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，尤其涉及一种带有自检补偿模块的漏电保护装置、电连接设备和用电器。


背景技术：

2.目前，出于成本和可靠性等多种因素的考虑，大部分漏电保护装置的漏电流检测模块的电源部分采用半桥整流方案。因此，此类漏电保护装置仅在交流电的半个周期中检测供电线路上的漏电流信号，即，其工作时间段为交流电的半个周期。当在这样的漏电保护装置中增加自检功能时，由于自检模块产生模拟漏电流信号的时间具有不确定性，例如可能在漏电流检测模块的工作半周期边沿或非工作半周期中产生，因此，即使漏电流检测模块未发生故障，也可能无法正常检测到该模拟漏电流信号并产生检测反馈信号，这导致自检模块错误地判断为漏电流检测模块发生故障，从而使漏电保护装置断开电力连接。


技术实现要素：

3.基于上述问题，本公开内容提出了一种漏电保护装置，该漏电保护装置具有自检补偿模块，其用于向漏电流检测模块提供额外的工作电源，进而确保在产生模拟漏电流信号时，漏电流检测模块处于工作状态。这样，自检模块在任意时间触发自检功能时都能可靠完成自检，避免发生误判。
4.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，并在检测到漏电流信号时产生检测反馈信号，供电线路在交流电的半个周期中为漏电流检测模块供电；自检模块，其被配置为基于检测反馈信号来检测漏电流检测模块是否发生故障，自检模块包括：模拟漏电流产生模块，其被配置为产生模拟漏电流信号，以对漏电流信号进行模拟；故障信号生成模块，其被配置为在漏电流检测模块发生故障时产生自检故障信号；以及自检补偿模块，其被配置为向漏电流检测模块提供额外的工作电源，进而确保在产生模拟漏电流信号时，漏电流检测模块处于工作状态。
5.在一个优选的实施方式中，自检补偿模块包括：储能模块，其被配置为存储从供电线路获取的电能；以及电源耦合元件，其被配置为将储能模块耦合至漏电流检测模块的电源电路，以向漏电流检测模块提供电能。
6.在一个优选的实施方式中，储能模块包括串联连接的第一电阻和第一电容，供电线路经由第一电阻为第一电容充电，第一电容用于经由电源耦合元件向漏电流检测模块提供电能。
7.在一个优选的实施方式中，电源耦合元件选自以下各项中的一项或多项：单向导通元件、可控半导体元件和电阻。
8.在一个优选的实施方式中，自检模块进一步包括：模拟漏电触发模块，其被配置为产生模拟漏电触发信号；以及触发信号关闭模块，其被配置为在检测反馈信号的作用下关
闭模拟漏电触发信号，其中，模拟漏电流产生模块经由模拟漏电触发信号的触发而产生模拟漏电流信号，并且故障信号生成模块耦合至模拟漏电触发模块。
9.在一个优选的实施方式中，第一电容响应于模拟漏电触发信号的产生和关闭，向漏电流检测模块提供电能或停止提供电能。
10.在一个优选的实施方式中，模拟漏电触发模块包括触发管，其一端耦合在第一电阻与第一电容之间，另一端耦合至电源耦合元件，并在导通时产生模拟漏电触发信号。
11.在一个优选的实施方式中，第一电容在交流电的整个周期中向漏电流检测模块提供电能。
12.在一个优选的实施方式中，模拟漏电触发模块、模拟漏电流产生模块、触发信号关闭模块、故障信号生成模块和自检补偿模块均由分立的电子元件组成。
13.在一个优选的实施方式中，漏电保护装置还包括故障响应模块，其被配置为在自检故障信号的作用下发送故障指示信息和/或断开供电线路上的电力连接。
14.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。
15.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。
16.在本公开内容中，通过自检补偿模块为漏电检测模块提供额外的工作电源，能够确保自检模块在任意时间触发自检功能时都能可靠完成自检，避免发生误判。
附图说明
17.参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耦合，两个框之间没有连线并不表示该两个框没有耦合。
18.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；
19.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；
20.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；
21.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；以及
22.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。
具体实施方式
23.在以下优选的实施例的具体描述中，将参考构成本实用新型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实用新型的特定的实施例。示例的实施例并不旨在穷尽根据本实用新型的所有实施例。可以理解，在不偏离本实用新型的范围的前提下，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，且本实用新型的范围由所附的权利要求所限定。
24.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。
25.本公开内容旨在提出一种漏电保护装置，该装置的自检模块包括自检补偿模块，其能够为漏电检测模块提供额外的工作电源，因此能确保自检模块在任意时间触发自检功能时都能可靠完成自检，避免发生误判。
26.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。
