漏电保护器自检装置及漏电保护器

技术领域

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及漏电保护器定期自检的自检芯片。

背景技术

随着生活水平的日益提高，用电安全越来越受国家和社会的重视。漏电保护器成为了每家每户不可或缺的漏电防护电器。然而带故障运行的漏电保护器使得用户失去电击和电气火灾的保护。由于现有漏电保护器的定期检查需要人工操作，操作过程中会造成供电中断，超过90%的用户并没有进行周期性的脱扣自检，漏电保护器异常工作的风险不可忽视。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种漏电保护器自检装置及漏电保护器。

一种漏电保护器自检装置，包括：自检芯片、应用电路、模拟漏电产生电路；

所述应用电路包括：脱扣线圈、晶闸管、限流电阻、大功率开关管和电阻分压支路、供电电路、互感线圈；

模拟漏电产生电路，包括三极管和电阻，产生模拟漏电流；

互感线圈，感应模拟漏电产生电路产生的模拟漏电流；

供电电路，为漏电保护器芯片、自检芯片提供电源电压；

所述的自检芯片包括：

参考电压产生模块，为比较器提供参考电压；

迟滞比较器，将所述电阻分压支路分压与参考电压进行比较，产生电阻分压支路分压的比较脉冲；

基准电路，提供直流偏置；

时钟产生模块，为数字处理模块提供时钟；

数字处理模块，包括计数模块、自检模块；

所述的自检模块包括两个部分，一部分为大功率开关管自检子模块，另一部分为互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管及脱扣线圈的自检子模块；数字处理模块用于产生应用电路的控制信号，控制自检芯片输出管脚的工作状态，处理迟滞比较器输出的比较结果，判断脱扣线圈、晶闸管、互感线圈以及漏电保护芯片的功能是否正常，若发现故障，输出终止信号。

所述自检芯片1在首次上电2s后对脱扣线圈、晶闸管、互感线圈、大功率开关管以及漏电保护芯片进行检测，若发现故障，产生终止信号断开电路；若功能正常，首次自检完成后每隔15min进行一次自检，在自检期间不影响负载电器的正常工作。

所述应用电路，通过控制大功率开关管的栅极或者基极电压，控制大功率开关管所在支路的通断。

所述大功率开关管在自检周期之外的时间，大功率开关管的栅极或者基极保持高电平，不影响漏电保护器的正常工作。

所述模拟漏电产生电路，在进行互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管及脱扣线圈故障检测期间，三极管被导通，该支路产生模拟漏电流，用以检测互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管以及脱扣线圈的功能。

所述计数模块包括2s计数器、15min计数器、两个20ms计数器、60ms计数器，其中，2s计数器用于首次上电自检，并且触发两个20ms计数器；15min计数器用于首次自检结束后每隔15min进行一次自检，触发两个20ms计数器；20ms第一计数器用于限定在0~20ms内对大功率开关管进行故障检测，20ms第二计数器用于触发60ms计数器和模拟漏电信号；60ms计数器用于限定在20~80ms内对互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管以及脱扣线圈进行故障检测。

所述大功率开关管检测模块，在0~4ms内，将大功率开关管栅极或者基极锁定在低电平，数字处理模块输出功能控制信号将SCR TEST管脚功能设置为大功率开关管检测，通过SCR TEST管脚将大功率开关管的漏极或者集电极锁定在高电平；4ms后，给大功率开关管的栅极或者基极发送高电平，通过开关管检测引脚监测大功率开关管漏极或者集电极的电压；若在4~20ms内，开关管检测管脚检测到电压下降沿，则说明大功率开关管的功能正常，关闭清零20ms第一计数器，将大功率开关管栅极或者基极重新锁定为低电平，将SCR TEST管脚功能切换为晶闸管检测功能；若在4~20ms内，开关管检测管脚持续为高电平，则说明大功率开关管没有正常导通，20ms第一计数器完成计数后，输出高电平触发终止信号。

所述20ms第二计数器完成计数之后，触发60ms计数器，并且触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管产生模拟漏电流。

所述计数模块，在20ms时，通过20ms第二计数器触发60ms计数器，并且触发FAULTTEST引脚输出高电平，产生模拟漏电流；互感线圈感应模拟漏电流，漏电保护芯片处理互感线圈感应到的漏电信号，发送跳闸信号，驱动晶闸管导通；大功率开关管的栅极或者基极被锁定在低电平，只能通过电阻支路导通晶闸管，电阻支路的电流只足以导通晶闸管，无法使脱扣线圈脱扣，不影响负载电器的正常工作；若互感线圈和漏电保护芯片的功能正常，则能够产生跳闸信号；若晶闸管功能正常，并且脱扣线圈与相线正常连接，跳闸信号导通晶闸管后，电阻分压支路的峰值电压高于参考电平，通过SCR TEST管脚监测电阻分压电路得到的分压，若电阻分压支路的峰值电压高于参考电压，迟滞比较器输出高电平脉冲，说明互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管以及脱扣线圈功能正常。比较器产生的高电平脉冲用于关断60ms计数器，触发FAULT TEST引脚输出低电平，关断模拟漏电流，当晶闸管被完全关断后，将大功率开关管的栅极或者基极重新锁定为高电平；若比较器在20~80ms内均没有输出高电平脉冲，说明互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管或者脱扣线圈中有元件存在故障，当60ms计数器完成计数之后，计数器产生高电平触发终止信号。

