步电路的输入端与市电输入线连接，控制芯片的引脚与市电检测同步电路的输出端连接并监测电流相位，控制芯片通过驱动电路控制继电器的通断；所述漏电检测电路包括互感器线圈hgq1，市电的两条输入线穿过互感器线圈hgq1，所述互感器线圈hgq1的一端接地，所述互感器线圈hgq1的另一端为输出端，控制芯片的引脚与互感器线圈hgq1的输出端连接并收集漏电信号；所述火弧检测电路包括互感器线圈hgq2，市电的一条输入线穿过互感器线圈hgq2，所述互感器线圈hgq2的一端接地，所述互感器线圈hgq2的另一端为输出端，控制芯片的引脚与互感器线圈hgq2的输出端连接并收集火弧信号；所述降压电路包括第一电阻模块、第二电阻模块以及接收控制芯片信号并控制第一电阻模块短路的电子开关模块，所述第一电阻模块和第二电阻模块串联。

进一步的，所述漏电检测电路还包括运算放大模块，所述控制芯片的引脚通过运算放大模块与互感器线圈hgq1的输出端连接。

进一步的，所述电源电路包括输出+5v电压的输出节点d和输出+24v电压的输出节点e。

进一步的，所述电源电路包括电阻r10、稳压二极管zd2、电容c4、稳压二极管zd1以及电解电容c1，电阻r10、稳压二极管zd1以及电解电容c1并联在降压电路的输出端，二级管zd1的阴极与降压电路的输出端连接，稳压二极管zd1的阳极接地，电解电容c1的正极与降压电路的输出端连接，电解电容c1的负极接地；稳压二极管zd2和电容c4并联在电阻r10的输出端，稳压二极管zd2的阴极与电阻r10的输出端连接，稳压二极管zd2的阳极接地，电容c4的一端与稳压二极管zd2的阴极连接，电容c4的另一端接地，所述稳压二极管zd2的阴极形成输出节点d，所述稳压二极管zd1的阴极形成输出节点e。

进一步的，所述漏电检测电路还包括电容c5和电阻r1，所述电容c5和电阻r1并联在互感器线圈hgq1的输出端，所述电容c5的输出端接地。

进一步的，所述运算放大模块包括电阻r3、电阻r18、电阻r17、电阻r19、电阻r20、电阻r21、二极管d3以及运算放大器z2a，所述电阻r3的输入端与电源电路的输出节点d连接，电阻r18和电阻r17串联设置并与二极管d3并联在电阻r3的输出端，二极管d3的阴极接地，运算放大器z2a的反向输入端连在电阻r18与电阻r17之间，运算放大器z2a的同相输入端与互感器线圈hgq1的输出端连接，运算放大器z2a的输出端通过电阻r20与控制芯片的引脚连接，运算放大器z2a的输出端依次连接电阻r19、电阻r21并与电源电路的输出节点e连接，运算放大器z2a的正电源端连接在电阻r19和电阻r21之间，运算放大器z2a的负电源端接地。

进一步的，所述火弧检测电路还包括电容c2和电阻r2，所述电容c2和电阻r2并联在互感器线圈hgq2的输出端，所述电容c2的输出端接地。

进一步的，还包括检测互感器线圈hgq1的互感器线圈检测电路，所述互感器线圈检测电路包括npn型的三极管q5，三极管q5的集电极通过连接导线与全桥整流d2的输出端连接，所述连接导线穿过互感器线圈hgq1，所述三极管q5的发射极接地，所述三极管q5的基极与控制芯片的引脚连接。

进一步的，所述市电检测同步电路包括连接在控制芯片引脚处的电阻r8，电阻r8的另一端接市电的其中一条输入线；所述电子开关模块包括pnp型的三极管q4以及npn型的三极管q2，所述三极管q4的发射极与第一电阻模块的输入端连接，所述三极管q4的集电极与第一电阻模块的输出端连接，所述三极管q4的基极与三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的基极与控制芯片的引脚连接，三极管q2的发射极接地；所述电子开关模块还包括电阻r23、电阻r24以及电阻r26，所述第一电阻模块和第二电阻模块串联在全桥整流的输出端，所述第一电阻模块包括相互并联的电阻r7和电阻r14，所述第二电阻模块包括相互并联的电阻r4和电阻r6，三极管q4的发射极与电阻r14的输入端连接，三极管q4的集电极与电阻r14的输出端连接，三极管q4的基极通过电阻r23与三极管q2的集电极连接，所述三极管q2的基极通过电阻r24与控制芯片的引脚连接，全桥整流d2的输出端通过电阻r26与三极管q2的基极连接。

