漏电保护装置、电连接设备和用电器的制作方法

1.本公开内容属于电气领域，尤其涉及一种具备自检功能的漏电保护装置、电连接设备和用电器。


背景技术：

2.目前，越来越多的家庭或工业用电器在各个领域中被采用。为了用电安全，人们通常在电网输出端或者在一些家用电器的输入端安装有漏电保护器，而且在醒目的位置标有“使用前进行试验”的字样来督促使用者测试漏电保护器的功能是否正常。然而在使用中，因使用的环境不同或安装等因素，即使人们对漏电保护器进行了使用前试验的操作，漏电保护器仍然存在在使用过程中丧失漏电保护的可能性，从而导致危险的情况发生。
3.出于上述原因，当前已经设计出同时具备漏电检测和自检功能的漏电保护装置。然而，这些装置中的自检电路大多采用集成电路来实现自检功能，其外围电路较为复杂，而且成本也较为高昂。


技术实现要素：

4.基于上述问题，本公开内容提出了一种漏电保护装置，该漏电保护装置包括采用分立元件实现的自检电路，电路简单且成本较低。
5.本公开内容的第一方面提出了一种漏电保护装置，包括：漏电流检测模块，其被配置为检测供电线路上的漏电流信号，并在检测到所述漏电流信号时产生检测反馈信号；自检模块，其被配置为检测所述漏电流检测模块是否发生故障，所述自检模块包括：模拟漏电触发模块，其被配置为产生模拟漏电触发信号；模拟漏电流产生模块，其被配置为经由所述模拟漏电触发信号的触发而产生模拟漏电流信号，其用于对所述漏电流信号进行模拟；触发信号关闭模块，其被配置为在所述检测反馈信号的作用下关闭所述模拟漏电触发信号；以及故障信号生成模块，其耦合至所述模拟漏电触发模块，并被配置为在所述漏电流检测模块发生故障时产生自检故障信号；以及脱扣模块，其被配置为在所述自检故障信号的作用下断开所述供电线路上的电力连接。
6.在一个优选的实施方式中，所述模拟漏电触发模块、所述模拟漏电流产生模块、所述触发信号关闭模块和所述故障信号生成模块均由分立的电子元件组成。
7.在一个优选的实施方式中，所述模拟漏电触发模块包括：触发管，其在导通时产生所述模拟漏电触发信号；延时模块，其耦合至所述触发管并控制所述触发管的导通，从而控制产生所述模拟漏电触发信号的间隔时间。
8.在一个优选的实施方式中，所述延时模块包括串联连接的第一电阻和第一电容，并且，所述触发信号关闭模块包括第一半导体元件，所述检测反馈信号用于控制所述第一半导体元件的导通，以提供所述第一电容上的电荷的泄放路径，进而关闭所述模拟漏电触发信号。
9.在一个优选的实施方式中，所述模拟漏电流产生模块包括第二电阻，其耦合至所
述触发管，当所述触发管导通时，所述第二电阻上流过所述模拟漏电流信号。
10.在一个优选的实施方式中，所述模拟漏电流产生模块包括第二半导体元件、第四电阻和第五电阻，所述第二半导体元件的第一极耦合至所述第四电阻，其控制极经由所述第五电阻耦合至所述触发管，当所述触发管导通时，所述第二半导体元件导通，并且，所述第二半导体元件和所述第四电阻上流过所述模拟漏电流信号。
11.在一个优选的实施方式中，所述故障信号生成模块包括串联连接的第三电阻和第二电容，在所述模拟漏电触发信号的作用下，所述第二电容被持续充电，当所述漏电流检测模块发生故障而使得所述模拟漏电触发信号无法被关闭时，所述故障信号生成模块通过所述第二电容产生所述自检故障信号。
12.在一个优选的实施方式中，所述故障信号生成模块包括第三电阻，所述漏电流检测模块包括第四电容，在所述模拟漏电触发信号的作用下，所述第四电容被持续充电，当所述漏电流检测模块发生故障而使得所述模拟漏电触发信号无法被关闭时，所述故障信号生成模块通过所述第四电容产生所述自检故障信号。
13.在一个优选的实施方式中，所述第一半导体元件和所述第二半导体元件选自以下各项中的一项：可控硅、双极型晶体管、场效应晶体管和光电耦合元件。
14.在一个优选的实施方式中，所述脱扣模块包括：开关模块，其耦接在所述供电线路的输入端与输出端之间，用于控制所述输入端与所述输出端之间的所述电力连接；以及驱动模块，用于基于所述自检故障信号驱动所述开关模块，以断开所述电力连接。
15.在一个优选的实施方式中，所述漏电流检测模块包括处理器和至少一个漏电检测线圈，其中，所述处理器根据所述漏电检测线圈检测到的所述漏电流信号来产生所述检测反馈信号。
