专利名称：一种低功耗三相电源电路及其应用的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电工技术领域，涉及低压断路器中剩余电流保护技术，具体的说 是一种三相电源电路及应用了该三相电源电路的剩余电流保护与控制电路，所述剩余电流 保护与控制电路用来控制或调整带剩余电流保护动作断路器的额定剩余电流和额定剩余 漏电动作时间等相关技术参数。
背景技术：
随着电网技术改造的深入开展，人们对用电安全的要求日趋严格，带剩余电流保 护动作断路器在城、农两网中得到了广泛的应用，目前，市场上带剩余电流保护动作断路器 大部分采用两相或单相电源电路来实现剩余电流保护功能，其电源电路的降压方式基本上 采用先整流后电阻降压再稳压的方式，基于该方式的电路功耗大、电压稳定性差且工作电 压的范围比较窄；另一部分则采用三相电源的电路来实现剩余电流保护功能，其电源电路 的降压方式采用先整流后电阻降压再稳压的方式；或先整流后三端稳压管多级降压再稳压 的方式，其中，基于前者的电路成本低但功耗大，电压稳定性很差，基于后者的电路电压稳 定但功耗大且成本很高。发明内容本实用新型的目的在于解决现有带剩余电流保护动作断路器芯片电源电路存在 的上述不足，旨在提供一种成本较低、电压稳定性高、工作电压范围广的低功耗三相电源电路。本实用新型的另一个目的是公开上述低功耗三相电源电路的一种具体应用，旨在 提供一种响应速度快、工作电压范围广的剩余电流保护与控制电路，用来控制或调整带剩 余电流保护动作断路器的额定剩余电流和额定剩余漏电动作时间等相关技术参数，并保证 在三相电路任缺一相的情况下，电路仍能正常工作。实现本实用新型第一个目的所采用的技术解决方案是一种低功耗三相电源电 路，包括阻容降压电路、整流电路和稳压电路，其特征在于，三相电源的三个输入端分别串 连阻容降压电路、整流电路后，合并接入稳压电路输入端，所述稳压电路的输出端为该低功 耗三相电源电路的最终输出端。在上述电路结构中，所述阻容降压电路由三条并连线路组成，其中一条线路中串 连一电容和一电阻。另外两条线路结构相同，均串联两个电阻。所述整流电路可以为常见的三相桥式整流电路，也可以是现有技术中其它任何具 有三相整流功能的整流电路或元件或集成芯片。所述稳压电路可以为常见的任何稳压电路，为了达到较好的稳压效果，又避免成 本过高，以两级稳压电路最为适宜。稳压元件可采用稳压二极管、三端稳压管、或TVS管。本实用新型公开的低功耗三相电源电路采用先阻容降压、然后整流、最后再稳压 的方式将输入的三相交流电转变为稳定的低功率直流低压电源。由于阻容降压限制了电路中的电流，有效降低了电路的功耗。而且通过后稳压方法，使电路还具有电压的稳定性和可 靠性高，工作电压的范围广等特点。更重要的，本实用新型采用三相电源做为输入电源，并 配合并联式降压整流电路，实现了电路在缺少任一相输入电源的情况下仍能保证输出电压 的稳定。另外，本实用新型的低功耗三相电源电路中，结构简单，元器件数量少，且均为常规 元器件，因此成本相对更低。在本实用新型所述的低功耗三相电源电路中，为了防止电路中出现瞬间浪涌电 压，烧毁元器件，还可以在三相电源的三个输入端每端之间各串联一压敏电阻。所述的压敏 电阻可以及时吸收电路中出现的瞬间浪涌电压，进而有效保护电路安全。实现本实用新型第二个目的所采用的技术解决方案是一种剩余电流保护与控制 电路，包括三相电源电路、剩余电流采样电路、剩余电流脱扣器工作电路、额定剩余电流调 节电路和额定剩余漏电动作时间调节电路。所述三相电源电路的输出端接所述剩余电流采 样电路的电源输入端，所述剩余电流采样电路的剩余电流动作控制信号输出端接所述剩余 电流脱扣器工作电路的触发电路输入端；所述额定剩余电流调节电路并联在剩余电流采样 电路的剩余电流信号采集回路中，以控制该回路的电流值，进而实现额定剩余电流调节；所 述额定剩余漏电动作时间调节电路并联在剩余电流采样电路的漏电检测电路中，通过改变 电容值的大小来改变延迟控制信号的输出时间，最终实现额定剩余漏电动作时间调节的目 的。