进一步的，所述继电器为24v继电器，所述继电器包括控制引脚k1、控制引脚k2、公共引脚以及触点开关k3和触点开关k4，所述公共引脚与电源电路的输出节点e连接，所述触点开关k3和触点开关k4分别设置在市电的两条输出线上，所述驱动电路包括mos管q1、mos管q3、二极管d4、二极管d1、电阻r5、电阻r15、电阻r12以及电阻r16；电阻r5的一端接控制芯片的引脚，电阻r5的另一端接mos管q1的栅极，mos管q1的漏极接继电器的控制引脚k1，二极管d4的阳极与mos管q1的漏极连接，二极管d4的阴极与继电器的公共引脚连接，电阻r15的一端接mos管q1的栅极，电阻r15的另一端接地；电阻r12的一端接控制芯片的引脚，电阻r12的另一端接mos管q3的栅极，mos管q3的漏极接继电器的控制引脚k2，二极管d1的阳极与mos管q3的漏极连接，二极管d1的阴极与继电器的公共引脚连接，电阻r16的一端接mos管q3的栅极，电阻r16的另一端接地。

采用上述技术方案，可达到以下有益效果：

输入市电，经过全桥整流d2整流，r7、r14和r4和r6降压。由稳压二极管zd1和稳压电容c1滤波获得+24v电压来驱动继电器，同时由r10，zd2和c4获得+5v给单片机z1给供电。

要驱动继电器时，单片机发出控制信号，通过q4和q2组成的电子开关模块使r7和r14短路，继电器获得足够的电压来驱动交流电的通断，因此，市电接入较低的输入电压也能驱动继电器工作。

设置有漏电检测电路，市电交流两根输入线同时穿过互感器线圈hgq1，当其中有一根对地产生漏电时互感器线圈hgq1输出电压，单片机通过引脚ra2检测到该电压时进行判断识别，确定是漏电则发出断电的指令，其通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器控制触点开关k3和触点开关k4的断开，进而断开输入的交流电，达到漏电保护的功能，单片机检测到漏电解除后，单片机通过驱动电路使mos管q3导通，使继电器导通，电源得到自动恢复，该装置具有自动恢复电源的功能，无需人工复位。

互感器线圈检测电路的工作原理如下，其通过电阻r11，三极管q5串接连接导线绕过互感器线圈hgq1，导通三极管q5，从而产生电流，由单片机检测。若互感器线圈hgq1是正常有效的，则导通三极管q5后，互感器线圈hgq1会产生电流，单片机引脚ra2会接收到电压信号，若单片机没有收到电压信号，则认为互感器线圈hgq1失效，从而断开输出交流电，指示灯闪亮，达到保护生命财产的目的。由于互感器检测电路的输入端接在全桥整流d2的输出端，因此三极管q5导通后，就算零线和火线接反，若互感器线圈hgq1是正常有效的，可以产生脉冲，使得单片机引脚收到电压信号。

当线路产生火弧时，线路局部在2秒钟内会产生4000℃的高温，存在发生火灾的安全隐患，因此，当输出电路发生串联火弧（坏弧）、并联火弧（坏弧）下地弧，单片机通过引脚连续六周期检测到上述坏弧时，单片机通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器断开输入的交流电，防止线路火灾的发生。当线路火弧故障修复时，保护开关自动复位。

综上，本实用新型的保护开关，具有漏电保护、防火保护、自动复位和互感器线圈自动检测的功能，且在低电压环境下能够工作。

附图说明

图1为本实用新型的电路图。

具体实施方式

如图1所示，一种带自动检测和自复位的防火、漏电保护开关，包括控制芯片、继电器、全桥整流d2、对市电进行降压的降压电路、为控制芯片提供电源的电源电路、对漏电进行检测的漏电检测电路、对火弧进行检测的火弧检测电路、对市电进行检测的市电检测同步电路、显示电路、控制芯片辅助电路以及控制继电器通断的驱动电路，控制芯片优选为单片机。

市电的两条输入线分别为火线ac1-in和零线ac2-in。

市电检测同步电路包括连接在控制芯片引脚ra1处的电阻r8，电阻r8的另一端接市电的一条输入线，在实施例中，该输入线为火线ac1-in，控制芯片的引脚ra8监测火线ac1-in的电流相位；