27.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和故障响应模块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。供电线路在其输入端之间提供交流电，并在交流电的半个周期中为漏电流检测模块1供电。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、故障信号生成模块24和自检补偿模块25。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21，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。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22，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，故障信号生成模块24产生自检故障信号并提供给故障响应模块3。自检补偿模块25耦合至漏电流检测模块1，并向漏电流检测模块1提供额外的工作电源，进而确保在产生模拟漏电流信号时，漏电流检测模块1处于工作状态。故障响应模块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。在其它实施例中，故障响应模块3也可以在自检故障信号的作用下发出声/ 光警报之类的故障指示信息。
28.在一些实施例中，自检补偿模块25进一步包括储能模块和电源耦合元件(图1中未示出)。储能模块用于存储从供电线路获取的电能，电源耦合元件用于将储能模块耦合至漏电流检测模块1的电源电路，以向漏电流检测模块1提供电能。
29.在一些实施例中，储能模块包括串联连接的第一电阻和第一电容。供电线路经由第一电阻为第一电容充电。供电线路可以在交流电的半个周期中既为漏电流检测模块1供电，又为第一电容充电。或者，供电线路也可以在交流电的整个周期中为第一电容充电。该第一电容用于经由电源耦合元件向漏电流检测模块1提供电能。
30.在一些实施例中，电源耦合元件选自以下各项中的一项或多项：单向导通元件、可控半导体元件和电阻。单向导通元件包括但不限于二极管，可控半导体元件包括但不限于触发二极管、双极型晶体管、场效应晶体管、可控硅、光电耦合元件等。
31.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。
32.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。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。故障响应模块包括开关模块31和驱动模块32。开关模块31 包括开关sw1和复位开关reset，用于控制供电线路的电力连接通断。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。火线(l)通过电阻r1耦合至处理器u1的引脚3，在交流电的正半周为处理器u1供电。
33.漏电保护装置200在进行漏电检测时，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。处理器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，进而使螺线管sol的线圈上产生电流变化，以产生磁场，使得开关sw1 和reset断开，从而断开供电线路上的电力连接。
34.继续参考图2，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、故障信号生成模块24和自检补偿模块 25。参考图2，在本实施例中，自检补偿模块25包括串联连接的第一电阻 r01和第一电容c01以及二极管d02。模拟漏电触发模块21包括触发管 d01。触发管d01的一端连接至第一电阻r01和第一电容c01间的节点a，另一端连接至二极管d02的正极。二极管d02的负极连接至处理器u1的引脚3。触发管d01在导通时产生模拟漏电触发信号，其可以是任何以电压阈值为触发条件的电子元件。在本实施例中，第一电阻r01和第一电容 c01不仅用于经由二极管d02为处理器u1提供额外的工作电源，还用于控制触发管d01的导通，从而控制产生模拟漏电触发信号的间隔时间。可以根据处理器u1所需的电源电压大小和产生模拟漏电触发信号的期望间隔时间来设置第一电阻r01的电阻值和第一电容c01的电容值。模拟漏电流产生模块22包括第二电阻r02，其耦合至触发管d01。火线(l)通过二极管d11和第一电阻r01耦合至第一电容c01，在交流电的正半周为第一电容c01充电。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。同时，第一电容c01还通过二极管d02为处理器u1供电。这样，在产生模拟漏电触发信号和模拟漏电流信号的同时，第一电容c01为u1 提供额外的工作电源。因此，即使模拟漏电触发信号和模拟漏电流信号在交流电的正半周边沿或负半周中(供电线路未向u1提供工作电源)产生，由于自检补偿模块25向处理器u1提供了额外的工作电源，u1也同样处于工作状态，进而能够在未发生故障的情况下检测到该模拟漏电流信号。
35.在漏电流检测模块1未发生故障的情况下，其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，处理器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q01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的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，并且第一电容c01也不再向u1 提供额外的工作电源。
36.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b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，并且该电流持续为第二电容c02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，即u1的引脚1输出低电平，因此无法使晶体管q01导通来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和reset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。由于在触发管d01导通的同时，第一电容c01经由二极管d02为处理器u1供电，因此，即使模拟漏电流信号在交流电的正半周边沿或负半周中产生，处理器u1也同样能够检测该模拟漏电流信号。这能确保故障信号生成模块24产生自检故障信号的准确性，即自检故障信号是由于漏电流检测模块1发生故障而产生的，而非由于处理器u1未被供电而导致的误判。
