一种漏电断路器及其控制方法与流程

1.本发明涉及低压电器领域，具体涉及一种双重漏电保护的漏电断路器及其控制方法。


背景技术：

2.传统的漏电断路器，漏电跳闸电路由多个元件组成，没有逻辑控制，当漏电流达到一定阈值时，能够直接驱动脱扣器的供电电路导通，让脱扣器动作，实现漏电保护的功能。
3.智能型漏电断路器，利用电流采样，cpu进行运算处理，当符合跳闸条件时，对可控硅发控制信号，使得脱扣器供电电路导通，从而让脱扣器动作，实现漏电保护功能。
4.由于两种断路器实现漏电保护功能的方案不同，传统的漏电保护器采用了直接驱动的方式，因此可靠性高；智能型漏电断路器采用的逻辑控制的方式，因此灵活性高。目前，很多智能型漏电断路器都只采用了更加灵活的控制方式，以便实现智能的目的，而在可靠性方面有所降低。
5.同时，为了解决带漏电应急用电的问题，无论是普通漏电断路器，还是智能型漏电断路器，都增加了漏电退出功能，此功能的增加，的确是方便了用户的使用，但也相应提高了触电的风险，比如漏电退出功能开启后，进行应急供电，结束后未能及时将漏电退出功能关闭。
6.因此，智能型漏电断路器，在漏电保护方面，首先要考虑的是可靠性，其次才是灵活性。


技术实现要素：

7.为了解决现有智能型漏电断路器的可靠性不足的问题，同时还要保留控制灵活性的问题，本发明提供了一种漏电断路器，包括漏电流互感器、第一驱动电路、第二驱动电路、脱扣器以及脱扣器供电电路；所述第一驱动电路、第二驱动电路均用于导通脱扣器供电电路；所述第一驱动电路包含：采样电路、主处理单元、第一电源和第一可控硅；所述第二驱动电路包含放大电路和第二可控硅；所述第一可控硅的控制极、第一电源、采样电路与主处理单元相连接，所述采样电路还连接于漏电流互感器的输出端，所述第一电源还连接于漏电断路器的分断点上端的火线l和零线n；所述放大电路的输入端与漏电流互感器的输出端相连接、放大电路的输出端与第二可控硅的控制极连接；所述第一可控硅、第二可控硅串接在脱扣器供电电路中，且第一可控硅与第二可控硅为并联关系；所述脱扣器供电电路连接于漏电断路器的分断点下端的火线l和零线n。
8.进一步，所述第二驱动电路还包含退出开关，所述退出开关的输入端连接于放大电路的输出端，所述退出开关的输出端连接于电路的参考地、或连接于第二可控硅的控制极、或同时连接于第二可控硅的控制极和电路的参考地，将放大电路的输出信号对地短接、或将放大电路的输出端与第二可控硅的控制极断开、或将放大电路的输出端与第二可控硅的控制极断开并同时将放大电路的输出信号对地短接。
9.进一步，所述退出开关具有一个输入端和一个输出端，退出开关的输入端与放大电路的输出端连接，退出开关的输出端与电路的参考地连接。
10.可选地，所述退出开关具有一个输入端和一个输出端，退出开关的输入端与放大电路的输出端连接，退出开关的输出端与第二可控硅的控制极连接。
11.可选地，所述退出开关具有一个输入端和两个输出端，退出开关的输入端连接于放大电路的输出端，退出开关的第一输出端与第二可控硅的控制极连接，第二输出端与电路的参考地连接。
12.可选地，述退出开关上设置了遥信接点，所述遥信接点连接于主处理单元，供主处理单元采集退出开关的分断状态。
13.进一步，所述第二可控硅的控制极还连接于主处理单元，供主处理单元采集第二可控硅的控制极的信号。
14.进一步，所述第二驱动电路还包含第二电源，所述第二电源连接于漏电断路器的分断点上端的火线l，为放大电路进行供电。
15.同时，本发明提供的一种漏电断路器，其控制方法如下：步骤1，信号采集：主处理单元通过cpu的ad采样管脚，分别对漏电流信号和第二可控硅控制极的信号进行采集；步骤2，信号对比：主处理单元通过cpu对采集到的两个信号进行对比，当第二可控硅控制极的信号为零，漏电流信号不为零时，进入步骤3；当两个信号一致时，则进入步骤4，步骤3，重新确定保护阈值：主处理单元将当前采集到的漏电流信号值作为基础值，或以0作为漏电流基础值，进行重新确定保护阈值。
