一种断路器及其剩余电流保护电路的制作方法

1.本实用新型涉及低压配电系统，具体涉及一种断路器及其剩余电流保护电路。


背景技术：

2.断路器是一种被广泛应用的电器，现有剩余电流保护断路器大多是采用漏电保护芯片与可控硅配合的方式进行保护，在正常情况下，当线路发生漏电，断路器在进行漏电保护动作时，可控硅导通驱动脱扣线圈动作，断路器分闸。然而，由于可控硅是电流驱动的半控型器件，在导通后若因为机构卡滞等故障而无法脱扣，脱扣线圈会因持续通电直至烧毁，另外，由于脱扣线圈是从断路器的进线端(电源端)取电，因此现有提供漏电保护的断路器要求不能反接，即断路器的进线端(电源端)与出线端(负载端)不能反接，否则即使断路器分闸，脱扣线圈也会因为是从出线端(负载端)取电而长期通电，最终导致脱扣线圈被烧毁。


技术实现要素：

3.本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种防止脱扣线圈被烧毁、且支持反进线接线的断路器及其剩余电流保护电路。
4.为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：
5.一种剩余电流保护电路，包括供电电源、漏电检测与保护模块以及执行模块，所述供电电源能够为剩余电流保护电路提供工作电压，所述漏电检测与保护模块连接在断路器的主线路上，漏电检测与保护模块实时检测主线路是否漏电，并在漏电时向执行模块输出脱扣信号，执行模块包括自恢复电路和自关断电路，所述自恢复电路连接在漏电检测与保护模块和自关断电路之间，在自恢复电路持续接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路被导通，自关断电路在被导通后的一段时间内自行关断，通过自关断电路的导通与关断能够控制断路器的脱扣线圈得电或失电，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路能够清除之前所接收的脱扣信号。
6.进一步，所述自恢复电路包括单向导通元件、第一开关元件、第一充电元件以及至少两个电阻，在自恢复电路接收脱扣信号时，其中一个电阻将脱扣信号转换为电压信号，单向导通元件被导通，第一充电元件充电使得第一开关元件被导通并向自关断电路持续输出脱扣信号，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，单向导通元件使第一充电元件通过另外一个电阻放电以清除脱扣信号，第一开关元件关断。
7.进一步，所述自关断电路包括第二开关元件、第三开关元件、第二充电元件以及至少一个电阻，所述第二开关元件用于控制自关断电路的导通或断开，第三开关元件与第二充电元件配合用于关断第二开关元件；
8.第二开关元件在自恢复电路输出的脱扣信号的驱动下被导通，使自关断电路被导通，断路器的脱扣线圈得电断开，随着自关断电路持续接收脱扣信号，第二充电元件充电使得第三开关元件导通，第二开关元件关断，自关断电路被关断使断路器的脱扣线圈失电，在自恢复电路不再输出脱扣信号，第二充电元件通过电阻放电以清除脱扣信号。
9.进一步，还包括与供电电源连接的电源监控模块，所述供电电源通过电源监控模块与漏电检测与保护模块、执行模块连接，所述电源监控模块实时检测供电电源输出电压值，当检测到电压值大于预设电压值后分别向漏电检测与保护模块、执行模块输出工作电压。
10.进一步，所述漏电检测与保护模块包括芯片u1、电阻r5、电阻r8、电阻r9、电阻r12、电阻r16、电容器c2、电容器c4、电容器c6、电容器c7、电容器c8、电容器c9和钳制电压元件d7，所述电容器c2、电阻r5、钳制电压元件d7均并联在断路器的零序互感器的两端，电阻r8、电阻r9的一端分别连接在零序互感器的两端，电阻r8、电阻r9的另一端分别连接在芯片u1的in1引脚、in2引脚，电容器c4并联在芯片u1的in1引脚与in2引脚之间，芯片u1的os引脚与执行模块连接并向执行模块输出脱扣信号，芯片u1的vdd引脚与电源监控模块连接，电容器c6的阳极、电容器c7的一端、电容器c8的一端、电容器c9的一端、电阻r12的一端以及电阻r16的一端分别与芯片u1的pc引脚、vdd引脚、dly引脚、oa引脚、mode引脚以及pr引脚连接，电容器c6的阴极、电容器c7的另一端、电容器c8的另一端、电容器c9的另一端、电阻r12的另一端、电阻r16的另一端以及芯片u1的vss引脚与gnd连接。
