剩余电流保护电子脱扣器的制作方法

本发明属于新能源领域使用的线路保护开关设备，特别是一种新能源领域汽车充电桩用的剩余电流保护电子脱扣器。

背景技术：

随着新能源汽车的快速发展，电动汽车已在各个地方大力推广，汽车充电桩作为电动汽车的“加电站”，随着电动汽车的日益普及日，充电桩也在快速发展，根据国家规划发展，到2020年将建成200万个充电桩，但是充电桩的安全性和可靠性至关重要，为了有效的防止由于电线老化引起的漏电、人为无意触电造成的人员伤害，因此充电桩必须安装剩余电流保护装置。充电桩有慢速充电模式和快速充电模式，慢速充电模式主要是交流充电，快速充电模式主要是直流充电，直流充电桩具有快速充电的功能，传统的剩余电流保护脱扣器属于ac型，只能保护交流剩余电流，对于脉动直流漏电无法保护，如果充电桩系统有脉动漏电电流，传统的剩余电流保护脱扣无法动作，无法保护操作人员的安全，该a型剩余电流保护电子脱扣器可以对交流漏电、脉动漏电保护，对操作人员进行全方位的保护。随着国家对充电桩出台的新标准，充电桩中的剩余电流保护断路器开关必须要有交流和脉动直流漏电保护功能，剩余电流保护电子脱扣器是剩余电流保护断路器开关的核心控制部件。

目前市场上的剩余电流保护脱扣器大都是ac型的，不能满足充电桩的保护要求标准。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种剩余电流保护电子脱扣器。

为解决上述技术问题，本发明剩余电流保护电子脱扣器，包括供电单元电路、瞬态过压保护电路、驱动脱扣电路、漏电动作值调节电路、漏电延时调节电路、试验测试电路、漏电采样电路及芯片u1；其中

所述供电单元电路包括：

a相分压单元，所述a相分压单元的一端与三相电源的a相电源电连接；

二极管组件d10，所述二极管组件d10的第三端口与所述a相分压单元的另一端电连接，所述二极管组件d10的第一端口接地；

b相分压单元，所述b相分压单元的一端与三相电源的b相电源电连接；

二极管组件d11，所述二极管组件d11的第三端口与所述b相分压单元的另一端电连接，所述二极管组件d11的第一端口接地；

c相分压单元，所述c相分压单元的一端与三相电源的c相电源电连接；

二极管组件d12，所述二极管组件d12的第三端口与所述c相分压单元的另一端电连接，所述二极管组件d12的第一端口接地；

电阻r3，所述电阻r3的一端分别与所述二极管组件d10的第二端口、所述二极管组件d11的第二端口及所述二极管组件d12的第二端口电连接，所述电阻r3的另一端与所述芯片u1电连接；

