用于继电器的装置和方法与流程

本公开的各实施方式总体上涉及一种用于继电器的装置和方法，并具体地涉及一种用于漏电保护器中的电磁继电器的装置和方法。

背景技术：

漏电保护器常用于在设备或者线路中由于故障而发生漏电时，及时切断线路电流回路，避免人体触电。漏电保护器也可用于设备的过载或短路保护，是电气系统中常见的设备。在使用电磁继电器作为脱扣器的漏电保护器中，必须保证有足够大的能量来确保当发生漏电时，电磁继电器能够准确及时地脱扣。在电路设计中，电磁继电器脱扣是靠储能电容在脱扣回路导通时对电磁继电器的内部线圈放电，打破电磁继电器内部的力平衡，衔铁释放使得顶针快速打出，带动机械组件而脱扣以切断电源。

对于电磁继电器来说，成功脱扣所需的脱扣能量有大小之分，一般来说，电磁继电器的脱扣能量越大，对其成本以及生产工艺要求等越低，而电磁继电器的脱扣能量越小，对其成本以及生产工艺要求等越高。同时，电磁继电器的脱扣原理要求必须在足够大的能量下一次成功动作，否则，即使脱扣回路一直导通直流电流，电磁继电器也无法再次脱扣。

在现有技术中，使用的电磁继电器都是通过特定的电容器、稳压管和特定的电磁继电器选型来保证电磁继电器能够准确及时地动作。但是这样有很大的局限性，往往造成电磁继电器不能选择相对大的脱扣能量，这样导致继电器的成本增加。并且，由于要满足诸多产品标准，有可能在极端情况下出现电磁继电器不能动作的情形，例如在设备初始通电并且同时出现漏电信号时，为满足漏电产品国家标准要 求，此时要求继电器脱扣动作，但是可能由于电容器尚未充满能量，而导致电磁继电器无法动作。

因此，希望电磁继电器能够准确及时地脱扣，同时又允许使用性价比更高的电磁继电器作为脱扣器。避免在出现漏电时，电磁继电器因为脱扣能量不够而无法及时切断漏电回路，造成人身安全以及设备财产的损失。

技术实现要素：

有鉴于此，提供一种用于电磁继电器的装置和方法，其能够确保电磁继电器准确及时地动作。

本公开实施方式提供了一种用于继电器的装置，包括逻辑单元，所述逻辑单元具有第一输入端和第二输入端，故障检测单元，所述故障检测单元被配置为响应于检测到的故障信号，向所述第一输入端输入第一信号，脱扣能量单元，所述脱扣能量单元连接到所述继电器，并且被配置为当所述脱扣能量单元的电压超过预定阈值时，向所述第二输入端输入第二信号，以及开关单元，所述开关单元被配置为响应于所述逻辑单元的输出信号而使得所述继电器动作。

根据本公开的一个实施方式，其中所述逻辑单元为逻辑与单元。

根据本公开的一个实施方式，其中所述故障信号响应于漏电流而形成。

根据本公开的一个实施方式，其中所述第一信号为高电平。

根据本公开的一个实施方式，其中所述脱扣能量单元包括电容器和电压检测器。

根据本公开的一个实施方式，其中所述电压检测器被配置为检测所述电容器的电压，并且当检测到的电压超过所述预定阈值时，向所述第二输入端输入所述第二信号。

根据本公开的一个实施方式，其中所述第二信号为高电平。

根据本公开的一个实施方式，其中所述开关单元包括连接在所述继电器和地之间的开关元器件。

根据本公开的一个实施方式，其中所述开关元器件被配置为响应于所述逻辑单元的所述输出信号而接通，使得所述继电器动作。

本公开的实施方式提供了一种漏电保护器，包括根据本公开实施方式所述的用于继电器的装置。

本公开的实施方式提供了一种用于继电器的方法，包括响应于检测到的故障信号，向逻辑单元的第一输入端输入第一信号，检测脱扣能量单元的电压，当所述脱扣能量单元的电压超过预定阈值时，向所述逻辑单元的第二输入端输入第二信号，对所述第一信号和所述第二信号进行逻辑运算，以及响应于所述逻辑运算的结果，使得所述继电器动作。