11.进一步，所述自恢复电路包括电阻r17、电阻r18、电容器c10、二极管d9和三极管q2，所述二极管d9的阳极以及电阻r17的一端与漏电检测与保护模块连接，二极管d9的阴极、电阻r18的一端、电容器c10的阳极与三极管q2的基极连接，三极管q2的集电极与电源监控模块连接，三极管q2的发射极与自关断电路连接，电阻r17的另一端、电阻r18的另一端以及电容器c10的阴极与gnd连接。
12.进一步，所述自关断电路包括电阻r19、电阻r20、电阻r21、电容器c11、三极管q3、mos管q4和二极管d10，所述电阻r19的一端、电阻r21的一端与自恢复电路连接，电阻r19的另一端、电阻r20的一端以及电容器c11的阳极与三极管q3的基极连接，电阻r21的另一端、三极管q3的集电极与mos管q4的栅极连接，mos管q4的漏极与二极管d10的阳极以及脱扣线圈的第二接线端连接，二极管d10的阴极以及脱扣线圈的第一接线端与供电电源连接，电阻r20的另一端、电容器c11的阴极、三极管q3的发射极以及mos管q4的源极与gnd连接。
13.进一步，所述电源监控模块包括电阻r13、电阻r14、电阻r15、三极管q1和电容器c5，所述电阻r13的一端、三极管q1的发射极与供电电源连接，电阻r13的另一端、电阻r14的一端与三极管q1的基极连接，三极管q1的集电极作为输出端与漏电检测与保护模块、执行模块连接，电阻r15的一端、电容器c5的一端与三极管q1的集电极连接，电阻r14、电阻r15以及电容器c5的另一端与gnd连接。
14.进一步，所述供电电源从断路器的主线路上取电，供电电源包括整流电路、电阻以及稳压管，供电电源经过整流电路整流后，再经过电阻以及稳压管降压后得到直流电。
15.一种断路器，包括零序互感器以及脱扣线圈，在所述断路器的主线路上连接有如上所述的剩余电流保护电路，其中漏电检测与保护模块与零序互感器连接，执行模块与脱扣线圈连接并且能够控制脱扣线圈得电或失电。
16.本实用新型的一种断路器及其剩余电流保护电路，在执行模块中设置自恢复电路和自关断电路，脱扣信号使自恢复电路以及自关断电路被导通，使脱扣线圈得电，脱扣线圈断开动作使断路器脱扣断电，在自关断电路导通一端时间后，自关断电路关断，使脱扣线圈失电，此时无论脱扣线圈是否作动作均处于失电状态，如此避免因机构卡滞等故障造成脱
扣线圈长期通电被烧毁，另外，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路能够清除之前所接收的脱扣信号，以便进行下一次漏电保护。
17.此外，在自恢复电路接收脱扣信号时，自恢复电路的单向导通元件被导通，第一充电元件充电并导通第一开关元件，自恢复电路向自关断电路持续输出脱扣信号，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，单向导通元件以及第一开关元件关断，第一充电元件通过电阻放电以清除脱扣信号，用于接收下一次的脱扣信号。
18.此外，自关断电路的第二开关元件由第三开关元件与第二充电元件配合关断，通过调整第二充电元件能够调整第二开关元件的关断时间，实现对自关断电路的导通与关断时间的调节。
19.此外，通过增设电源监控模块，能够保证只有在供电电源的电压足够高时才可以使剩余电流检测电路工作。
附图说明
20.图1是本实用新型一种剩余电流保护电路的示意图；
21.图2是本实用新型一种剩余电流保护电路中供电电源与电源监控模块的电路图；
22.图3是本实用新型一种剩余电流保护电路中漏电检测与保护模块的电路图；
23.图4是本实用新型一种剩余电流保护电路中执行模块的电路图。
具体实施方式
24.以下结合附图1至4给出的实施例，进一步说明本实用新型的一种断路器及其剩余电流保护电路的具体实施方式。本实用新型的一种断路器及其剩余电流保护电路不限于以下实施例的描述。