在上述剩余电流保护与控制电路中，所述三相电源电路为本实用新型在前面所公 开的低功耗三相电源电路；所述剩余电流采样电路可以是现有技术中任何具有采样主回路中的剩余电流并 输出控制信号促使剩余电流脱扣器工作电路工作的电路，该电路至少应该包括剩余电流信 号检测输入电路、信号运算放大电路、漏电检测电路、剩余电流动作控制信号输出电路，这 四个电路依照从信号采集经信号放大、信号检测最后到信号输出的信号传递关系相互联 通。其工作过程是所述剩余电流信号采集回路通过零序互感器采集主回路中的剩余电流， 然后输出至剩余电流信号放大电路，经剩余电流信号放大电路放大的剩余电流信号输出给 漏电检测电路进行判断，判断主回路中的剩余电流是否达到剩余电流动作要求。当主回路 中的剩余电流是达到剩余电流动作要求时，信号输出电路输出剩余电流动作控制信号触发 剩余电流脱扣器工作电路。其中，所述剩余电流信号放大电路、所述漏电检测电路、剩余电 流动作控制信号输出电路的功能，也可以采用具有内置有运放电路、漏电检测模块的各种 集成芯片配合外围输助电路实现，如54133芯片、54134芯片。所述剩余电流脱扣器工作电路可以是在剩余电流动作控制信号下触发并断开主 回路的任何电路。但是，由于剩余电流脱扣器工作电压较高且动作时电流大，容易对剩余电 流保护与控制电路产生影响，所以本实用新型的剩余电流脱扣器工作电路优先采用独立的 电源电路。所述剩余电流脱扣器工作电路的独立电源电路可以是各种电源电路，如两相电 源电路、三相电源电路等。其中，采用三相电源电路的优点在于，在任意缺一相电源的情况 脱扣器仍能正常工作。本实用新型公开的剩余电流保护与控制电路通过三相电源先降压后整流再稳压 电路，给剩余电流采样电路提供稳定的低功率直流低压电源；剩余电流采集回路将电路中 的剩余电流信号采样后，通过运算放大电路，将信号放大。当剩余电流值满足脱扣要求值，剩余电流采样电路输出控制电压信号，触发剩余电流脱扣器动作电路的导通控制器件导 通，剩余电流脱扣器动作，从而使产品脱扣。一方面，有效发挥了本实用新型前面公开的低 功耗三相电源电路的低功耗优点；另一方面，结合在剩余电流脱扣器动作电路中独立三相 电源电路的采用，切实保证了，在缺任一项电源的情下，剩余电流保护功能正常实现。
图1为现有三端降压式三相电源电路结构图。图2为现有电阻降压式三相电源电路结构图。图3为本实用新型阻容降压式三相电源电路结构图剩余电流采样和芯片及其周 边电路。图4为本实用新型的剩余电流保护与控制电路工作原理框图。图5为本实用新型的剩余电流保护与控制电路结构。图6为本实用新型的剩余电流保护与控制电路中剩余电流采样电路结构图。图7为本实用新型的剩余电流保护与控制电路中剩余电流脱扣器动作电路结构 图。图8为本实用新型的剩余电流保护与控制电路中额定剩余电流调节电路结构图。图9为本实用新型的剩余电流保护与控制电路中额定剩余漏电动作时间调节电 路结构图。
具体实施方式
以下，现结合上述九附图，通过对本实用新型要求保护技术方案的一种具体可行 实例进行描述，对本实用新型公开的低功耗三相电源电路及剩余电流保护与控制电路做进 一步的说明。参照图1、2，现有三端降压式三相电源电路主要包括并联式整流电路、三级降压电 路、和稳压电路三部分。其过程是对三相电源分别进行整流后、先后经过三端稳压管的三级 降压，然后再经稳压输出。在这种电路两个三端稳压管的使用将在很大成度上提高电路的 成本。而电阻降压式三相电源电路则将三端降压式三相电源电路中的三级降压电路替换为 并联电阻降压电路。虽然降低了成本，但大大增加了能耗。