根据本公开的一个实施方式，其中所述逻辑运算为逻辑与运算。

根据本公开的一个实施方式，其中故障信号为漏电流信号。

根据本公开的一个实施方式，其中所述第一信号为高电平。

根据本公开的一个实施方式，其中所述脱扣能量单元包括电容器和电压检测器。

根据本公开的一个实施方式，其中当所述脱扣能量单元的电压超过预定阈值时，向所述逻辑单元的第二输入端输入第二信号还包括：利用所述电压检测器检测所述电容器的电压，并且当检测到的所述电压超过所述预定阈值时，向所述第二输入端输入所述第二信号。

根据本公开的一个实施方式，其中所述第二信号为高电平。

根据本公开的一个实施方式，其中所述开关单元包括连接在所述继电器和地之间的开关元器件。

根据本公开的一个实施方式，其中响应于所述逻辑运算的结果，使得所述继电器动作还包括：响应于所述逻辑运算的结果，接通所述开关元器件，使得所述继电器动作。

通过本公开实施方式的装置和方法，电磁继电器能够准确及时地脱扣，同时允许使用性价比更高的电磁继电器作为脱扣器。避免在出现漏电时，电磁继电器因为脱扣能量不够而无法及时切断漏电回路，造成人身安全以及设备财产的损失。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施方式的特征、优点及其他方面将变得更加明显，在此以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式。其中：

图1示例性地示出了根据本公开实施方式的用于继电器的装置的框图；

图2示例性地示出了根据本公开一个实施方式的用于继电器的装置的示意性电路图；

图3示例性地示出了根据本公开一个实施方式的用于继电器的装置的示意性电路图；以及

图4示例性地示出了根据本公开实施方式的用于继电器的方法的流程图。

具体实施方式

以下参考附图详细描述本公开的各个示例性实施方式。附图中的框图和流程图示出了根据本公开的各种实施方式的装置和方法的可能实现的体系架构。应当理解，给出这些示例性实施方式仅仅是为了使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本公开，而并非以任何方式限制本公开的范围。

本领域技术人员可以理解，本公开实施方式的用于继电器的装置和方法，可以用于电磁继电器，也可以其他类型的继电器。本公开实施方式的装置和方法，不仅可以用于漏电保护器，也可以用于其他类型的使用继电器的设备中，确保继电器脱扣的准确及时。

以下参照图1的示意性框图，描述根据本公开实施方式的用于继电器的装置。

如图1所示，一种根据本公开实施方式的用于继电器的装置100包括逻辑单元10、故障检测单元20、脱扣能量单元30、以及开关单元40。其中，逻辑单元10被配置为具有第一输入端11、第二输入端 12以及输出端14。故障检测单元20连接到第一输入端11，并向其输入第一信号，脱扣能量单元30连接第二输入端12，并向其输入第二信号。逻辑单元10的输出端连接到开关单元40。开关单元40连接在继电器60和接地之间。继电器60连接在脱扣能量单元30和开关单元40之间。

以下，将以回路中出现故障情况为例，结合图2，说明根据本公开实施方式的用于继电器的装置是如何操作的。

图2示出了根据本公开实施方式的用于继电器的装置的示意性电路图。如图2所示，在一个实施例中，故障检测单元20利用串联在被保护的线路中的电流互感器CT来检测线路中的故障信号。具体地，当回路中出现漏电流时，电流互感器感测到漏电流i_f，并传送到处理器芯片ASIC，当处理器芯片ASIC接收到漏电流i_f时，向电流放大器21输出电流信号并将该电流信号保持，电流放大器21将该电流信号放大，以便获得具有合适电压的高电平的第一信号，以向第一输入端11输入。

