CN106816858A - 延时型剩余电流断路器电路 - Google Patents
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Abstract
一种延时型剩余电流断路器电路，包括剩余电流采集单元、整流滤波单元、恒流充电单元、电压检测单元和执行单元；所述电流采集单元将产生的感应电流输出至整流滤波单元；所述整流滤波单元接收电流采集单元输出的交流信号，对其进行整流后输出至恒流充电单元；所述恒流充电单元包括电容C7，当电路产生剩余电流时，恒流充电单元对电容C7进行恒流充电；所述电压检测单元检测电容C7的电压，当C7电压大于触发电压时，驱动执行单元工作。本发明的延时型剩余电流断路器电路，采用恒流充电的方式为电容充电，具有稳定的延时动作性能。
Description
技术领域
本发明属于低压电器领域，涉及一种延时型剩余电流断路器电路。
背景技术
延时型剩余电流动作断路器是在普通型剩余电流动作断路器的基础上，增加了延时动作的功能特性，可有效避免因外部电路或断路器受到干扰而产生的误动作。现有产品中，多采用RC充电电路达到延时动作的目的。然而，通过RC充电电路实现延时，由于剩余电流的大小和导通角度对产品的延时动作时间具有一定影响，断路器的延时性能不稳定。
发明内容
本发明的目的在于克服现有产品在不同的电流漏电情况下延时性能不稳定的技术缺陷，提供一种结构简单、可靠性高，可实现稳定的延时性能的延时型剩余电流断路器电路。
为实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
一种延时型剩余电流断路器电路，包括剩余电流采集单元1、整流滤波单元2、恒流充电单元3、电压检测单元4和执行单元5；所述电流采集单元1将产生的感应电流输出至整流滤波单元2；所述整流滤波单元2接收电流采集单元1输出的交流信号，对其进行整流后输出至恒流充电单元3；所述恒流充电单元3包括电容C7，当电路产生剩余电流时，恒流充电单元3对电容C7进行恒流充电；所述电压检测单元4检测电容C7的电压，当C7电压大于触发电压时，驱动执行单元5工作。
优选的，所述恒流充电单元3还包括由三极管Q1，以及由多个二极管同向串联而成的二极管组VD2，所述二极管组VD2的第一端和三极管Q1的发射极连接在所述整流滤波单元2的输出端正极，所述二极管组VD2的第二端连接在三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接在电容C7的第一端，所述电容C7的第二端连接在所述整流滤波单元2的输出端负极。
优选的，所述恒流充电单元3还包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2串联在所述整流滤波单元2输出端正极与三极管Q1的发射极之间，实现三极管Q1的限流；所述电阻R3的第一端与二极管组VD2的第二端以及三极管Q1的基极连接，电阻R3的第二端连接在所述整流滤波单元2输出端负极，以使二极管组VD2导通。
优选的，所述恒流充电单元3还包括电阻R5，所述电阻R5第一端连接在三极管Q1的集电极和电容C7的第一端，电阻R5的第二端连接在所述整流滤波单元2输出端负极；当电路产生的剩余电流消失，所述三极管Q1关闭时，电容C7通过电阻R5放电。
优选的，所述电压检测单元4包括电压检测芯片VD5和开关单元41；所述电压检测芯片VD5的输入端连接在电容C7的第一端，电压检测芯片VD5的接地端连接在整流滤波单元2输出端负极，电压检测芯片VD5的输出端连接至开关单元41；当电容C7的电压小于电压检测芯片VD5的检测电压时，所述电压检测芯片VD5的输出端电压为低电压；当电容C7的电压等于或大于电压检测芯片VD5的检测电压时，所述电压检测芯片VD5的输出端为高电压。