16.步骤4，继续采集：主处理单元通过cpu的ad采样管脚继续采集漏电流信号，当漏电流信号有增加，且增量超出阈值，则进入步骤5；步骤5，控制输出：主处理单元通过cpu的i/o管脚，对第一可控硅发送控制信号，使得第一可控硅导通，实现脱扣器供电电路导通。
17.本发明的优点在于：利用两个驱动电路实现双重漏电保护，提高了漏电保护的可靠性，在确保了可靠性的情况下，再通过设置退出开关以及相应的控制方法，使得漏电保护具备了一定的灵活性。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。
19.图1：本发明的原理示意图；图2：对漏电流互感器信号的采样及放大电路图；图3：第二电源及其连接示意图；图4：退出开关的示意图一；图5：退出开关的示意图二；图6：退出开关的示意图三；
图7：脱扣器供电电路的控制示意图；图8：控制方法示意图；图9：退出开关的遥信接点示意图。
20.附图标记说明1.漏电流互感器，2-1.采样电路，2-2.主处理单元，2-3.第一电源，2-4.第一可控硅，3-1.放大电路，3-2.第二可控硅，3-3.第二电源，4.脱扣器，5.脱扣器供电电路，6.退出开关，6-1.动触头摆臂，6-2.弹簧，6-3.遥信接点，7.通讯单元。
具体实施方式
21.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
22.另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。
23.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“连接”应做广义理解，可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
24.本发明提供了一种漏电断路器，参照图1，包括漏电流互感器1、第一驱动电路、第二驱动电路、脱扣器4以及脱扣器供电电路5；第一驱动电路、第二驱动电路均用于导通脱扣器供电电路5；第一驱动电路包含：采样电路2-1、主处理单元2-2、第一电源2-3和第一可控硅2-4；第二驱动电路包含放大电路3-1和第二可控硅3-2；第一电源2-3、采样电路2-1、第一可控硅2-4的控制极与主处理单元2-2相连接，采样电路2-1还连接于漏电流互感器1的输出端，第一电源2-3还连接于漏电断路器的分断点上端的火线l和零线n；放大电路3-1的输入端与漏电流互感器1的输出端相连接、放大电路3-1的输出端与第二可控硅3-2的控制极连接；第一可控硅2-4、第二可控硅3-2串接在脱扣器供电电路5中，且第一可控硅2-4与第二可控硅3-2为并联关系；脱扣器供电电路5连接于漏电断路器的分断点下端的火线l和零线n。
25.进一步，第二驱动电路还包含退出开关6，退出开关6连接于放大电路3-1的输出端与第二可控硅3-2的控制极的电路之间，将放大电路3-1的输出信号对地短接、或将放大电路3-1的输出端与第二可控硅3-2的控制极的连接断开、或将放大电路3-1的输出端与第二可控硅3-2的控制极的连接断开并同时将放大电路3-1的输出信号对地短接。
26.参照图2，放大电路3-1由运算放大器a4以及电阻r19、r20、r21组成；采样电路2-1由运算放大器a3以及电阻r16、r17、r18组成。
27.具体的：漏电流互感器1的输出端s2，连接于电阻r12后，与本电路的参考地gnd连接，另一个输出端s1，连接于电阻r12后，再连接于电阻r18，电阻r18的另一端连接于运算放大器a3的管脚3和运算放大器a4的管脚3；运算放大器a3的管脚2连接于电阻r16和电阻r17，电阻r16的另一端连接于参考地gnd，电阻r17的另一端连接于运算放大器a3的管脚1，运算
放大器a3的管脚1连接于主处理单元的cpu的ad采样管脚；运算放大器a4的管脚2连接于电阻r19和电阻r20，电阻r19的另一端连接于参考地gnd，电阻r20的另一端连接于运算放大器a4的管脚1，运算放大器a4的管脚1连接于电阻r21，电阻r21的另一端连接于第二可控硅q2的控制极g。