16.在一个优选的实施方式中，触发管为以电压阈值为触发条件的电子元件。
17.本公开内容的第二方面提出了一种电连接设备，其特征在于，所述电连接设备包括：壳体；以及根据第一方面的各实施例中任一项所述的漏电保护装置，所述漏电保护装置容纳在所述壳体中。
18.本公开内容的第三方面提出了一种用电器，其特征在于，所述用电器包括：负载设备；以及电连接设备，其耦合在供电线路与所述负载设备之间，用于向所述负载设备供电，其中，所述电连接设备包括根据第一方面的各实施例中任一项所述的漏电保护装置。
19.在本公开内容中，通过采用分立元件实现漏电保护装置中的自检模块，在提升电路安全性，确保用电安全的基础上，极大地简化了电路结构，而且在很大程度上降低了生产成本。
附图说明
20.参考附图示出并阐明实施例。这些附图用于阐明基本原理，从而仅仅示出了对于理解基本原理必要的方面。这些附图不是按比例的。在附图中，相同的附图标记表示相似的特征。另外，架构图中每个框之间的连线表示两个框之间是电气或磁性耦合，两个框之间没有连线并不表示该两个框没有耦合。
21.图1示出了根据本公开内容的实施例的漏电保护装置的架构图；
22.图2示出了根据本公开内容的第一实施例的漏电保护装置的架构示意图；
23.图3示出了根据本公开内容的第二实施例的漏电保护装置的原理示意图；
24.图4示出了根据本公开内容的第三实施例的漏电保护装置的原理示意图；
25.图5示出了根据本公开内容的第四实施例的漏电保护装置的原理示意图；
26.图6示出了根据本公开内容的第五实施例的漏电保护装置的原理示意图；
27.图7示出了根据本公开内容的第六实施例的漏电保护装置的原理示意图。
具体实施方式
28.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所限定。
29.在介绍本公开内容的实施例之前，首先对本公开内容中涉及到的部分术语进行解释，以便更好地理解本公开内容。在本公开内容中，晶体管可指任何结构的晶体管，例如场效应晶体管(fet)、双极型晶体管(bjt)或可控硅等。当晶体管为场效应晶体管时，其控制极是指场效应晶体管的栅极，第一极可以为场效应晶体管的漏极或源极，对应的第二极可以为场效应晶体管的源极或漏极；当晶体管为双极型晶体管时，其控制极是指双极型晶体管的基极，第一极可以为双极型晶体管的集电极或发射极，对应的第二极可以为双极型晶体管的发射极或集电极；当晶体管为可控硅时，其控制极是指可控硅的控制极g，第一极为阳极，第二极为阴极。模拟漏电流信号为自检模块生成的周期性信号，其持续时间较短，因此，虽然漏电检测模块可以检测到该模拟漏电流信号，但不需要漏电保护装置断开电力连接。
30.本公开内容旨在提出一种漏电保护装置，该装置的自检模块通过分立元件实现自检功能，因此结构简单，成本较低。
31.图1示出了根据本公开内容的实施例的漏电保护装置的架构图。
32.如图1中示出的，漏电保护装置100包括漏电流检测模块1、自检模块2和脱扣模块3。漏电流检测模块1耦合在供电线路的输入端与输出端之间，用于检测供电线路上是否存在漏电流信号。自检模块2耦合至供电线路和漏电流检测模块1，用于周期性地产生模拟漏电流信号，以检测漏电流检测模块1是否发生故障。自检模块2包括模拟漏电触发模块21、模拟漏电流产生模块22、触发信号关闭模块23和故障信号生成模块24。模拟漏电触发模块21用于周期性地产生模拟漏电触发信号。模拟漏电流产生模块22耦合至模拟漏电触发模块22，接收模拟漏电触发信号，并经由模拟漏电触发信号的触发而产生模拟漏电流信号，该模拟漏电流信号模拟供电线路上的漏电流信号。因而，当产生模拟漏电流信号时，漏电流检测模块1会检测到该模拟漏电流信号，并生成检测反馈信号。该检测反馈信号被提供给触发信号关闭模块23，该触发信号关闭模块23在检测反馈信号的作用下关闭模拟漏电触发信号，从而关闭模拟漏电流信号。故障信号生成模块24耦合至模拟漏电触发模块，以监控模拟漏电触发信号是否被关闭。在漏电流检测模块1发生故障而导致模拟漏电触发信号无法被关闭时，其产生自检故障信号并提供给脱扣模块3。脱扣模块3耦合在供电线路的输入端与输出端之间，并且在自检故障信号的作用下断开供电线上的电力连接。