在火线ac1-in和零线ac2-in之间设有滤波电容rc1。

降压电路包括第一电阻模块、第二电阻模块以及接收控制芯片信号并控制第一电阻模块短路的电子开关模块。

第一电阻模块和第二电阻模块串联在全桥整流d2的输出端，第一电阻模块包括相互并联的电阻r7和电阻r14，第二电阻模块包括相互并联的电阻r4和电阻r6，，

电子开关模块包括电阻r23、电阻r24、电阻r26、pnp型的三极管q以及npn型的三极管q2，三极管q4的发射极与第一电阻模块的输入端连接，三极管q4的集电极与第一电阻模块的输出端连接，三极管q4的基极与三极管q2的集电极连接，三极管q2的基极与控制芯片的引脚rc5连接，三极管q2的发射极接地。

具体的，三极管q4的发射极与电阻r14的输入端连接，三极管q4的集电极与电阻r14的输出端连接，三极管q4的基极通过电阻r23与三极管q2的集电极连接，三极管q2的基极通过电阻r24与控制芯片的引脚rc5连接，全桥整流d2的输出端通过电阻r26与三极管q2的基极连接。

电源电路包括电阻r10、稳压二极管zd2、电容c4、稳压二极管zd1以及电解电容c1，电阻r10、稳压二极管zd1以及电解电容c1并联在降压电路的输出端，二级管zd1的阴极与降压电路的输出端连接，稳压二极管zd1的阳极接地，电解电容c1的正极与降压电路的输出端连接，电解电容c1的负极接地；稳压二极管zd2和电容c4并联在电阻r10的输出端，稳压二极管zd2的阴极与电阻r10的输出端连接，稳压二极管zd2的阳极接地，电容c4的一端与稳压二极管zd2的阴极连接，电容c4的另一端接地，稳压二极管zd2的阴极形成输出节点d，输出节点d输出+5v电压，稳压二极管zd1的阴极形成输出节点e，输出节点e输出+24v电压，控制芯片的引脚vd与输出节点d连接，为控制芯片提供+5v直流电压。

漏电检测电路包括电容c5、电阻r1、互感器线圈hgq1和运算放大模块，市电的火线和零线穿过互感器线圈hgq1，互感器线圈hgq1的一端接地，互感器线圈hgq1的另一端为输出端，互感器线圈hgq1的输出端通过运算放大模块与控制芯片的引脚ra2连接，电容c5和电阻r1并联在互感器线圈hgq1的输出端，电容c5的输出端接地。

运算放大模块包括电阻r3、电阻r18、电阻r17、电阻r19、电阻r20、电阻r21、二极管d3以及运算放大器z2a，电阻r3的输入端与电源电路的输出节点d连接，电阻r18和电阻r17串联设置并与二极管d3并联在电阻r3的输出端，二极管d3的阴极接地，运算放大器z2a的反向输入端连在电阻r18与电阻r17之间，运算放大器z2a的同相输入端与互感器线圈hgq1的输出端连接，运算放大器z2a的输出端通过电阻r20与控制芯片的引脚连接，运算放大器z2a的输出端依次连接电阻r19、电阻r21并与电源电路的输出节点e连接，运算放大器z2a的正电源端连接在电阻r19和电阻r21之间，运算放大器z2a的负电源端接地。

火弧检测电路包括互感器线圈hgq2、电容c2和电阻r2，市电的零线穿过互感器线圈hgq2，互感器线圈hgq2的一端接地，互感器线圈hgq2的另一端为输出端，互感器线圈hgq2的输出端与控制芯片的引脚ra0连接，电容c2和电阻r2并联在互感器线圈hgq2的输出端，电容c2的输出端接地。

继电器为24v继电器，继电器包括控制引脚k1、控制引脚k2、公共引脚以及触点开关k3和触点开关k4，公共引脚与电源电路的输出节点e连接，触点开关k3设置在火线上，触点开关k4设置在零线上。

驱动电路包括mos管q1、mos管q3、二极管d4、二极管d1、电阻r5、电阻r15、电阻r12以及电阻r16；电阻r5的一端接控制芯片的引脚rc3，电阻r5的另一端接mos管q1的栅极，mos管q1的漏极接继电器的控制引脚k1，二极管d4的阳极与mos管q1的漏极连接，二极管d4的阴极与继电器的公共引脚连接，电阻r15的一端接mos管q1的栅极，电阻r15的另一端接地；电阻r12的一端接控制芯片的引脚ra6，电阻r12的另一端接mos管q3的栅极，mos管q3的漏极接继电器的控制引脚k2，二极管d1的阳极与mos管q3的漏极连接，二极管d1的阴极与继电器的公共引脚连接，电阻r16的一端接mos管q3的栅极，电阻r16的另一端接地。