图3为实用新型所述低功耗三相电源电路的一种具体实现形式，其中，三相电源 每两相间分别串联压敏电阻UR1、UR2、UR3，用以吸收电路中出现的瞬间浪涌电压，保护电路 安全；三相电源分别串联第一阻容降压电路和第一整流电路T3、第二阻容降压电路和第二 整流电路T4、第三阻容降压电路和第三整流电路T5。所述第一阻容降压电路包括并联的三 条线路，其中一条线路中串联有电容以6和电阻R26，另外两条线路中分别串连电阻R35、电 阻R36和电阻R37、电阻R38，所述电容在电路中起降压限流作用，电阻似6起限流作 用，电阻R35 R38为电容以6放电用；所述第二阻容降压电路同样由三条并联线路组成，其 中一条线路中串联有电容C27和电阻R25，另外两条线路中分别串连电阻R31、电阻R32和 电阻R33、电阻R34;所述第三阻容降压电路亦由三条并联线路组成，其中一条线路中串联 有电容以8和电阻R24，另外两条线路中分别串连电阻R27、电阻似8和电阻R29、电阻R30 ； 所述第一整流电路T3、第二整流电路T4、第三整流电路T5的输出端同时连接稳定电路的输入端。所述稳压电路包括由稳压二极管VZ2和滤波电容C14并联组成的前级稳压电路和由 稳压二极管W3和滤波电容C13并联组成的后级稳压电路。所述前级稳压电路和后级稳压 电路之间串联有电阻R9。经阻容降压并分别通过整流电路T3、T4、T5进行桥式整流的三相电源交汇一起， 再先后经过前级稳压管电路、后级稳压管电路两级稳压后，从而得到小功率低压直流电源； 在任意缺一相电源的情况下，该电路都能得到稳定可靠的直流低压电源，从而保证产品的 正常工作。参照图4，本实用新型公开的剩余电流保护和控制电路，通过本实用新型的低功耗 三相电源电路给专用54133或M134芯片提供稳定电源低功率电源，使芯片及其周边电路 对剩余电流采样和放大运算可靠运行；通过额定剩余电流和额定剩余漏电动作时间调节电 路来调整M133或M134芯片输出的参数，从而调整额定剩余电流和额定剩余漏电动作时 间；零序互感器将电路中的剩余电流信号采样后，输入专用芯片，通过M133或M134芯片 及其周边电路比较运算，当剩余电流值满足脱扣要求值，芯片M133或M134第8脚输出， 触发可控硅ST1、ST2导通，使另一路提供给剩余电流脱扣器电源的三相整流电路工作，从 而使产品脱扣。一种具体实现本实用新型剩余电流保护和控制电路的电路图如图5所示， 从图5中不难看出本实用新型公开的剩余电流保护和控制电路，主要包括三相电源电路、 剩余电流采样电路、剩余电流脱扣器工作电路、额定剩余电流调节电路和额定剩余漏电动 作时间调节电路。参照图6，该图给了本实用新型所述的剩余电流采样电路的一个具体实例。在该 例中，所述剩余电流信号检测输入电路包括零序互感器和剩余电流信号输入电路，所述剩 余电流信号输入电路由电容C12、电容C19、电阻R17、电阻R13、电阻R12、二极管D13、二极 管D14组成，其中二极管D13、二极管D14、电容C12三者并联接零序互感器两端，二极管D13 与二极管D14极性相反，电容C19的一端接零序互感器一端，电阻R17 —端接零序互感器另 一端，电阻R12的一端、电阻R13的一端、电容C19的另一端、电阻R17的另一端四者相互联 接，电阻R12的另一端和电阻R13的另一端接信号运算放大电路。所述剩余电流信号输入 电路的主要功能是，对零序互感器检测出来的剩余电流信号进行电压转换、抗干扰处理和 过压保护；另外本实例采用专用16脚集成芯片IC配合周边输助电路实现剩余电流采样电路 中的运算放大、漏电检测、及控制信号的输出。