优选的，所述开关单元41包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R6和电容C8；所述三极管Q2的集电极和三极管Q3的基极通过电阻R6连接至电压检测芯片VD5的输出端，同时还通过串联电阻R4连接在整流滤波单元2输出端负极，所述电容C8连接在三极管Q3的基极和整流滤波单元2输出端负极之间，所述三极管Q2的发射极与执行单元5连接，所述三极管Q2的基极与所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与整流滤波单元2输出端负极连接；当所述VD5的输出端电压为零或接近于所述整流滤波单元2输出端负极电压时，三极管Q2和三极管Q3关闭，开关单元41关闭，三极管Q2的发射极与整流滤波单元2输出端负极之间为近似开路状态；当所述VD5的输出端电压接近于所述整流滤波单元2输出端正极电压时，三极管Q2和三极管Q3导通，开关单元41开通，三极管Q2的发射极与整流滤波单元2输出端负极之间为近似导通状态。
优选的，所述剩余电流采集单元1包括线圈L1、电容C3、电阻R1和TVS二极管VD1，L1是电流互感器的副边线圈；所述电容C3和电阻R1并联在所述线圈L1的两端构成线圈L1的负载匹配；所述TVS二极管VD1也并联在线圈L1的两端。
优选的，所述整流滤波单元2包括二极管组VD3、二极管组VD4，电容C2、C4、C5、C6，以及电容C1；所述二极管组VD3和二极管组VD4构成桥式全波整流电路，将电流采集单元1输出的交流信号转换成直流信号并输出；电容C2和C5分别与二极管组VD3的两个二极管并联，C4和C6分别与二极管组VD4的两个二极管并联，滤除电路中的高频干扰；所述电容C1并联在整流桥电路的输出端，对所述桥式全波整流电路的输出电压进行平滑和滤波。
优选的，所述执行单元5包括线圈L2和稳压管VZ1；所述线圈L2的第一端连接在所述三极管Q2的发射极，第二端连接在电容C7的第一端，所述稳压管VZ1并联在线圈L2两端；当所述开关单元41由关闭变为开通时，线圈L2导通并驱动断路器的执行机构动作。
优选的，还包括模拟实验单元6；所述模拟实验单元6包括由外部电源AC、按钮SB和电阻R1串联组成的模拟剩余电流试验回路，所述回路从所述电流互感器中穿过。
本发明的延时型剩余电流断路器电路，通过采用恒流充电的方式为电容充电，可实现稳定的延时性能。同时采用电压检测芯片检测电容电压，并驱动执行机构动作，可在不同的电流漏电条件下，使延时型剩余电流断路器电路具有准确可靠的动作特性。
附图说明
图1是本发明延时型剩余电流断路器电路的电路图；
图2是本发明延时型剩余电流断路器电路的另一种电路图。
具体实施方式
以下结合附图给出的实施例，进一步说明本发明延时型剩余电流断路器电路的具体实施方式。本发明延时型剩余电流断路器电路不限于以下实施例的描述。
如图1和图2所示，本发明公开一种延时型剩余电流断路器电路，包括剩余电流采集单元1、整流滤波单元2、恒流充电单元3、电压检测单元4、执行单元5和模拟实验单元6。所述电流采集单元1感知外部电路产生的剩余电流，并将产生的感应电流输出至整流滤波单元2；所述整流滤波单元2接收电流采集单元1输出的交流感应信号，对其进行整流和滤波后输出至恒流充电单元3；所述恒流充电单元3包括电容C7，当电路产生剩余电流时，恒流充电单元3对电容C7进行恒流充电；所述电压检测单元4检测电容C7的电压，当C7电压大于触发电压时，驱动执行单元5工作，从而驱动断路器的执行机构动作。
如图1所示，本发明延时型剩余电流断路器电路的实施例一，所述剩余电流采集单元1包括线圈L1、电容C3、电阻R1和TVS二极管VD1。L1是电流互感器的副边线圈，外部电路的导线从所述电流互感器穿过，当外部电路产生剩余电流时，线圈L1两端产生交变的感应电流。电容C3和电阻R1并联在所述线圈L1的两端，构成线圈L1的负载匹配。所述TVS二极管VD1是双向瞬态击穿二极管，二极管VD1也并联在线圈L1的两端，主要作用是吸收L1产生的浪涌功率，限制电流采集单元1的输出电动势，限制最大磁通密度防止磁芯饱和，并保护后续电路在允许电压下正常工作，使输出电压限制在一个安全范围，保护后端电路中的元器件免受浪涌脉冲的破坏。