33.图2示出了根据本公开内容的第一实施例的漏电保护装置的架构示意图。
34.如图2中示出的，漏电保护装置200耦合在输入端line与负载设备load之间，其包括用于控制供电线路的电力连接通断的开关sw1。漏电流检测模块1包括供电线穿过其中的漏电检测线圈ct1和处理器u1。脱扣模块包括开关模块31和驱动模块32。开关模块31包括开关sw1和复位开关reset，驱动模块32包括开关驱动元件(如螺线管sol)和两个晶体管q1、q2。
35.漏电保护装置进行漏电检测时，开关sw1和复位开关reset均闭合。当火线(l)和零线(n)电流平衡时，漏电检测环ct1不会产生电流不平衡。当穿过漏电检测线圈ct1的供电线存在电流不平衡时，即存在漏电流信号时，漏电检测线圈ct1上将产生相应的感应电压。漏电检测线圈ct1耦合至处理器u1的引脚4、5和6，当漏电检测线圈ct1输出的电压大于阈值时，u1的引脚1输出高电平，反之输出低电平。u1的引脚1的高电平被提供给晶体管q1和q2，使得晶体管q1和/或q2导通，进而使得螺线管sol的线圈上产生电流变化，以产生磁场，使得开关sw1断开，从而断开供电线路上的电力连接。
36.继续参考图1，自检模块2包括模拟漏电触发模块21、模拟漏电流产生模块22、触发信号关闭模块23和故障信号生成模块24。参考图1，在本实施例中，模拟漏电触发模块21包括触发管d01和延时模块。触发管d01在导通时产生模拟漏电触发信号。触发管可以是任何以电压阈值为触发条件的电子元件。延时模块用于控制触发管d01的导通，从而控制产生模拟漏电触发信号的间隔时间。在本实施例中，延时块包括串联连接的第一电阻r01和第一电容c01。通过设置第一电阻r01的电阻值和第一电容c01的电容值，可以调节产生模拟漏电触发信号的间隔时间。第一电阻r01和第一电容c01间的节点a连接至触发管d01。模拟漏电流产生模块22包括第二电阻r02，其耦合至触发管。当第一电容c01的上极板电位(节点a处电位)达到触发管d01的触发电压时，触发管d01导通，从而通过第二电阻r02产生模拟漏电流信号，并流经漏电检测线圈ct1。可以理解，该模拟漏电流信号是自检模块2主动产生的电流，用于模拟供电线路发生故障时所产生的漏电流信号。
37.漏电流检测模块1检测到该模拟漏电流信号并产生检测反馈信号。具体地，漏电检测线圈ct1检测到模拟漏电流产生模块22产生的模拟漏电流信号，产生感应电压。当漏电检测线圈ct1输出的电压大于阈值时，u1的引脚1输出高电平，即检测反馈信号。该检测反馈信号被提供给触发信号关闭模块23。触发信号关闭模块23包括第一半导体元件。在本实施例中，第一半导体元件被实现为晶体管q01。u1的引脚1输出的高电平使得晶体管q1导通，从而提供第一电容c01上的电荷的泄放路径，进而关闭模拟漏电触发信号，即第一电容c01上极板电位低于触发管d01的触发电压，使触发管d01截止。相应地，在第二电阻r02上不再产生模拟漏电流信号。
38.故障信号生成模块24包括串联连接的第三电阻r03和第二电容c02。在漏电流检测模块1发生故障而使得模拟漏电触发信号无法被关闭时，第二电容c02产生自检故障信号。具体地，第三电阻r03和第二电容c02串联连接后与第二电阻r02并联连接。第三电阻r03和第二电容c02的中间节点经由二极管d12连接到驱动模块32中的晶体管q1和q2。如上面所描述的，经由模拟漏电触发信号的触发产生模拟漏电流信号。同时，第三电阻r03上也将流过电流，并且该电流为第二电容c02持续充电。在漏电流检测模块1未发生故障的情况下，其会在检测到模拟漏电流信号时产生检测反馈信号，进而关闭模拟漏电触发信号和模拟漏电流信号。由于模拟漏电流信号持续的时间较短，第二电容c02的上极板电位(节点b处电位)不
足以驱动晶体管q1和q2。然而，当漏电流检测模块1发生故障时，漏电流检测模块1无法产生检测反馈信号，从而无法关闭模拟漏电触发信号。此时，触发管d01长期处于导通状态，因而模拟漏电流信号也持续流过。随着第二电容c02被持续充电，其上极板电位不断升高。当第二电容c02的上极板电位达到预设值时，驱动晶体管q1和/或q2导通，进而使得螺线管sol的线圈上产生电流变化，以产生磁场，使得开关sw1断开，从而断开供电线路上的电力连接。漏电流检测模块1发生故障包括但不限于下列情况：漏电检测模块1中的电子元件(例如，漏电检测线圈ct1、电阻r1等)出现开路或短路，或者处理器u1损坏等。当上述情况出现时，处理器u1将无法输出高电平。