28.如此连接后，就可以将漏电流互感器1的信号，经运算放大器a3放大后，将信号输出给cpu的ad采样管脚进行采样，以实现第一驱动电路对漏电流信号的采样；经过运算放大器a4放大后，将信号输出给第二可控硅q2的控制极g，以实现直接驱动脱扣器供电电路5的导通。
29.对于漏电断路器来说，第一电源2-3为整个电路系统中所有需要供电的元器件进行供电，在本发明的技术方案中，为了能够更加彻底的体现漏电双重保护的目的，还设置了一个第二电源3-3，单独为第二驱动电路中的放大电路3-1进行供电，实现放大电路3-1的双电源供电。具体的参照图3，第二电源为电阻降压型电源，电源的一端连接于漏电断路器的分断点上端的火线l，经电阻r25、r26、r27、r28、r29串联降压后，同时与电容c21、c22、运算放大器a4的电源﹢相连接，为运算放大器a4进行供电；电容c21、c22的另外一端与参考地gnd连接。
30.参照图4，退出开关6在电路图中，采用符号q3进行标识；第二可控硅3-2在电路图中，采用符号q2进行标识。
31.优选地，退出开关q3采用一个输入端和一个输出端的形式，将输入端in与电阻r21连接，输出端out与参考地gnd连接，当退出开关q3断开时，运算放大器a4通过管脚1将输出信号经过电阻r21，发送给第二可控硅q2的控制极g，如果存在超过阈值的漏电流，运算放大器a4的输出信号就可以使得第二可控硅q2导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，对漏电断路器进行跳闸。如果退出开关q3闭合时，运算放大器a4的输出信号经过电阻r21、退出开关q3后直接对地短路，拉低了输出信号，使得第二可控硅q2的控制极g始终为低电压信号，第二可控硅q2就无法导通，间接地，第二驱动电路的漏电保护功能退出。
32.对于退出开关q3还可以进行如下设置：参照图5，可选地，退出开关q3采用一个输入端和一个输出端的形式，将输入端in与电阻r21连接，输出端out与第二可控硅q2的控制极g连接，当退出开关q3闭合时，运算放大器a4通过管脚1将输出信号经过电阻r21、退出开关q3后，发送给第二可控硅q2的控制极g，如果存在超过阈值的漏电流，运算放大器a4的输出信号就可以使得第二可控硅q2导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，对漏电断路器进行跳闸。如果退出开关q3断开时，断开了运算放大器a4的输出信号与第二可控硅q2的控制极g的连接，第二可控硅q2就无法导通，间接地，第二驱动电路的漏电保护功能退出。
33.参照图6，退出开关q3具有两个输出端和一个输入端，输入端in连接于电阻r21，第一输出端out1与第二可控硅q2的控制极g连接，第二输出端out2连接于参考地gnd；当退出开关q3将输入端in与第一输出端out1导通时，运算放大器a4通过管脚1将输出信号经过电阻r21、退出开关q3后，发送给第二可控硅q2的控制极g，如果存在超过阈值的漏电流，运算放大器a4的输出信号就可以使得第二可控硅q2导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，对漏电断路器进行跳闸。如果退出开关q3将输入端in与第二输出端out2导通时，断开了运算放大器a4的输出信号与第二可控硅q2的控制极g的连接，同时，将输出信号直接对
地短路，第二可控硅q2就无法导通，间接地，第二驱动电路的漏电保护功能退出。
34.通过如上描述的退出开关的运用方案，当第二驱动电路的漏电保护功能退出后，无论漏电流互感器1感应到多大的漏电流，第二驱动电路都无法导通脱扣器供电电路5，脱扣器就无法动作，从而可以实现带漏电流情况下的应急供电。