所述整流滤波单元2包括二极管组VD3、二极管组VD4，电容C2、C4、C5、C6，以及电容C1。所述二极管组VD3和二极管组VD4构成桥式全波整流电路，将电流采集单元1输出的交流信号整流成为直流信号并输出；本实施例中二极管组VD3和二极管组VD4为双二极管(doudble diode)，也可用两个分立二极管元件代替。电容C2和C5分别与二极管组VD3的两个二极管并联，C4和C6分别与二极管组VD4的两个二极管并联，用于滤除电路中的高频干扰，对二极管组VD3、二极管组VD4起到保护作用。所述电容C1并联在整流桥电路的输出端，对所述桥式全波整流电路的输出电压进行平滑和滤波。
所述恒流充电单元3包括电容C7、三极管Q1和多个二极管同向串联而成的二极管组VD2，二极管组VD2为双而极端，所述三极管Q1和二极管组VD2构成恒流充电电路，为电容C7进行恒流充电。所述二极管组VD2的第一端和三极管Q1的发射极均连接在所述整流滤波单元2的输出端正极，所述二极管组VD2的第二端连接在三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接在电容C7的第一端，所述电容C7的第二端连接在所述整流滤波单元2的输出端负极，构成为C7充电的恒流充电电路。在本实施例中，二极管组VD2包括两个二极管，当整流滤波单元2输出激励电压时，二极管组VD2两端可产生恒定的约1.4V的压降，确保三极管Q1稳定工作在放大状态，并保证流过三极管集电极为电容C7充电的电流基本为恒定值，从而，电容C7两端的电压以恒定的速度升高。在本实施例中，所述恒流充电单元3还包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2串联在所述整流滤波单元2输出端正极与三极管Q1的发射极之间，主要作用是对流过三极管Q1发射极的电流进行限流；所述电阻R3的第一端与二极管组VD2的第二端以及三极管Q1的基极连接，电阻R3的第二端连接在所述整流滤波单元2输出端负极，主要作用是使二极管组VD2导通，从而在三极管Q1的发射极和基极之间形成稳定的压降。
所述电压检测单元4包括电压检测芯片VD5和开关单元41。所述电压检测芯片VD5的输入端连接在电容C7的第一端，电压检测芯片VD5的接地端连接在整流滤波单元2输出端负极，电压检测芯片VD5的输出端连接至开关单元41。所述电压检测芯片VD5具有如下的工作特性：当输入端电压小于解除电压时，输出端电压为低电压，接近于接地端电压即所述整流滤波单元2输出端负极电压；当输入端电压等于或大于解除电压时，电压检测芯片VD5的输出端电压位高电压，接近于输入电压即电容C7第一端的电压，同时输出端还可产生一定宽度的高电平触发脉冲，驱动后端电路工作。所述电压检测芯片VD5可采用市面上常见的高精度电压检测器件，例如S-808XXCL等系列的产品。在本实施例中，所述电压检测芯片VD5的检测电压设定为3V，选用S-80830CL芯片即可满足需求，当然，也可以选择相近规格的其它芯片。
所述开关单元41包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R6和电容C8。所述三极管Q2和三极管Q3构成可控硅开关电路，作为执行单元5的使能开关。三极管Q2和三极管Q3也可使用微触发可控硅代替。三极管Q2的集电极和三极管Q3的基极通过电阻R6连接至电压检测芯片VD5的输出端，同时还通过电阻R4串联连接在整流滤波单元2输出端负极，所述电容C8连接在三极管Q3的基极和整流滤波单元2输出端负极之间。R6为限流电阻，决定电压检测芯片VD5芯片输出高电平状态时流入可控硅开关电路触发端的触发电流大小。电阻R4、电容C8用于吸收一定量的空间感应高频信号，防止可控硅开关电路触发端悬空产生的误导通现象，进一步提高电路可靠性。
所述三极管Q2的发射极与执行单元5连接，所述三极管Q2的基极与所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与整流滤波单元2输出端负极连接。当所述VD5的输入端小于3V时，输出端电压为零或接近于所述整流滤波单元2输出端负极电压，三极管Q2和三极管Q3关闭，开关单元41关闭，三极管Q2的发射极与整流滤波单元2输出端负极之间为近似开路状态。当所述VD5的输入端电压大于等于3V时，输出端电压接近于所述整流滤波单元2输出端正极电压，VD5输出端通过电阻R6提供触发电流，三极管Q2和三极管Q3构成的控硅电路导通，开关单元41开通，三极管Q2的发射极与整流滤波单元2输出端负极之间为近似导通状态，执行单元5动作。