一种采用所述的漏电保护器自检装置的漏电保护器，包括自检芯片、应用电路、模拟漏电产生电路、漏电保护芯片，应用电路与漏电保护芯片相连。

本发明的有益效果：能够定期进行漏电保护器的自检，若发现故障，输出终止信号。在自检期间，不影响负载电器的正常工作。

附图说明

图1是本发明漏电保护器自检装置的应用电路图；图中，自检芯片１、应用电路２、模拟漏电产生电路３、互感线圈４、漏电保护芯片５、供电电路６。

图2是自检芯片的结构框图；

图3是SCR TEST管脚功能控制模块原理图。

具体实施方式

下面对本发明漏电自检装置进行详细描述。

如图1所示，一种漏电保护器自检装置，包括：自检芯片１、应用电路2、模拟漏电产生电路３；所述应用电路2包括：脱扣线圈、晶闸管、限流电阻、大功率开关管和电阻分压支路、供电电路６、互感线圈４；模拟漏电产生电路３，包括三极管和电阻，产生模拟漏电流；互感线圈４，感应模拟漏电产生电路３产生的模拟漏电流；供电电路６，为漏电保护器芯片5（不属于漏电保护器自检装置，属于漏电保护器）、自检芯片1提供电源电压；

如图2所示，所述的自检芯片１包括：

参考电压产生模块，为比较器提供参考电压；

迟滞比较器，将所述电阻分压支路分压与参考电压进行比较，产生电阻分压支路分压的比较脉冲；

基准电路，提供直流偏置；

时钟产生模块，为数字处理模块提供时钟；

数字处理模块，包括计数模块、自检模块，

所述的自检模块包括两个部分，一部分为大功率开关管自检子模块，另一部分为互感线圈４、漏电保护芯片５、晶闸管及脱扣线圈的自检子模块；数字处理模块用于产生应用电路２的控制信号，控制自检芯片1输出管脚的工作状态，处理迟滞比较器输出的比较结果，判断脱扣线圈、晶闸管、互感线圈4以及漏电保护芯片５的功能是否正常，若发现故障，输出终止信号。

所述自检芯片1在首次上电2s后对脱扣线圈、晶闸管、互感线圈4、大功率开关管以及漏电保护芯片５进行检测，若发现故障，产生终止信号断开电路；若功能正常，首次自检完成后每隔15min进行一次自检，在自检期间不影响负载电器的正常工作。

所述应用电路2，通过控制大功率开关管的栅极或者基极电压，控制大功率开关管所在支路的通断。

所述大功率开关管在自检周期之外的时间，大功率开关管的栅极或者基极保持高电平，不影响漏电保护器的正常工作。

所述模拟漏电产生电路3，在进行互感线圈4、漏电保护芯片５、晶闸管及脱扣线圈故障检测期间，三极管被导通，该支路产生模拟漏电流，用以检测互感线圈4、漏电保护芯片５、晶闸管以及脱扣线圈的功能。

所述计数模块包括2s计数器、15min计数器、两个20ms计数器、60ms计数器，其中，2s计数器用于首次上电自检，并且触发两个20ms计数器；15min计数器用于首次自检结束后每隔15min进行一次自检，触发两个20ms计数器；20ms第一计数器用于限定在0~20ms内对大功率开关管进行故障检测，20ms第二计数器用于触发60ms计数器和模拟漏电信号；60ms计数器用于限定在20~80ms内对互感线圈4、漏电保护芯片５、晶闸管以及脱扣线圈进行故障检测。

所述大功率开关管检测模块，在0~4ms内，将大功率开关管栅极或者基极锁定在低电平，数字处理模块输出功能控制信号将SCR TEST管脚功能设置为大功率开关管检测，通过SCR TEST管脚将大功率开关管的漏极或者集电极锁定在高电平；4ms后，给大功率开关管的栅极或者基极发送高电平，通过开关管检测引脚监测大功率开关管漏极或者集电极的电压；若在4~20ms内，开关管检测管脚检测到电压下降沿，则说明大功率开关管的功能正常，关闭清零20ms第一计数器，将大功率开关管栅极或者基极重新锁定为低电平，将SCR TEST管脚功能切换为晶闸管检测功能；若在4~20ms内，开关管检测管脚持续为高电平，则说明大功率开关管没有正常导通，20ms第一计数器完成计数后，输出高电平触发终止信号。