可替换地，本领域技术人员可以理解，除了漏电流信号，所述故障信号也可以是其他类型的故障信号，例如过电压信号或者过电流信号。

在一个实施例中，脱扣能量单元30连接到继电器60，并且被配置为当所述脱扣能量单元的电压超过预定阈值时，向第二输入端12输入第二信号。具体地，该第二信号为高电平。如图2所示，脱扣能量单元30包括稳压二极管D1、二极管D2、电容器C1和电压检测器32。当电容器C1完成充电，存储了能够使继电器60成功脱扣的能量时，电压检测器32检测到电容器C1的电压达到或超过预定阈值，则向第二输入端12输入高电平的第二信号。也就是说，当第二信号为高电平时，意味着，电容器C1存储了确保继电器60脱扣的能量。

逻辑单元10例如为逻辑与门，用于对所述第一信号和所述第二信号进行逻辑与门的运算。即，只有当第一信号和第二信号均为高电平时，逻辑单元10的输出信号才为高电平。在一个实施例中，开关 单元40为开关元器件，例如为晶体管T3。晶体管T3的栅极端子连接到逻辑单元10的输出端14，其源极端子连接到继电器60，其漏极端子接地。当逻辑单元10的输出端14为高电平时，晶体管T3被接通，此时晶体管T3导通，从而使得脱扣能量单元30与继电器60形成了导通的回路，使得脱扣能量单元30中的电容器C1向继电器60放电。由于电容器C1的电压超过预定阈值，说明电容器C1存储了足够的能量使得继电器60能够成功脱扣，这样，就确保了继电器60能够准确及时地脱扣。

在一些极端情况下，例如，在设备接通电源的初始阶段，电容器尚处于充电过程中，其中存储的能量尚无法使继电器成功脱扣，即，电容器的电压尚未达到阈值电压时，若此时回路中出现漏电流，尚未完成充电的电容器将无法使继电器成功脱扣，在现有技术中这是期待解决的问题。在采用了本公开实施方式的装置的情况下，这时的漏电流信号将使得第一信号为高电平，并由故障检测单元20进行保持，直至电压检测器32检测到电容器C1已经达到阈值电压，这时才将晶体管T3接通，从而确保继电器60能够准确及时地脱扣。

可替换地或者可选地，图3示例性地示出了根据本公开一个实施方式的用于继电器的装置的示意性电路图。如图3所示，在一个实施例中，故障检测单元20利用串联在被保护的线路中的电流互感器CT来检测回路中的故障信号。具体地，当回路中出现漏电流时，电流互感器感测到漏电流i_f，当处理器芯片ASIC接收到漏电流i_f时，在电阻器R5上出现电流，晶体管T1被接通，使得晶体管T2被关断，由于电源电压Vcc的作用将晶体管T2的源极端子处的电平拉高，从而形成高电平的第一信号，并输入到第一输入端11。当故障检测单元20向第一输入端11输入高电平的第一信号时，意味着被保护的线路中出现漏电流，需要及时使继电器60动作。

在另一个实施例中，脱扣能量单元30可以包括电容器C1、电压检测器32、稳压二极管D1、D3、普通二极管D2、电阻器R1和R2。在向设备供电的初始阶段，通过Vcc向电容器C1充电，稳压二极管 D1例如为齐纳二极管，用于保护电容器C1，防止电压不稳定为电容器带来损坏。由于普通二极管D2上的电压降很小，忽略不计，当电容器C1充电完成时，电容器上的电压V_C1可以视为等于Vcc。电阻器R1和R2组成分压电路，通过选择电阻器R1和R2的电阻值，例如R1和R2的电阻值相等，使得V2等于Vcc的一半。这样，电压V2代表了电容器的电压V_C1的大小。电压检测器32可以例如为电压比较器，其被配置为当电压V2超过预定阈值时，向逻辑单元10的第二输入端输入第二信号。该预定阈值对应于使得继电器60能够成功脱扣所需的电容器的能量。使用电阻器R1和R2组成的分压电路，是为了避免第二信号的电压过高，以免对逻辑单元10造成损坏。本领域技术人员可以理解，也可以使用本领域常用的电压感测手段，来感测电容器的电压V_C1的大小，并在检测到V_C1超过预定阈值时，向逻辑单元10的第二输入端12输入高电平的第二信号。