二极管d3，所述二极管d3的正极接地，所述二极管d3的负极与所述电阻r3的一端电连接；

电容c3，所述电容c3的正极与所述电阻r3的一端电连接，所述电容c3的负极接地；

稳压二极管vd1，所述稳压二极管vd1的正极接地，所述稳压二极管vd1的负极与所述电阻r3的另一端电连接；

电容c2，所述电容c2的正极与所述电阻r3的另一端电连接，所述电容c2的负极接地。

优选地，所述a相分压单元包括：

电容c1，所述电容c1的一端与三相电源的a相电源电连接；

电阻r4，所述电阻r4的一端与所述电容c1的另一端电连接，所述电阻r4的另一端与所述二极管组件d10的第三端口电连接；

电阻r1，所述电阻r1的一端与所述电容c1的一端电连接；

电阻r2，所述电阻r2的一端与所述电阻r1的另一端电连接，所述电阻r2的另一端与所述电阻r4的另一端电连接；

所述b相分压单元包括：

电容c4，所述电容c4的一端与三相电源的b相电源电连接；

电阻r12，所述电阻r12的一端与所述电容c4的另一端电连接，所述电阻r12的另一端与所述二极管组件d11的第三端口电连接；

电阻r9，所述电阻r9的一端与所述电容c4的一端电连接；

电阻r10，所述电阻r10的一端与所述电阻r9的另一端电连接，所述电阻r10的另一端与所述电阻r12的另一端电连接；

所述c相分压单元包括：

电容c5，所述电容c5的一端与三相电源的c相电源电连接；

电阻r17，所述电阻r17的一端与所述电容c5的另一端电连接，所述电阻r17的另一端与所述二极管组件d12的第三端口电连接；

电阻r15，所述电阻r15的一端与所述电容c5的一端电连接；

电阻r16，所述电阻r16的一端与所述电阻r15的另一端电连接，所述电阻r16的另一端与所述电阻r17的另一端电连接。

优选地，所述瞬态过压保护电路包括：

压敏电阻rm1，所述压敏电阻rm1的两端分别与a相电源及c相电源电连接；

压敏电阻rm2，所述压敏电阻rm2的两端分别与a相电源及b相电源电连接；

压敏电阻rm3，所述压敏电阻rm3的两端分别与b相电源及c相电源电连接。

优选地，还包括二极管d1、二极管d2、二极管d4、二极管d5、二极管d6及二极管d7；其中

所述二极管d1的正极接地，所述二极管d1的负极与三相电源的a相电源电连接；

所述二极管d2的正极与三相电源的a相电源电连接，所述二极管d2的负极与所述驱动脱扣电路电连接；

所述二极管d4的正极接地，所述二极管d4的负极与三相电源的b相电源电连接；

所述二极管d5的正极与三相电源的b相电源电连接，所述二极管d5的负极与所述驱动脱扣电路电连接；

所述二极管d6的正极接地，所述二极管d6的负极与三相电源的c相电源电连接；

所述二极管d7的正极与三相电源的c相电源电连接，所述二极管d7的负极与所述驱动脱扣电路电连接。

优选地，所述驱动脱扣电路包括：

线圈l1，所述线圈l1的一端分别与所述二极管d2的负极、所述二极管d5的负极及所述二极管d7的负极电连接；

可控硅q1，所述可控硅q1的正极与所述线圈l1的另一端电连接，所述可控硅q1的负极与所述芯片u1的os引脚电连接，所述可控硅q1的负极接地；

二极管d9，所述二极管d9的正极与所述线圈l1的另一端电连接，所述二极管d9的负极与所述线圈l1的一端电连接。

优选地，所述漏电动作值调节电路包括：

零序互感器l2，三相电源穿过所述零序互感器l2；

二极管组件d13，所述二极管组件d13的第一端口及第二端口分别与所述零序互感器l2的一端电连接，所述二极管组件d13的第三端口与所述零序互感器l2的另一端电连接；

电阻r25，所述电阻r25的两端分别与所述零序互感器l2的两端电连接；

电阻r23，所述电阻r23的一端与所述零序互感器l2的一端电连接，所述电阻r23的另一端与所述芯片u1电连接；

电阻r26，所述电阻r26的一端与所述零序互感器l2的另一端电连接，所述电阻r26的另一端与所述芯片u1电连接；

电容c7，所述电容c7的一端与所述电阻r23的另一端电连接，所述电容c7的另一端与所述电阻r26的另一端电连接；

电阻r31，所述电阻r31的一端与所述芯片u1电连接，所述电阻r31的另一端接地；

开关s1，所述开关s1的一端与所述芯片u1电连接；

电容c10，所述电容c10的一端与所述开关s1的另一端电连接，所述电容c10的另一端接地；

电容c11，所述电容c11的一端与所述开关s1的另一端电连接，所述电容c11的另一端接地；

电容c12，所述电容c12的一端与所述开关s1的另一端电连接，所述电容c12的另一端接地。

优选地，所述漏电延时调节电路包括：

开关s2，所述开关s2的一端与所述零序互感器l2的另一端电连接；

电阻r32，所述电阻r32的一端与所述开关s2的另一端电连接，所述电阻r32的另一端与所述零序互感器l2的一端电连接；

电阻r33，所述电阻r33的一端与所述开关s2的另一端电连接，所述电阻r33的另一端与所述零序互感器l2的一端电连接；

电阻r34，所述电阻r34的一端与所述开关s2的另一端电连接，所述电阻r34的另一端与所述零序互感器l2的一端电连接。

优选地，所述试验测试电路包括：

电阻r28，所述电阻r28的一端与三相电源的c相电源电连接；

电阻r30，所述电阻r30的一端与所述电阻r28的另一端电连接；

电阻r27，所述电阻r27的一端与三相电源的c相电源电连接；

电阻r29，所述电阻r29的一端与所述电阻r27的另一端电连接；

电阻r36，所述电阻r36的一端与三相电源的b相电源电连接；

电阻r38，所述电阻r38的一端与所述电阻r36的另一端电连接；

电阻r35，所述电阻r35的一端与三相电源的b相电源电连接；

电阻r37，所述电阻r37的一端与所述电阻r35的另一端电连接；

开关s3，所述开关s3的一端分别与所述电阻r30的另一端及所述电阻r29的另一端电连接，所述开关s3的另一端分别与所述电阻r38的另一端及所述电阻r37的另一端电连接。