所述20ms第二计数器完成计数之后，触发60ms计数器，并且触发FAULT TEST引脚输出高电平，导通三极管产生模拟漏电流。

所述计数模块，在20ms时，通过20ms第二计数器触发60ms计数器，并且触发FAULTTEST引脚输出高电平，产生模拟漏电流；互感线圈4感应模拟漏电流，漏电保护芯片５处理互感线圈4感应到的漏电信号，发送跳闸信号，驱动晶闸管导通；大功率开关管的栅极或者基极被锁定在低电平，只能通过电阻支路导通晶闸管，电阻支路的电流只足以导通晶闸管，无法使脱扣线圈脱扣，不影响负载电器的正常工作；若互感线圈4和漏电保护芯片５的功能正常，则能够产生跳闸信号；若晶闸管功能正常，并且脱扣线圈与相线正常连接，跳闸信号导通晶闸管后，电阻分压支路的峰值电压高于参考电平，通过SCR TEST管脚监测电阻分压电路得到的分压，若电阻分压支路的峰值电压高于参考电压，迟滞比较器输出高电平脉冲，说明互感线圈4、漏电保护芯片５、晶闸管以及脱扣线圈功能正常。比较器产生的高电平脉冲用于关断60ms计数器，触发FAULT TEST引脚输出低电平，关断模拟漏电流，当晶闸管被完全关断后，将大功率开关管的栅极或者基极重新锁定为高电平；若比较器在20~80ms内均没有输出高电平脉冲，说明互感线圈4、漏电保护芯片５、晶闸管或者脱扣线圈中有元件存在故障，当60ms计数器完成计数之后，计数器产生高电平触发终止信号。

一种采用所述的漏电保护器自检装置的漏电保护器，包括自检芯片１、应用电路２、模拟漏电产生电路３、漏电保护芯片５，应用电路２与漏电保护芯片５相连。

下面将详细介绍自检芯片的工作过程。

如图2所示，首次上电后，上电复位电路对自检芯片中的模块进行复位，并且触发2s计数器，当2s计数器完成第一次计数之后，计数器输出高电平，用来作为开启两个20ms计数器的触发信号。在0~4ms内，开关管控制管脚输出低电平，将图1中Q₂的栅极或者基极电平锁定在低电平；内部功能控制信号为高电平，如图3所示，当内部功能控制信号为高电平时，SCR>1管将R₃端锁定在高电平，通过开关管检测引脚监控大功率开关管漏极或者集电极电平，此时大功率开关管的漏极或者集电极为高电平。在4~20ms内，开关管控制管脚输出高电平，此时功率管的栅极和漏极或者基极和集电极均为高电平，若大功率开关管功能正常，大功率开关管被导通，大功率开关管漏极或者集电极电压变为低电平，开关管检测管脚检测到一个下降沿信号，开关管检测引脚检测到的下降沿用于关断20ms第一计数器，开关管控制管脚输出低电平，关断大功率开关管，内部功能控制信号输出低电平，引脚功能切换为晶闸管故障检测；若开关管功能不正常，开关管检测管脚检测不到下降沿，20ms第一计数器完成计数，产生高电平触发终止信号切断供电。

如图2所示，20ms第二计数器用于触发60ms计数器和模拟漏电信号，开始进行互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管及脱扣线圈的故障检测。首先，20ms计数器完成计数之后，产生高电平触发60ms计数器并且触发FAULT TEST引脚输出高电平导通图1中的Q₁，通过R₇、Q₁支路在回路中产生模拟漏电流。模拟漏电流用于检测互感线圈、漏电保护芯片、晶闸管以及脱扣线圈的功能是否正常。若以上元器件功能都正常，互感线圈感应模拟漏电流，漏电保护芯片处理感应到的漏电信号后输出跳闸信号到图1中晶闸管Q₃的门极，当相线处于正半周期时，晶闸管Q₃阳极为正电压，由于在完成大功率开关管自检后开关管控制管脚将Q₂的栅极或者基极锁定在低电平，所以无法通过Q₃、R₃、Q₂产生通路，只能通过Q₃、R₁、R₂产生通路，而R₁、R₂阻值很大，Q₃、R₁、R₂支路的电流只能使晶闸管导通，无法使脱扣线圈产生足够强的磁力拉开开关。晶闸管导通后，相线的电压通过R₁、R₂支路分压，R₂上得到的分压通过SCR>2上的分压将始终保持低电平；在60ms内，若比较器没有产生高电平来清零60ms计数器，60ms计数器完成计数后触发终止信号来切断供电。

若首次自检没有发现有元件存在故障，之后每15min重复一次上述操作。在自检周期内发现元件存在故障，则断开供电，发出警告。

在自检周期之外的时间，开关管控制管脚输出高电平，若检测到真正的模拟漏电流，模拟漏电芯片输出跳闸信号，开关管控制管脚为高电平，Q₃、R₃、Q₂会产生一个低阻通路，其中，R₃阻值远远小于R₁和R₂的阻值，产生的大电流能够使脱扣线圈产生足够大的磁力来拉开开关，切断供电。