所述集成芯片IC的广3脚、16脚为电源电 路，其中1脚为接地脚，直接接地，2脚为基准电流脚，接电阻RlO后接地，为芯片IC内部恒 流源的外围偏置电阻，用来产生内部漏电检测模块用的直流电源；3脚为稳压输出脚，接 滤波电容C6后接地，16脚为电源正极，接三相电源电路的正极输出端；所述集成芯片IC的 Γ7、9、10脚为漏电检测功能脚，其中4脚为复位端，接电容C7后接地，5脚、6脚为积分电容 脚，分别接电容C8、电容C9后接地，7脚为延时输出脚，接图9中的剩余电流动作时间可调 电路，通过控制与接地点之间的电容的大小来控制剩余电流动作时间，9脚为基准电压脚接 零序互感器一端，10脚为剩余电流检测输入脚，接电阻R14后接电阻R13的另一端；所述集 成芯片IC的8脚为驱动电压输出脚，接剩余电流脱扣器工作电路的触发电路输入端，以控 制剩余电流脱扣器电路的通断；所述集成芯片IC的1广15脚为运放电路，其中12脚、14脚 为补偿脚，分别接电容C16、电容C18后接电阻R12另一端、电阻R13另一端，13脚和15脚为运放输入脚，其中13脚接电阻R12的另一端，15脚接电阻Rll后接零序互感器一端，11 脚为运放输出脚，接电阻R13的另一端，11脚与13脚之间、13脚与14脚之间、14脚与15脚 之间分别串接有电容C17、电容C16、电容C15 ；在本例中，所述的电阻Rl广R14、电容C15 C18为芯片IC内部放大电路的外围偏 置；剩余电流信号经剩余电流输入信号通道处理后，由放大电路进行信号放大后，与芯片9 脚的基准电压共同输入芯片IC内部的漏电检测模块；当漏电检测模块计算的剩余电流值 达到额定剩余动作电流时，芯片的8脚输出电压，使可控硅导通，剩余电流脱扣器动作。参照图7，该图展示的是本实用新型所述剩余电流脱扣器工作电路的一个具体可 行实例，该例中，采用独立的三相电源电路为剩余电流脱扣器提供可靠的直流电源，这样可 以保证在任意缺一相电源的情况也能正常工作；本例的剩余电流脱扣器工作电路包括脱扣 电源电路、可控硅触发电路、脱扣器，所述脱扣电源电路由输入端接三相交流电源的三相桥 式整流电路构成，所述可控硅触发电路由两级可控硅及抗干扰电容Cl、分压电阻Rl、R2、R3 构成，其中一级可控硅ST2的控制极为触发电路输入端，负极接二极管D13后接脱扣电源电 路负极，正极接二级可控硅负极、抗干扰电容Cl的一端、分压电阻R3的一端；抗干扰电容 Cl的另一端和分压电阻R3的另一端接二级可控硅控制极、分压电阻Rl —端，分压电阻Rl 另一端接分压电阻R2—端，分压电阻R2另一端及二级可控硅正极接脱扣器线圈一端；脱扣 器线圈另一端接脱扣电源电路正极。所述脱扣器两端反向并联一个二极管D6。三相交流电源通过由二极管D7 D12组成的三相桥式整流桥进行整流，整流后的 直流电正极通过脱扣器线圈后经可控硅触发电路到直流电负极，脱扣器两端反向并联二极 管D6，用于防止由脱扣器动作后脱扣器线圈断电瞬间所产生的反向感应高压；一级可控硅 ST2直接由M133或讨1；34芯片的第8脚控制，所述电阻R1 R3在一级可控硅ST2触发导通 后进行分压，使R3上形成的直流电压触发第二级可控硅ST1，从而使脱扣器电路导通。参照图8，所述额定剩余电流调节电路包括四个电阻和一个四位旋钮开关K1，所 述的四个电阻中，电阻R42、电阻R43、电阻R44并联后分别联接在开关管的三个触点上。电 阻R41并联在回路中，通过四位旋钮开关选择与其并联的电阻R42 R44，从而改变回路中的 电阻值，达到调整产品的额定剩余电流值的目的。本例中，所述的四位旋钮开关Kl还可以 采用其它类型的选择开关，如拨动开关，拨码开关，位数也不一定采用四位。参照图9，所述额定剩余漏电动作时间调节电路，包括四个电容和一个四位旋钮开 关K2，所述的四个电容中，电容C32、电容C33、电容C34并联后分别联接在四位旋钮开关的 三个触点上。电容C31并联在回路中，通过四位旋钮开关选择与其并联的电容C32飞34，从 而改变回路中电容的容量，达到调整产品的额定剩余电流动作时间值的目的。本例中，所述 的四位旋钮开关K2还可以采用其它类型的选择开关，如拨动开关，拨码开关，位数也不一 定采用四位。
权利要求1.一种低功耗三相电源电路，包括阻容降压电路、整流电路和稳压电路，其特征在于， 三相电源的三个输入端分别串连阻容降压电路、整流电路后，合并接入稳压电路输入端，所 述稳压电路的输出端为该低功耗三相电源电路的最终输出端。