37.下面对自检模块2的工作过程进行阐述。
38.在交流电的正半周，火线(l)为处理器u1供电，同时经由二极管d11 和第一电阻r01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。同时，第一电容c01经由二极管d02为处理器u1供电，以确保处理器u1被提供额外的工作电源，处于工作状态。
39.漏电检测模块1正常工作：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。同时，第一电容c01也无法继续为处理器u1供电。上述过程完成了一个周期的自检。在下一周期开始时，在交流电的正半周，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。
40.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和 reset，即断开了供电线路上的电力连接，用户将不能再使用。
41.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。
42.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，在故障响应模块的驱动模块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同样包括自检补偿模块25，其二极管d02连接至处理器u1的引脚5。在交流电的正半周，火线(l)为处理器u1供电，同时经由二极管d11和第一电阻r01为第一电容c01充电。在触发管d01导通的同时，第一电容c01经由二极管d02为处理器u1供电。自检模块2的其它子模块将不再赘述。
43.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。
44.在图4的实施例中，与图2的主要不同之处在于模拟漏电触发模块21 和自检补偿模块25的组成和连接方式。如图4中示出的，自检补偿模块25 的二极管d02直接连接至第一电容c01，而不与触发管d01相连。漏电流触发模块21还包括另外的延时模块。在本实施例中，延时模块包括串联连接的第四电阻r04和第三电容c03，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。通过设置第四电阻r04的电阻值和第三电容c03的电容值，可以调节产生模拟漏电触发信号的间隔时间。火线(l)通过二极管d11、第一电阻r01和第四电阻r04分别耦合至第一电容c01和第三电容c03。在交流电的正半周，火线(l)通过第一电阻r01 为第一电容c01充电，同时通过第四电阻r04为第三电容c03充电。一旦第一电容c01的上极板电位使二极管d02导通，第一电容c01便经由二极管d02为处理器u1供电。另外，当第三电容c03的上极板电位达到触发管d01的触发电压时，触发管d01导通，产生模拟漏电触发信号，并通过第二电阻r02产生流经漏电检测线圈ct1的模拟漏电流信号。在本实施例中，由于产生模拟漏电流信号的时间具有不确定性，因此需要第一电容c01 在交流电的整个周期中为处理器u1供电，从而确保u1在任意时间都处于工作状态。因此，可以根据处理器u1所需的电源电压大小和持续供电时间来设置第一电阻r01的电阻值和第一电容c01的电容值。这样，即使模拟漏电流信号在交流电的正半周边沿或负半周中(供电线路未向u1提供工作电源)产生，由于自检补偿模块25向处理器u1提供了额外的工作电源， u1也同样处于工作状态，进而能够在未发生故障的情况下检测到该模拟漏电流信号并产生检测反馈信号。这能确保故障信号生成模块24产生自检故障信号的准确性，即自检故障信号是由于漏电流检测模块1发生故障而产生的，而非由于处理器u1未被供电而导致的误判。自检模块2的其它子模块将不再赘述。
45.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。
46.在图5的实施例中，漏电保护装置500的自检模块2与图4的实施例相同，其它模块与图3的实施例相同，在此将不再赘述。在该实施例中，自检补偿模块25在交流电的整个周
期中为处理器u1供电。这样，即使模拟漏电流信号在交流电的正半周边沿或负半周中(供电线路未向u1提供工作电源)产生，由于自检补偿模块25向处理器u1提供了额外的工作电源， u1也同样处于工作状态，进而能够在未发生故障的情况下检测到该模拟漏电流信号并产生检测反馈信号。
47.在上述实施例中，自检补偿模块在产生模拟漏电触发信号的同时或长期持续为漏电流检测模块提供额外的工作电源。因此，在任意时间产生模拟漏电触发信号和模拟漏电流信号时，漏电流检测模块因具有工作电源而处于工作状态，在未发生故障的情况下，能够正确检测模拟漏电流信号并产生检测反馈信号。这样，避免了由于漏电流检测模块在交流电的正半周边沿或负半周中未被供电而可能导致的误判，确保自检模块检测的准确性。
48.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。
49.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。
50.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。
51.因此，虽然参照特定的示例来描述了本实用新型，其中这些特定的示例仅仅旨在是示例性的，而不是对本实用新型进行限制，但对于本领域普通技术人员来说显而易见的是，在不脱离本实用新型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。