35.参照图7，第一可控硅2-4在电路图中采用q1标识，脱扣器的线圈t1一端连接于火线l，另一端连接于二极管，二极管的另一端连接于第一可控硅q1和第二可控硅q2；第一可控硅q1的另一端连接于参考地gnd，第一可控硅q1的控制极g与电阻r23、电容c以及主处理单元的cpu的i/o管脚连接；第二可控硅q2的另一端连接于参考地gnd，第二可控硅q2的控制极g与电阻r22、电容c以及运算放大器a4的管脚1。
36.如此连接后，如果存在超过阈值的漏电流，运算放大器a4的输出信号就可以使得第二可控硅q2导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，对漏电断路器进行跳闸；同样的，第一驱动电路的主处理单元利用cpu的i/o管脚输出控制信号，对第一可控硅q1的控制极g进行控制，使得第一可控硅q1导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，对漏电断路器进行跳闸。从而实现第一驱动电路、第二驱动电路均能导通脱扣器供电电路5，使得脱扣器动作。
37.同样的参照图7，第二可控硅q2的控制极g还连接于主处理单元的cpu的ad采样管脚，供主处理单元采集第二可控硅q2的控制极g的信号，判断第二驱动电路的状态。
38.经过上述连接关系的描述，我们可以清晰的得知：第一驱动电路的实现方式为：漏电流互感器1将感应到的漏电流信号，经运算放大器a3将信号放大后，传输给cpu的ad采样管脚，cpu计算出实际的漏电流值，并与预设的电流阈值进行对比，当实际的漏电流值大于预设的阈值时，利用cpu的i/o管脚输出控制信号，对第一可控硅q1的控制极g进行控制，使得第一可控硅导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，使得漏电断路器断开，实现漏电保护功能。
39.第二驱动电路的实现方式为：漏电流互感器1将感应到的漏电流信号，经运算放大器a4将信号放大后，并输出给第二可控硅q2的控制极g，当漏电流互感器1感应到的漏电流信号达到阈值时，运算放大器a4的输出电压信号达到第二可控硅q2的导通控制电压，使得第二可控硅q2的导通，从而导通脱扣器供电电路，实现脱扣器动作，使得漏电断路器断开，实现漏电保护的功能。
40.由此可见，第一驱动电路和第二驱动电路都可以实现漏电保护的功能，任何一个驱动电路出现问题，漏电保护功能都不会失效，大大的提高了漏电保护的可靠性。
41.从两种驱动电路在实现漏电保护功能的技术方案上来看，第一驱动电路的实现是靠cpu为主导的，只要将程序做好，就能使其具有较好的控制灵活性，如：漏电流的保护阈值可调，漏电跳闸的驱动时间可调等；但第一驱动电路相对于第二驱动电路来说，使用了更多的元器件，且cpu要求程序进行主导，增加了程序死机而无法实现漏电跳闸的风险，因此，第一驱动电路存在的失效风险就比第二驱动电路高。
42.第二驱动电路采用的元件较少，且不需要程序控制，因此其失效的风险相对就比较的低，但其漏电流的保护阈值是固定的，只要运算放大器的放大倍数确定了之后，就决定了漏电流的保护阈值，不可能在进行变化了，因此其灵活性较低。
43.针对这样的情况，本发明的技术方案中，在第二驱动电路上设置了一个退出开关
6，以及主处理单元利用cpu的ad采样管脚对第二可控硅q2的控制极g进行信号采样，判断第二驱动电路的状态，然后加以逻辑控制，可以增加漏电断路器的控制灵活性。
44.参照图8，该漏电断路器的逻辑控制方法可通过如下步骤实现：步骤1（100），信号采集：主处理单元通过cpu的ad采样管脚，分别对漏电流信号和第二可控硅控制极的信号进行采集。
45.步骤2（200），信号对比：主处理单元通过cpu对采集到的两个信号进行对比，当第二可控硅控制极的信号为零，漏电流信号不为零时，进入步骤3；当两个信号一致时，则进入步骤4。