2.根据权利要求1所述的低功耗三相电源电路，其特征在于，所述阻容降压电路由三 条并连线路组成，其中一条线路中串联一电容和一电阻，另外两条线路结构相同，均串联有 两个电阻。
3.根据权利要求1所述的低功耗三相电源电路，其特征在于，所述整流电路为桥式整 流电路。
4.根据权利要求1所述的低功耗三相电源电路，其特征在于，所述稳压电路由前、后两 级稳压电路组成，所述前、后两级稳压电路之间串联有分压电阻。
5.根据权利要求4所述的低功耗三相电源电路，其特征在于，所述前、后两级稳压电路 结构相同，均由稳压二极管和滤波电容并联组成。
6.根据权利要求1-5中任一项所述的低功耗三相电源电路，其特征在于，三相电源的 三个输入端中每两端之间串联有一压敏电阻。
7.一种剩余电流保护与控制电路，包括三相电源电路、剩余电流采样电路、剩余电流脱 扣器工作电路、额定剩余电流调节电路和额定剩余电流动作时间调节电路，其特征在于，所 述三相电源电路为权利要求1-6中任一项所述的低功耗三相电源电路，所述三相电源电路 的输出端接所述剩余电流采样电路的电源输入端；所述剩余电流采样电路的剩余电流动作 控制信号输出端接所述剩余电流脱扣器工作电路的触发电路输入端；所述额定剩余电流调 节电路并连在剩余电流采样电路的剩余电流信号采集回路中；所述额定剩余电流动作时间 调节电路并联在剩余电流采样电路的漏电检测电路中。
8.根据权利要求7所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述剩余电流采样 电路主要由剩余电流信号检测输入电路、信号运算放大电路、漏电检测电路、剩余电流动作 控制信号输出电路组成；所述剩余电流信号检测输入电路、信号运算放大电路、漏电检测电 路、剩余电流动作控制信号输出电路依照从信号采集经信号放大、信号检测最后到信号输 出的信号传递关系相互联通。
9.根据权利要求8所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述剩余电流信号 检测输入电路包括零序互感器和剩余电流信号输入电路，所述剩余电流信号输入电路由电 容C12、电容C19、电阻R17、电阻R13、电阻R12、二极管D13、二极管D14组成，其中二极管 D13、二极管D14、电容C12三者并联接零序互感器两端，二极管D13与二极管D14极性相反， 电容C19的一端接零序互感器一端，电阻R17 —端接零序互感器另一端，电阻R12的一端、 电阻R13的一端、电容C19的另一端、电阻R17的另一端四者相互联接，电阻R12的另一端 和电阻R13的另一端接信号运算放大电路。
10.根据权利要求9所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述剩余电流采样 电路由剩余电流信号检测输入电路、16脚集成芯片IC及芯片周边电路组成，所述集成芯片 IC的广3、16脚为电源电路，其中1脚为接地脚，直接接地，2脚为基准电流脚，接电阻RlO后 接地，为芯片IC内部恒流源的外围偏置电阻，用来产生内部漏电检测模块用的直流电源； 3脚为稳压输出脚，接滤波电容C6后接地，16脚为电源正极，接三相电源电路的正极输出 端；所述集成芯片IC的Γ7、9、10脚为漏电检测功能脚，其中4脚为复位端，接电容C7后接地，5脚、6脚为积分电容脚，分别接电容C8、电容C9后接地，7脚为延时输出脚，与接地点之 间设置电容，通过改变与接地点之间的电容的大小可以改变剩余电流动作时间，9脚为基准 电压脚接零序互感器一端，10脚为剩余电流检测输入脚，接电阻R14后接电阻R13的另一 端；所述集成芯片IC的8脚为驱动电压输出脚，接剩余电流脱扣器工作电路的触发电路输 入端；所述集成芯片IC的1广15脚为运放电路，其中12脚、14脚为补偿脚，分别接电容C16、 电容C18后接电阻R12另一端、电阻R13另一端，13脚和15脚为运放输入脚，其中13脚接 电阻R12的另一端，15脚接电阻Rll后接零序互感器一端，11脚为运放输出脚，接电阻R13 的另一端，11脚与13脚之间、13脚与14脚之间、14脚与15脚之间分别串接有电容C17、电 容C16、电容C15。