25.一种剩余电流保护电路，包括供电电源、漏电检测与保护模块以及执行模块，所述供电电源能够为剩余电流保护电路提供工作电压，所述漏电检测与保护模块连接在断路器的主线路上，漏电检测与保护模块实时检测主线路是否漏电，并在漏电时向执行模块输出脱扣信号，执行模块包括自恢复电路和自关断电路，所述自恢复电路连接在漏电检测与保护模块和自关断电路之间，在自恢复电路持续接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路被导通，自关断电路在被导通后的一段时间内自行关断，通过自关断电路的导通与关断能够控制断路器的脱扣线圈得电或失电，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路能够清除之前所接收的脱扣信号。
26.本实用新型的一种断路器及其剩余电流保护电路，在执行模块中设置自恢复电路和自关断电路，脱扣信号使自恢复电路以及自关断电路被导通，使脱扣线圈得电，脱扣线圈断开动作使断路器脱扣断电，在自关断电路导通一端时间后，自关断电路关断，使脱扣线圈失电，此时无论脱扣线圈是否作动作均处于失电状态，如此避免因机构卡滞等故障造成脱扣线圈长期通电被烧毁，另外，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，自恢复电路以及自关断电路能够清除之前所接收的脱扣信号，以便进行下一次漏电保护。
27.结合图1
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4提供一种剩余电流保护电路的实施例，所述剩余电流保护电路包括供电电源、漏电检测与保护模块以及执行模块，所述供电电源用于为剩余电流保护电路提供工作电压，优选供电电源通过电源监控模块为漏电检测与保护模块、执行模块提供工作电
压，所述电源监控模块实时检测供电电源输出电压值，当检测到电压值大于预设电压值后分别向漏电检测与保护模块、信号处理模块输出工作电压。所述供电电源从断路器的主线路上取电，供电电源能够从三相线路上取电，也能够从两相线路取电，所述供电电源包括整流电路、电阻以及稳压管，供电电源经过整流电路整流后，再经过电阻以及稳压管降压后，得到直流电，优选得到大约5.1v的直流电。
28.所述漏电检测与保护模块连接在断路器的主线路上，漏电检测与保护模块实时检测主线路是否漏电，并在漏电时向信号处理模块输出脱扣信号(图中标记为scr)，漏电检测与保护模块实时检测主线路的漏电值来判定是否漏电，在发生漏电故障时，漏电检测与保护模块向执行模块输出脱扣信号。
29.所述执行模块包括自恢复电路和自关断电路，所述自恢复电路连接在漏电检测与保护模块和自关断电路之间，所述自恢复电路包括单向导通元件、第一开关元件、第一充电元件以及至少两个电阻，在自恢复电路接收脱扣信号时，其中一个电阻将脱扣信号转换为电压信号，单向导通元件导通，第一充电元件充电并使第一开关元件被导通，此时自恢复电路向自关断电路持续输出高电平的脱扣信号，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，单向导通元件使第一充电元件通过另外一个电阻放电以清除脱扣信号，第一开关元件关断，用于接收下一次的脱扣信号，同时，第一开关元件关断后，自恢复电路不再向自关断电路持续输出高电平，使得自关断电路能够进行脱扣信号的清除。
30.所述自关断电路包括第二开关元件、第三开关元件、第二充电元件以及至少一个电阻，所述第二开关元件用于控制自关断电路的导通或断开，第三开关元件与第二充电元件配合用于关断第二开关元件；在自关断电路开始接收脱扣信号时，第二开关元件导通使自关断电路被导通，断路器的脱扣线圈(图4中标记为p2)得电断开，随着自关断电路持续接收脱扣信号，第二充电元件充电使得第三开关元件导通，第二开关元件关断，自关断电路被关断使断路器的脱扣线圈失电，因此，无论脱扣线圈是否作动作均处于失电状态，如此避免因机构卡滞等故障造成脱扣线圈长期通电被烧毁，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，自恢复电路也不再向自关断电路输出持续的高电平，第二充电元件通过电阻放电以清除脱扣信号，以便进行下一次漏电保护。