39.下面对自检模块2的工作过程进行阐述。
40.漏电检测模块1正常工作：电流流经第一电阻r01并为第一电容c01充电。经过预先设定的时间，第一电容c01的上极板电位达到触发管d01的触发电压，这使得触发管d01导通，从而形成电流回路，并通过第二电阻r02产生模拟漏电流信号。漏电检测线圈ct1检测到该模拟漏电流信号，产生的感应电压使处理器u1的引脚1输出高电平。该高电平使晶体管q01导通，这为第一电容c01提供了放电路径。第一电容c01经由晶体管q01放电，其上极板电位降低，从而无法达到触发管d01的触发电压。因此，触发管d01截止，电流无法流过触发管d01，也便无法形成电流回路并产生模拟漏电流信号。上述过程完成了一个周期的自检。在下一周期开始时，电流继续为第一电容c01充电直至第一电容c01的上极板电位达到触发管d01的触发电压，重复以上过程。
41.漏电检测模块1发生故障：如由于漏电检测线圈ct1开路、电阻r1开路、处理器u1损坏等造成漏电检测模块1丧失漏电保护能力，处理器u1的引脚1输出低电平，无法使晶体管q01导通。由于晶体管q01处于截止状态，导致无法为第一电容c01提供放电路径，因而第一电容c01的上极板电位使得触发管d01长期处于导通状态。在此情形下，第二电阻r02上持续流过模拟漏电流信号。流过第三电阻r03的电流持续为第二电容c02充电，使得第二电容c02的上极板电位不断升高。当第二电容c02的上极板电位达到预设值时，驱动晶体管q1和/或q2导通。晶体管q1和/或q2的导通将使得螺线管sol中的电流瞬间增大，从而断开开关sw1，即断开了供电线路上的电力连接，用户将不能再使用。
42.综上，在本实施例中，通过采用分立元件实现漏电保护装置中的自检模块，在提升电路安全性，确保用电安全的基础上，极大地简化了电路结构，而且在很大程度上降低了生产成本。
43.图3示出了根据本公开内容的第二实施例的漏电保护装置的原理示意图。
44.在图3的实施例中，与图2的主要不同之处在于，漏电保护装置300的漏电流检测模块1中采用了两个漏电感应线圈ct1和ct2，从而增加对中性线的漏电保护。相应地，复位开关reset为两组。此外，在脱扣模块的驱动模块32中，采用两个螺线管sol1和sol2，以便在其中一个螺线管损坏时提供冗余的漏电保护。漏电保护装置300的自检模块2与图2相同，在此不再赘述。
45.图4示出了根据本公开内容的第三实施例的漏电保护装置的原理示意图。
46.在图4的实施例中，与图2的主要不同之处在于，漏电保护装置400的漏电流检测模块1中采用了两个漏电感应线圈ct1和ct2，ct2主要用于中性线保护。此外，在脱扣模块的驱动模块32中，代替螺线管sol，采用继电器relay来控制开关模块31的断开和闭合。在正常工
作情形下，继电器中流过电流，使得开关模块31中的开关闭合。当漏电流检测模块1检测到供电线路上的漏电流时，处理器u1的引脚5输出高电平，驱动晶体管q1和/或q2导通，继电器上端的电压降低，从而继电器中的电流被关闭，进而断开开关模块31中的开关。漏电保护装置400的自检模块2与图2相同，在此不再赘述。
47.图5示出了根据本公开内容的第四实施例的漏电保护装置的原理示意图。
48.在图5的实施例中，与图2的主要不同之处在于，漏电保护装置500的漏电流检测模块1中采用了两个漏电感应线圈ct1和ct2，ct2主要用于中性线保护。此外，在脱扣模块的驱动模块32中，采用两个螺线管sol1和sol2，以便在其中一个螺线管损坏时提供冗余的漏电保护。漏电保护装置500的自检模块2与图2相同，在此不再赘述。
49.图6示出了根据本公开内容的第五实施例的漏电保护装置的原理示意图。