46.我们可以理解的是，当漏电流信号不为零，而第二可控硅控制极的信号为零时，会存在两种情况，第一种情况是第二驱动电路的漏电保护功能退出，如图4所示，退出开关q3闭合，将运算放大器a4的输出信号强制接地，使得采样信号为零；第二种情况是运算放大器a4出现异常，无法输出信号；为了更好的区分这两种情况，可以对退出开关设置一个遥信接点，使得cpu可以明确的知道退出开关的工作状态，以区分上述的两种情况。
47.在此，提供一种可以用遥信接点判断开关闭合与断开状态的技术原理，参照图9，遥信接点6-3的一端连接于主处理单元的cpu的ad采样管脚和电阻r48，电阻r48的另一端连接于vdd3.3，遥信接点6-3的另一端连接于参考地gnd；退出开关闭合的情况下，遥信接点在弹簧6-2的作用下保持为断开状态，cpu的ad采样管脚采集到的信号相当于3.3v的电压信号，当退出开关6的动触头摆臂6-1沿着箭头所示的方向打开时，就能将退出开关断开，同时利用动触头摆臂6-1打开的位移，使得遥信接点闭合，如此一来cpu的ad采样管脚采集到的信号相当于0v的电压信号；通过这样的信号变化，就可以准确的判断退出开关6的闭合和断开的状态，从而准确的判断漏电保护功能是否退出。
48.在对比过程中，如第二驱动电路的漏电保护功能退出，第一驱动电路采集到的漏电信号值大于预设的阈值时，则认为是需要带漏电的情况下的应急供电，并将此信号值作为漏电保护的基础值，重新确定保护阈值。
49.步骤3（300），重新确定保护阈值：主处理单元将当前采集到的漏电流信号值作为基础值，或以0作为漏电流基础值，进行重新确定保护阈值。
50.具体的，如步骤2中所描述，当判断是需要在有漏电流情况下应急供电时，cpu将此漏电流值作为一个基础值，如在此值的基础上再有漏电流叠加，且漏电流的叠加量超过了重新确定的保护阈值时，就利用第一驱动电路将漏电断路器断开，起到漏电保护作用。比如，在有50ma的漏电流情况下要应急供电，此时的保护阈值就确定为80ma，当再有漏电流产生，且叠加之和大于80ma，此时，就利用第一驱动电路将漏电断路器断开，起到漏电保护作用。
51.如经过一段时间后，50ma的漏电流消失了，而第二驱动电路的漏电保护功能还处于退出状态，则认为是人为因素，忘记将退出开关复位，导致第二驱动电路无法工作，此时，就可以将保护阈值重新确定为30ma，当再有漏电流产生，且幅值大于30ma，就直接利用第一驱动电路将漏电断路器断开，起到漏电保护作用，同时，通过通讯单元将此信息发送给用户，及时的将退出开关进行复位。
52.当然，对于步骤2中所描述的第二种情况，则直接将保护阈值确定为30ma，当有漏电流产生，且幅值大于30ma，就直接利用第一驱动电路将漏电断路器断开，起到漏电保护作
用。
53.步骤4（400），继续采集：主处理单元通过cpu的ad采样管脚继续采集漏电流信号，当漏电流信号有增加，且增量超出阈值，则进入步骤5。
54.对于两个采样信号一致的情况，无论第二驱动电路能不能驱动第二可控硅导通，在此，cpu都会利用i/o管脚，对第一可控硅的控制极输出控制信号，将第一可控硅导通，以实现漏电跳闸保护功能。
55.步骤5（500），控制输出：主处理单元通过cpu的i/o管脚，对第一可控硅发送控制信号，使得第一可控硅导通，实现脱扣器供电电路导通。
56.经过上述控制方法的描述，不仅可以看出其控制的灵活性，还可以解决漏电保护功能退出后，不能及时复位的问题；还可以将步骤2中所描述的第二种情况进行扩展，通过将漏电流信号和第二可控硅控制极的信号进行对比，还可以进行部分电路异常的自检判断。并将异常信息通过通讯单元7进行发送，告知用户漏电断路器存在异常，尽早更换，确保使用安全。
57.在本发明中，电路采用零线作为参考地。
58.最后，需要说明的是，以上所述仅为本发明的优选实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解本发明，并非因此限制本发明的专利范围。凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。