所述执行单元5包括线圈L2和稳压管VZ1。所述线圈L2的第一端连接在所述三极管Q2的发射极，第二端连接在电容C7的第一端。当所述开关单元41由关闭变为开通时，线圈L2导通并驱动断路器的执行机构动作。所述稳压管VZ1并联在线圈L2两端，主要作用是当开关单元41由开通变为关闭时，为线圈L2续流，提高电路的可靠性。
所述模拟实验单元6包括由外部电源AC、按钮SB和电阻R1串联组成的模拟剩余电流试验回路，所述回路从所述电流互感器中穿过。所述外部电源AC为进行模拟实验提供额定交流电源，所述按钮SB是模拟实验开关，所述电阻R1对回路进行限流。当断路器设备合闸正常工作时，用户按下按钮SB，模拟实验单元6的回路导通，线圈L1检测到电流互感器中产生剩余电流，驱动后续电路工作，最终带动断路器的执行机构动作。当设备工作异常时，用户按下按钮SB，将无法带动断路器的执行机构动作，从而提醒用户需要对设备进行检查。
如图2所示，本发明延时型剩余电流断路器电路的实施例二，本实施例与实施例一的不同之处在于，所述恒流充电单元3还包括电阻R5，所述电阻R5第一端连接在三极管Q1的集电极和电容C7的第一端，电阻R5的第二端连接在所述整流滤波单元2输出端负极。在断路器延时精度一致性要求高、动作频次高的场合采用本实施例所述的方案，主要作用是当电路产生的剩余电流消失、所述三极管Q1关闭后，电容C7可通过电阻R5在一个操作周期内充分放电。在实际应用中，电阻R5的阻值应比较大。
本发明延时型剩余电流断路器电路的工作过程如下：
(1)当外部电路正常工作时，剩余电流为0，断路器电路无电流激励；
(2)当外部电路漏电时，产生剩余电流，经电流互感器的线圈L1感应和整流滤波后，以恒流的方式为电容C7充电，电容C7的电压在可控状态下逐渐升高，电压升高的速度仅取决于充电电流的和电容C7的大小，与剩余电流的大小无关；
(3)经过一段时间的充电，电容C7电压达到检测电压值，电压检测芯片VD5输出触发电平，并使可控硅电路导通，进一步驱动线圈L2，从而带动执行机构动作；容C7充电的时长即设定的断路器的延时时长；
(4)执行机构动作后，关闭外部电路电源，剩余电流消失，电容C7通过电阻R5及其它电路回路放电，延时型剩余电流断路器电路回到初始状态。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，例如仍然采用传统的RC充电电路，但是在充电电路前对整流滤波后的输出进行稳压，也可获得可控的充电过程和稳定的延时时间，这都应当视为属于本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：包括剩余电流采集单元(1)、整流滤波单元(2)、恒流充电单元(3)、电压检测单元(4)和执行单元(5)；所述电流采集单元(1)将产生的感应电流输出至整流滤波单元(2)；所述整流滤波单元(2)接收电流采集单元(1)输出的交流信号，对其进行整流后输出至恒流充电单元(3)；所述恒流充电单元(3)包括电容C7，当电路产生剩余电流时，恒流充电单元(3)对电容C7进行恒流充电；所述电压检测单元(4)检测电容C7的电压，当C7电压大于触发电压时，驱动执行单元(5)工作。
2.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述恒流充电单元(3)还包括由三极管Q1，以及由多个二极管同向串联而成的二极管组VD2，所述二极管组VD2的第一端和三极管Q1的发射极连接在所述整流滤波单元(2)的输出端正极，所述二极管组VD2的第二端连接在三极管Q1的基极，所述三极管Q1的集电极连接在电容C7的第一端，所述电容C7的第二端连接在所述整流滤波单元(2)的输出端负极。
3.根据权利要求2所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述恒流充电单元(3)还包括电阻R2和电阻R3，所述电阻R2串联在所述整流滤波单元(2)输出端正极与三极管Q1的发射极之间，实现三极管Q1的限流；所述电阻R3的第一端与二极管组VD2的第二端以及三极管Q1的基极连接，电阻R3的第二端连接在所述整流滤波单元(2)输出端负极，以使二极管组VD2导通。