50.在图6的实施例中，漏电保护装置600的漏电流检测模块1、开关模块31和驱动模块32与图4相同，在此不再赘述。自检模块2与图2的主要区别在于模拟漏电流产生模块22，其余的三个模块模拟漏电触发模块21、触发信号关闭模块23和故障信号生成模块24与图2中相同。如图6中示出的，该模拟漏电流产生模块22包括第二半导体元件、第四电阻r04和第五电阻r05。在本实施例中，第二半导体元件被实现为晶体管q02。晶体管q02的第一极耦合至第四电阻r04，控制极经由第五电阻r05耦合至触发管d01。当触发管d01导通时，晶体管q02也导通，从而通过第四电阻r04产生模拟漏电流信号。另外，故障信号生成模块24的第三电阻r03与第五电阻r05和触发管d01耦合，通过流过触发管d01的电流为第二电容c02充电。
51.下面对自检模块2的工作过程进行阐述。
52.漏电检测模块1正常工作：电流流经第一电阻r01并为第一电容c01充电。经过预先设定的时间，第一电容c01的上极板电位达到触发管d01的触发电压，这使得触发管d01导通，同时晶体管q02也导通，从而形成电流回路，并通过第四电阻r04产生模拟漏电流信号。漏电检测线圈ct1检测到该模拟漏电流信号，产生的感应电压使处理器u1的引脚5输出高电平。该高电平使晶体管q01导通，这为第一电容c01提供了放电路径。第一电容c01经由晶体管q01放电，其上极板电位降低，从而无法达到触发管d01的触发电压。因此，触发管d01截止，同时晶体管q01也截止，也便无法形成电流回路并产生模拟漏电流信号。上述过程完成了一个周期的自检。在下一周期开始时，电流继续为第一电容c01充电直至第一电容c01的上极板电位达到触发管d01的触发电压，重复以上过程。
53.漏电检测模块1发生故障：如由于漏电检测线圈ct1开路、处理器u1损坏等造成漏电检测模块1丧失漏电保护能力，处理器u1的引脚5输出低电平，无法使晶体管q01导通。由于晶体管q01处于截止状态，导致无法为第一电容c01提供放电路径，因而第一电容c01的上极板电位使得触发管d01长期处于导通状态。在此情形下，流过第三电阻r03的电流持续为第二电容c02充电，使得第二电容c02的上极板电位不断升高。当第二电容c02的上极板电位达到预设值时，驱动晶体管q1和/或q2导通。晶体管q1和/或q2的导通将使得继电器relay的上端电位降低，从而关闭继电器relay中的电流，进而使开关模块31中的开关断开，即断开了供电线路上的电力连接，用户将不能再使用。
54.图7示出了根据本公开内容的第六实施例的漏电保护装置的原理示意图。
55.在图7的实施例中，漏电保护装置700的漏电流检测模块1、开关模块31和驱动模块32与图2相同，在此不再赘述。自检模块2与图2的主要区别在于故障信号生成模块24，其余
的三个模块模拟漏电触发模块21、模拟漏电流产生模块22、触发信号关闭模块23与图1中相同。如图7中示出的，该故障信号生成模块24仅包括第三电阻r03。代替上述实施例中的第二电容c02，在本实施例中，将第三电阻r03与漏电流检测模块1中的第四电容c1结合使用。也就是说，当漏电检测模块1发生故障时，无法关闭模拟漏电触发信号和模拟漏电流信号，导致流过第三电阻r03的电流持续为第四电容c1充电，使得第四电容c1的上极板电位不断升高，当达到预设值时，驱动晶体管q1和/或q2导通，螺线管sol驱动开关sw1。通过该方式，能进一步减少自检电路中的元件数量，从而降低成本。
56.在上述实施例中，通过采用分立元件实现漏电保护装置中的自检模块，在提升电路安全性，确保用电安全的基础上，极大地简化了电路结构，而且在很大程度上降低了生产成本。
57.虽然在上述实施例中以晶体管为例进行了阐述，但是可以理解，晶体管也可以是其它类型的半导体元件，例如光电耦合元件等任何以电压阈值为触发条件的开关元件。
58.本公开内容还提出了一种电连接设备，包括：壳体；以及根据上述各实施例中任一个的漏电保护装置，该漏电保护装置容纳在壳体中。
59.本公开内容的第三方面提出了一种用电器，包括：负载设备；电连接设备，其耦合在供电线路与负载设备之间，用于向负载设备供电，电连接设备包括根据上述各实施例中任一个的漏电保护装置。
60.因此，虽然参照特定的示例来描述了本发明，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本发明进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本发明的精神和保护范围的基础上，可以对所公开的实施例进行改变、增加或者删除。