控制芯片辅助电路包括控制芯片设置有辅助电路，控制芯片辅助电路包括电容c3，控制芯片的引脚vd通过电容c3接地，控制芯片的引脚ra7通过开关接地。

作为一个优选的方案，还包括检测互感器线圈hgq1的互感器线圈检测电路，互感器线圈检测电路包括npn型的三极管q5、电阻r11和电阻r13，三极管q5的集电极通过连接导线与全桥整流d2的输出端连接，连接导线穿过互感器线圈hgq1，电阻r11连接在连接导线上，三极管q5的发射极接地，三极管q5的基极通过电阻r13与控制芯片的引脚ra4连接。

显示电路包括电阻r9和发光二极管led1，控制芯片的引脚rc2依次连接电阻r9、正向设置的发光二极管led1并接地，当检测到互感器线圈hgq1失效时，保护开关断开，指示灯闪亮，从而达到保护生命财产的目的。

采用上述保护开关的保护方法如下：

漏电保护方法，市电的两条输入线同时穿过互感器线圈hgq1，其中有一根对地产生漏电时，互感器线圈hgq1输出电压，控制芯片通过引脚检测到该电压并进行判断识别，确定是漏电则发出断电指令，控制芯片通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器控制触点开关断开，断开输入的交流电，漏电解除后，控制芯片通过驱动电路使mos管q3导通,使继电器导通，交流电得到自动恢复。

火弧保护方法，市电的一条输入线穿过互感器线圈hgq2，输出电路发生串联火弧、并联火弧下地弧时，控制芯片通过引脚连续六周期检测到上述火弧后，控制芯片通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器断开输入的交流电，线路火弧故障修复后，控制芯片通过驱动电路使mos管q3导通,使继电器导通，保护开关自动复位。

采用上述技术方案，可达到以下有益效果：

输入市电，经过全桥整流d2整流，r7、r14和r4和r6降压。由稳压二极管zd1和稳压电容c1滤波获得+24v电压来驱动继电器，同时由r10，zd2和c4获得+5v给单片机z1给供电。

要驱动继电器时，单片机发出控制信号，通过q4和q2组成的电子开关模块使r7和r14短路，继电器获得足够的电压来驱动交流电的通断，因此，市电接入较低的输入电压也能驱动继电器工作。

设置有漏电检测电路，市电交流两根输入线同时穿过互感器线圈hgq1，当其中有一根对地产生漏电时互感器线圈hgq1输出电压，单片机通过引脚ra2检测到该电压时进行判断识别，确定是漏电则发出断电的指令，其通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器控制触点开关k3和触点开关k4的断开，进而断开输入的交流电，达到漏电保护的功能，单片机检测到漏电解除后，单片机通过驱动电路使mos管q3导通，使继电器导通，电源得到自动恢复，该装置具有自动恢复电源的功能，无需人工复位。

互感器线圈检测电路的工作原理如下，其通过电阻r11，三极管q5串接连接导线绕过互感器线圈hgq1，导通三极管q5，从而产生电流，由单片机检测。若互感器线圈hgq1是正常有效的，则导通三极管q5后，互感器线圈hgq1会产生电流，单片机引脚ra2会接收到电压信号，若单片机没有收到电压信号，则认为互感器线圈hgq1失效，从而断开输出交流电，指示灯闪亮，达到保护生命财产的目的。由于互感器检测电路的输入端接在全桥整流d2的输出端，因此三极管q5导通后，就算零线和火线接反，若互感器线圈hgq1是正常有效的，可以产生脉冲，使得单片机引脚收到电压信号。

当线路产生火弧时，线路局部在2秒钟内会产生4000℃的高温，存在发生火灾的安全隐患，因此，当输出电路发生串联火弧（坏弧）、并联火弧（坏弧）下地弧，单片机通过引脚连续六周期检测到上述坏弧时，单片机通过驱动电路使mos管q1导通，从而使继电器断开输入的交流电，防止线路火灾的发生。当线路火弧故障修复时，保护开关自动复位。

综上，本实用新型的保护开关，具有漏电保护、防火保护、自动复位和互感器线圈自动检测的功能，且在低电压环境下能够工作。

以上仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改、组合和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的权利要求范围之内。