4.根据权利要求2所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述恒流充电单元(3)还包括电阻R5，所述电阻R5第一端连接在三极管Q1的集电极和电容C7的第一端，电阻R5的第二端连接在所述整流滤波单元(2)输出端负极；当电路产生的剩余电流消失，所述三极管Q1关闭时，电容C7通过电阻R5放电。
5.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述电压检测单元(4)包括电压检测芯片VD5和开关单元(41)；所述电压检测芯片VD5的输入端连接在电容C7的第一端，电压检测芯片VD5的接地端连接在整流滤波单元(2)输出端负极，电压检测芯片VD5的输出端连接至开关单元(41)；当电容C7的电压小于电压检测芯片VD5的检测电压时，所述电压检测芯片VD5的输出端电压为低电压；当电容C7的电压等于或大于电压检测芯片VD5的检测电压时，所述电压检测芯片VD5的输出端为高电压。
6.根据权利要求5所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述开关单元(41)包括三极管Q2、三极管Q3、电阻R4、电阻R6和电容C8；所述三极管Q2的集电极和三极管Q3的基极通过电阻R6连接至电压检测芯片VD5的输出端，同时还通过串联电阻R4连接在整流滤波单元(2)输出端负极，所述电容C8连接在三极管Q3的基极和整流滤波单元(2)输出端负极之间，所述三极管Q2的发射极与执行单元(5)连接，所述三极管Q2的基极与所述三极管Q3的集电极连接，所述三极管Q3的发射极与整流滤波单元(2)输出端负极连接；当所述VD5的输出端电压为零或接近于所述整流滤波单元(2)输出端负极电压时，三极管Q2和三极管Q3关闭，开关单元(41)关闭，三极管Q2的发射极与整流滤波单元(2)输出端负极之间为近似开路状态；当所述VD5的输出端电压接近于所述整流滤波单元(2)输出端正极电压时，三极管Q2和三极管Q3导通，开关单元(41)开通，三极管Q2的发射极与整流滤波单元(2)输出端负极之间为近似导通状态。
7.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述剩余电流采集单元(1)包括线圈L1、电容C3、电阻R1和TVS二极管VD1，L1是电流互感器的副边线圈；所述电容C3和电阻R1并联在所述线圈L1的两端构成线圈L1的负载匹配；所述TVS二极管VD1也并联在线圈L1的两端。
8.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述整流滤波单元(2)包括二极管组VD3、二极管组VD4，电容C2、C4、C5、C6，以及电容C1；所述二极管组VD3和二极管组VD4构成桥式全波整流电路，将电流采集单元(1)输出的交流信号转换成直流信号并输出；电容C2和C5分别与二极管组VD3的两个二极管并联，C4和C6分别与二极管组VD4的两个二极管并联，滤除电路中的高频干扰；所述电容C1并联在整流桥电路的输出端，对所述桥式全波整流电路的输出电压进行平滑和滤波。
9.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：所述执行单元(5)包括线圈L2和稳压管VZ1；所述线圈L2的第一端连接在所述三极管Q2的发射极，第二端连接在电容C7的第一端，所述稳压管VZ1并联在线圈L2两端；当所述开关单元(41)由关闭变为开通时，线圈L2导通并驱动断路器的执行机构动作。
10.根据权利要求1所述的延时型剩余电流断路器电路，其特征在于：还包括模拟实验单元(6)；所述模拟实验单元(6)包括由外部电源AC、按钮SB和电阻R1串联组成的模拟剩余电流试验回路，所述回路从所述电流互感器中穿过。
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