11.根据权利要求10所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述的16脚集成 芯片IC为54133芯片或M134芯片。
12.根据权利要求7所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述剩余电流脱 扣器工作电路包括脱扣电源电路、可控硅触发电路、脱扣器，所述脱扣电源电路由输入端接 三相交流电源的三相桥式整流电路构成，所述可控硅触发电路由两级可控硅及抗干扰电容 Cl、分压电阻Rl、R2、R3构成，其中一级可控硅ST2的控制极为触发电路输入端，负极接二 极管D13后接脱扣电源电路负极，正极接二级可控硅负极、抗干扰电容Cl的一端、分压电阻 R3的一端；抗干扰电容Cl的另一端和分压电阻R3的另一端接二级可控硅控制极、分压电 阻Rl —端，分压电阻Rl另一端接分压电阻R2 —端，分压电阻R2另一端及二级可控硅正极 接脱扣器线圈一端；脱扣器线圈另一端接脱扣电源电路正极。
13.根据权利要求12所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述脱扣器两端 反向并联一个二极管D6。
14.根据权利要求7所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述额定剩余电 流调节电路包括四个电阻和一个四位开关K1，所述的四个电阻中，其中三个电阻并联，其一 端接额定剩余电流调节电路对外的一个接点，另一端分别联接在四位开关的三个选择触点 上，所述四位开关Kl的固定接点接额定剩余电流调节电路对外的另一个接点，第四个电阻 两端分别接额定剩余电流调节电路对外的两个接点。
15.根据权利要求14所述的额定剩余电流调节电路，其特征在于，所述的四位开关Kl 为旋钮开关、拨动开关、拨码开关中一种。
16.根据权利要求7所述的剩余电流保护与控制电路，其特征在于，所述额定剩余电 流动作时间调节电路包括四个电容和一个四位开关K2，所述的四个电容中，其中三个电容 并联，其一端接额定剩余电流动作时间调节电路对外的一个接点，另一端分别联接在四位 开关的三个选择触点上，所述四位开关Kl的固定接点接额定剩余电流动作时间调节电路 对外的另一个接点，第四个电容两端分别接额定剩余电流动作时间调节电路对外的两个接 点ο
17.根据权利要求16所述的额定剩余电流动作时间调节电路，其特征在于，所述的四 位开关K2为旋钮开关、拨动开关、拨码开关中一种。
专利摘要本实用新型属于电工技术领域，涉及一种三相电源电路，包括阻容降压电路、整流电路和稳压电路，其特征在于，三相电源的三个输入端分别串连阻容降压电路、整流电路后，合并接入稳压电路输入端，所述稳压电路的输出端为该低功耗三相电源电路的最终输出端。该电路采用先阻容降压、然后整流、最后再稳压的方式将输入的三相交流电转变为稳定的低功率直流低压电源。不仅有效降低了电路的功耗，还具有电压的稳定性和可靠性高，工作电压的范围广等特点。另外，本实用新型采用三相电源做为输入电源，并配合并联式降压整流电路，实现了电路在缺少任一相输入电源的情况下仍能保证输出电压的稳定。
文档编号H02M7/04GK201839218SQ201020597329
公开日2011年5月18日 申请日期2010年11月8日 优先权日2010年11月8日
发明者陈建景 申请人:浙江德菱科技有限公司