优选地，所述芯片u1为fm2149

所述芯片u1的os引脚与所述可控硅q1的负极电连接；

所述芯片u1的vdd引脚与所述电阻r3的另一端电连接；

所述芯片u1的mode引脚通过电阻r24与所述电阻r3的另一端电连接；

所述芯片u1的in1引脚与所述零序互感器l2的一端电连接；

所述芯片u1的in2引脚与所述零序互感器l2的另一端电连接；

所述芯片u1的pc引脚与所述开关s1的一端电连接；

所述芯片u1的oa引脚通过电容c9接地；

所述芯片u1的dly引脚通过电容c8接地；

所述芯片u1的pr引脚与所述电阻r31的一端电连接；

所述芯片u1的vss引脚接地。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：在性能和结构上有了重要的改变，解决了现有产品无法对脉动直流漏电检测保护的缺陷，对突然施加或缓慢上升的漏电正弦交流电流和脉动直流电流均能确保可保护靠动作，确保了人身安全的可靠性。具体地，剩余电流保护器为了实现将电动汽车安全可靠地连接到充电桩电源系统中，对充电桩电路系统进行可靠保护，根据iec60364-7-722和gb/t18487.1-2015标准的相关标准规定，充电桩的漏电保护器至少需要a型或b型的剩余电流保护器，针对充电桩的相关标准要求，设计了一款适用与充电桩系统的a型剩余电流保护电子脱扣器，该a型剩余电流保护电子脱扣器主要作用是当充电桩线路中发生绝缘损坏，造成接地故障时进行间接接触保护，以及因接地故障可能引起的火灾危险提供保护，人员因误操作导致直接触电时进行人身安全保护。剩余电流保护器的交流剩余电流信号的检测，脉动直流剩余电流信号的检测，以及剩余电流的运算处理，磁脱扣系统的执行机构均是由剩余电流保护电子脱扣器实现的，因此a型剩余电流保护电子脱扣器是剩余电流保护器的核心控制部件，该a型剩余电流保护电子脱扣器与传统的ac型剩余电流保护电子脱扣器相比较，具有直流脉动剩余电流保护功能、emc抗电磁干扰能力强，可在高温高湿的环境下可靠工作。

附图说明

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

图1为本发明剩余电流保护电子脱扣器电路图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。

本发明中a型剩余电流保护电子脱扣器主要由供电单元电路，瞬态过压保护电路，驱动脱扣电路，漏电采集电路，时间延时调节电路，漏电延时调节电路，试验测试电路，漏电采样电路等组成，原理框图如图1所示。

1、供电电源电路：为了提高供电单元的可靠性，该系统采用三电源供电方式，只要电源的a相、b相、c相任意两相有电，该漏电模块脱扣器可以靠工作，电源电路主要由电阻r1，电阻r2，电阻r3，电阻r4，电阻r9，电阻r10，电阻r15，电阻r16，电阻r17，电容c1，电容c2，电容c3，电容c4，电容c5，二极管d10，二极管d11，二极管d12，二极管d3，二极管vd1组成。

其中电容c1和电阻r4，电容c4和电阻r12，电容c5和电阻r17组成a相电源、b相电源、c相电源组容分压电路，通过该电路将交流380v高电压降低到交流10v的安全电压。

然后通过二极管d10，二极管d11，二极管d12对交流电源进行整流。

电容c3端电压为直流电源，通过限流电阻r3，稳压二极管vd1，电容c2，将整流后的电源稳定成vcc电源，vcc电源为+5v电源，vcc主要给芯片u1芯片提供可靠的电源。

2、瞬态过压保护电路：压敏电阻rm1，压敏电阻rm2，压敏电阻rm3主要是对电源端进行瞬间过压保护，防止由于雷击等因素造成线路中出现的高压信号干扰源，造成后续电路元器件的损坏。

3、驱动脱扣电路：该电路由线圈l1，二极管d9，可控硅q1组成驱动电路，当芯片u1检测到有漏电信号后，当漏电值达到预设的脱扣值时，芯片u1的1脚输出高电平驱动信号，可控硅q1导通，线圈l1得电后，线圈中的磁铁动作，磁铁推动脱扣机构动作，脱扣机构推动断路器切断电源，防止因漏电产生的人身伤害。

4、漏电动作值调节电路：由零序互感器l2，二极管d13，电阻r25，电阻r23，电阻r26，电容c7以及电阻r31，电容c12，电容c11，电容c10，开关s1组成，零序互感器l2对线路中存在的漏电进行电流矢量检测，检测到的电流矢量信号和通过电阻r25，电阻r23，电阻r26二极管d13送入芯片u1的in1管脚和in2管脚，u1芯片对检测到的电流矢量和信号进行运放计算。该电路由电阻r31，电容c12，电容c11，电容c10，开关s1组成，通过开关s1选择不同档位，分成四个脱扣动作值延时，脱扣动作延时时间分别为0秒，0.25秒，0.9秒，1.9秒。

5、漏电延时调节电路：该电路由电阻r32，电阻r33，电阻r34，开关s2组成，通过开关s2选择不同档位，分成四个脱扣动作漏电值，漏电动作值分别为30ma、100ma、300ma、500ma。

6、试验测试电路：该电路由电阻r27，电阻r28，电阻r29，电阻r30，电阻r35，电阻r36，电阻r37，电阻r38，试验按钮开关s3组成。为了检验漏电模块的能够可靠动作，需要对漏电模块进行定期的失效验证，测试漏电脱扣器能够正常动作。试验按钮开关s3时，电阻r27，电阻r28，电阻r29，电阻r30，电阻r35，电阻r36，电阻r37，电阻r38，零序互感器l2构成模拟漏电发生器。

7、漏电采样电路：零序互感器l2，二极管d13，电阻r23，电阻r26，电阻r25，电容c7，芯片u1的4脚in1，芯片u1的5脚in2构成漏电采样运放电路。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。