在图2和图3所示的实施例中，开关单元40为晶体管T3，本领域技术人员也可以理解，开关单元40可以为其他合适的开关元器件，以实现当逻辑单元10的输出结果为高电平时，将电路导通的功能。

图4示例性地示出了根据本公开实施方式的用于继电器的方法的流程图。根据一个实施例，在步骤410中，响应于检测到的故障信号，例如漏电流信号，向逻辑单元的第一输入端输入第一信号。在步骤420中，检测脱扣能量单元的电压，例如用于为继电器提供脱扣能量的电容器的电压。在步骤430中，当所述脱扣能量单元的电压超过预定阈值时，意味着此时脱扣能量单元中的电容器C1已经充电完成，其中存储了能够使得继电器成功脱扣的能量。此时，向所述逻辑单元的第二输入端输入第二信号。在步骤440中，对所述第一信号和所述第二信号进行逻辑运算。具体地，为逻辑与门运算，即，当第一信号和第二信号均为高电平时，逻辑运算的结果为输出高电平。在步骤450中，响应于所述逻辑运算的结果，使得所述继电器动作。当所述逻辑运算的结果为高电平时，使得继电器脱扣。

在例如漏电保护器的设备开始供电时，开始对脱扣能量单元中的 电容器C1进行充电，如图3所示的电容器C1的电压V_C1开始从零开始上升，此时输入到第二输入端12的第二信号为低电平。当电容器C1充电完成时，电压V_C1等于Vcc(忽略二极管D2在导通时的电压降)，这时电压检测器32检测到的电压V2超过预定阈值，电压检测器32输出高电平的第二信号。

换句话说，在被保护线路正常工作时，没有故障信号，第一信号为低电平。当出现例如漏电的故障情形时，故障检测单元20向逻辑单元10输出高电平的第一信号。当脱扣能量单元30中的电容器C1完成充电时，第一信号和第二信号均为高电平，逻辑单元10的逻辑运算结果为高电平，响应于该高电平的输出信号，开关单元40接通，使得继电器60动作，成功脱扣。

以下针对逻辑元件10的输入和输出信号的各种情形，对应用根据本公开实施方式的装置和方法的电路进行逐一说明。

当第一信号为低电平，第二信号为低电平，代表例如漏电保护器的设备没有通电，并且被保护的线路中也没有检测到诸如漏电流的故障信号，这时逻辑单元10的输出为低电平，继电器60没有动作。

当第一信号为低电平，第二信号为高电平，代表例如漏电保护器的设备中用于继电器脱扣的电容器已经完成充电，但是被保护的线路中并没有检测到任何故障信号(例如漏电流信号)，这时逻辑单元10的输出为低电平，继电器60没有动作。

当第一信号为高电平，第二信号为低电平，代表故障检测单元20检测到被保护的回路中存在故障信号(例如漏电流信号)，但是例如漏电保护器的设备中用于继电器脱扣的电容器尚未完成充电，这时逻辑单元10的输出为低电平，继电器60没有动作。但是，高电平的第一信号被故障检测单元20保持，等待电容器完成充电。

当第一信号为高电平，第二信号为高电平，代表故障检测单元20检测到被保护的线路中存在故障信号(例如漏电流信号)，并且例如漏电保护器的设备中用于为继电器脱扣提供能量的电容器已经完成充电，这时逻辑单元10的输出为高电平，继电器60成功脱扣。

通过本公开实施方式的装置和方法，电磁继电器能够准确及时地脱扣，即使在漏电保护器设备供电初始阶段时出现例如漏电流故障的极端情形，也能够将故障信息保持，直至电容器完成充电，存储了足够的能量以确保继电器准确成功脱扣。避免在出现漏电时，电磁继电器可能因为脱扣能量不够而无法及时切断漏电回路，造成人身安全以及设备财产的损失。

已经参照一些实施例描述了本公开。然而，正如所属领域技术人员容易知晓地，上述已经公开的实施例以外的其它实施例同样落入在本公开的范围内，如由附加的权利要求所限定的。