31.在自恢复电路与自关断电路的配合下，自恢复电路具有信号保持功能，即由自恢复电路接收脉冲脱扣信号，自恢复电路将具有周期性、间隔性的脉冲脱扣信号转化为持续的高电平，如此避免脉冲脱扣信号直接输入自关断电路，使得自关断电路的第二开关元件随脉冲脱扣信号的周期变化而不断导通和断开。另外，在反进线接线时，断路器的控制器等元件长期带电，特别是将自关断电路与触发器直接连接的情况下，由于触发器在被触发后将持续输出高平，这样自关断电路会因长期接收高电平而使得脱扣线圈在进行过一次漏电保护后无法恢复原状，因此，自关断电路利用自恢复电路能够在不接收脱扣信号时关断的特点，在漏电值较低或解除漏电故障后，使自关断电路不再接收持续的高电平，如此使自关断电路恢复至原始状态，以进行便下一次漏电保护。
32.结合图2提供一种供电电源以及电源监控模块的具体连接方式，所述供电电源包括二极管d1、二极管d2、二极管d3、二极管d4、二极管d5、二极管d6，电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r6、电阻r7、电阻r10、电阻r11稳压二极管d8和电容器c3，所述二极管d1、二极管d3、二极管d5的阴极作为输出端与执行模块以及断路器的脱扣线圈连接，二极管d1、二极
管d3、二极管d5的阳极分别与主线路中的一相线路连接，二极管d2、二极管d4、二极管d6的阴极分别连接在二极管d1、二极管d3、二极管d5的阳极，电阻r1、电阻r3、电阻r6以及电阻r10依次串联后，电阻r1的一端与二极管d5的阴极连接，电阻r10的一端与稳压二极管d8的阴极、电容器c3的一端以及电源检测模块连接，电阻r2并联在电阻r1的两端，电阻r4并联在电阻r3的两端，电阻r7并联在电阻r6的两端，电阻r11并联在电阻r10的两端，二极管d2的阳极、二极管d4的阳极、二极管d6阳极、稳压二极管d8的阳极以及电容器c3的另一端与gnd连接。
33.其中，二极管d1、二极管d3以及二极管d5的阳极分别连接在三相线路中的一相线上，优选在三相线路中的任意两相线之间连接有压敏电阻，如图2所示，压敏电阻rv1连接在第一相线l1与第三相线l3之间，压敏电阻rv2连接在第一相线l1与第二相线l2之间，压敏电阻rv3连接在第二相线l2与第三相线l3之间。
34.所述电源监控模块包括电阻r13、电阻r14、电阻r15、三极管q1和电容器c5，所述电阻r13的一端、三极管q1的发射极与供电电源连接，即电阻r13的一端以及三极管q1的发射极与供电电源中电阻r10的一端连接，电阻r13的另一端、电阻r14的一端与三极管q1的基极连接，三极管q1的集电极作为输出端与漏电检测与保护模块、执行模块连接，电阻r15的一端、电容器c5的一端与三极管q1的集电极连接，电阻r14、电阻r15以及电容器c5的另一端与gnd连接，其中电阻r13、电阻r14为分压电阻，当供电电源输出的电压值大于预设值后，三极管q1导通，剩余电流检测电路开始工作，例如当供电电源输出大于4.4v的电压时，电源监控模块能够输出大约为5v的工作电压，当供电电源输出的电压小于4.4v时，电源监控模块不工作，进而漏电检测与保护模块、执行模块也不工作。
35.结合图3提供一种漏电检测与保护模块的具体连接方式，所述漏电检测与保护模块包括芯片u1、电阻r5、电阻r8、电阻r9、电阻r12、电阻r16、电容器c2、电容器c4、电容器c6、电容器c7、电容器c8、电容器c9和钳制电压元件d7，所述电容器c2、电阻r5、钳制电压元件d7均并联在断路器的零序互感器p1的两端，电阻r8、电阻r9的一端分别连接在零序互感器p1的两端，电阻r8、电阻r9的另一端分别连接在芯片u1的in1引脚、in2引脚，电容器c4并联在芯片u1的in1引脚与in2引脚之间，芯片u1的os引脚与执行模块连接并向执行模块输出脱扣信号，芯片u1的vdd引脚与电源监控模块连接，电容器c6的阳极、电容器c7的一端、电容器c8的一端、电容器c9的一端、电阻r12的一端以及电阻r16的一端分别与芯片u1的pc引脚、vdd引脚、dly引脚、oa引脚、mode引脚以及pr引脚连接，电容器c6的阴极、电容器c7的另一端、电容器c8的另一端、电容器c9的另一端、电阻r12的另一端、电阻r16的另一端以及芯片u1的vss引脚与gnd连接。其中，芯片u1采用漏电保护芯片，可选择常见的54123,54133，fm2149等，在本实例中采用的是复旦微电子的fm2149芯片，当检测到漏电满足动作值时，芯片u1的1号引脚，即os引脚对外输出约30ms的脱扣脉冲信号。
36.结合图4提供一种执行模块的具体连接方式，其中执行模块的自恢复电路包括电阻r17、电阻r18、电容器c10、二极管d9和三极管q2，二极管d9为单向导通元件，三极管q2作为第一开关元件，二极管d9的阳极以及电阻r17的一端与漏电检测与保护模块连接，二极管d9的阴极、电阻r18的一端、电容器c10的阳极与三极管q2的基极连接，三极管q2的集电极与电源监控模块连接，三极管q2的发射极与自关断电路连接，电阻r17的另一端、电阻r18的另一端以及电容器c10的阴极与gnd连接。在漏电检测与保护模块持续输出脉冲脱扣信号时，
通常脱扣信号为电流信号，电阻r17用于将脱扣信号转化为电压信号为作为第一充电元件的电容器c10充电，作为单向导通元件的二极管d9以及作为第一开关元件的三极管q2被导通，在自恢复电路不再接收脱扣信号时，即主线路恢复正常或漏电值低于动作值时，在二极管d9的作用下，电容器c10仅能通过电阻r18放电，当电容器c10两端的电压小于三极管q2的导通电压时，三极管q2截止，并且在电容器c10的电量释放到一定水平以下时，即完成了自恢复电路的脱扣信号清除。
37.所述自关断电路包括电阻r19、电阻r20、电阻r21、电容器c11、三极管q3、mos管q4和二极管d10，其中mos管q4作为第二开关元件，三极管q3作为第三开关元件，电容器c11作为第二充电元件，所述电阻r19的一端、电阻r21的一端与自恢复电路连接，即连接在三极管q2的发射极，电阻r19的另一端、电阻r20的一端以及电容器c11的阳极与三极管q3的基极连接，电阻r21的另一端、三极管q3的集电极与mos管q4的栅极连接，mos管q4的漏极与二极管d10的阳极以及脱扣线圈的第二接线端连接，二极管d10的阴极以及脱扣线圈的第一接线端与供电电源连接，即连接在二极管d5的阴极上，电阻r20的另一端、电容器c11的阴极、三极管q3的发射极以及mos管q4的源极与gnd连接。
38.在自恢复电路接收脱扣信号为电容器c10充电，当电容器c10两端的电压大于三极管q2的导通电压，三极管q2被导通，同时mos管q4也被导通，此时脱扣线圈得电驱动断路器分闸，随着自恢复电路不断向自关断电路输出脱扣信号，电容器c11进行充电，当电容器c11两端的电压大于三极管q3的导通值，三极管q3导通，mos管q4关断，脱扣线圈失电。需要说明的是，在漏电检测与保护模块持续输出脱扣信号时，电容器c10和电容器c11始终满足三极管q2的导通调节，因此脱扣线圈只通电一次，另外，电容器c10能够在漏电检测与保护模块输出脉冲脱扣信号的低电平期间，保证三极管q2始终处于导通状态，同时，也可以通过调整电容器10、电容器c11的充电时间可以分别调节自恢复电路、自关断电路的导通时间。在自恢复电路不再接收脱扣信号时，即主线路恢复正常或漏电值低于动作值时，电容器c11通过电阻r20放电，在电容器c11的电量释放到一定水平以下时，即完成了自恢复电路的脱扣信号清除，此时自恢复电路以及自关断电路也恢复为原始状态，即为三极管q2截止，mos管q4关断，脱扣线圈此时失电，如此能够进行下一次漏电保护。
39.一种断路器，包括脱扣线圈以及零序互感器，在断路器的主线路上连接有如上所述的剩余电流保护电路，其中漏电检测与保护模块与零序互感器连接，用于获取主线路上的漏电流信号，执行模块与脱扣线圈连接并且能够控制脱扣线圈得电或失电，使脱扣线圈在得电后能够使断路器脱扣断电。
40.以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。