專利名稱：剩余電流保護(hù)裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種剩余電流保護(hù)裝置，尤其涉及一種具有外部觸發(fā)功能的剩余電流保護(hù)裝置。
背景技術(shù)：
在低壓電網(wǎng)中，當(dāng)操作人員接觸電氣裝置的帶電部分時(shí)會(huì)產(chǎn)生漏電流，該漏電流容易造成人身電擊傷亡事故?；蛘?，當(dāng)?shù)蛪弘娋W(wǎng)中電氣裝置絕緣不良時(shí)，火線與零線之間也會(huì)存在漏電流，該漏電流容易引起線路短路，進(jìn)而引起火災(zāi)。發(fā)生上述兩種情況時(shí)，均需要切斷供電電源以確保安全。在低壓電網(wǎng)中，安裝具有漏電保護(hù)功能的設(shè)備是防止人身電擊傷亡、電氣火災(zāi)及 電器設(shè)備損壞的有效防護(hù)措施。這種設(shè)備一般稱為剩余電流保護(hù)裝置(Residual CurrentDevice，RCD)。RCD檢測(cè)低壓電網(wǎng)中是否存在漏電流。一旦RCD檢測(cè)到供電線路上出現(xiàn)漏電流，其使得RCD中的脫扣機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣動(dòng)作，這一脫扣動(dòng)作進(jìn)而致使該供電線路上的斷路器切斷該線路。在實(shí)際應(yīng)用中，除了上述常規(guī)的漏電保護(hù)外，RCD還需要提供外部觸發(fā)功能。也就是說，RCD提供一個(gè)外部輸入端，操作人員在必要時(shí)可以利用該外部輸入端手動(dòng)地觸發(fā)RCD執(zhí)行脫扣動(dòng)作，而不考慮是否出現(xiàn)了漏電狀況，并由此人工斷開供電線路。例如，在發(fā)生諸如意外的電氣裝置故障的情況下，為了避免進(jìn)一步的危險(xiǎn)，操作人員可在尚未發(fā)生任何漏電的情況下立即手動(dòng)觸發(fā)RCD斷開供電線路。此外，這一外部觸發(fā)功能還可幫助用戶遠(yuǎn)程測(cè)試脫扣機(jī)構(gòu)和斷路器是否能夠正常工作。RCD的這種外部觸發(fā)功能一般采用簡(jiǎn)單的電路來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖I示例性地給出了一個(gè)最簡(jiǎn)單的例子。如圖I所示，外部輸入電路140包括串聯(lián)在電源和地之間的電阻RO和外部觸發(fā)按鈕BI。電阻RO上的電壓由RCD中的一個(gè)控制電路MCUl監(jiān)測(cè)，RCD其他部分未示出。這里，按鈕BI充當(dāng)一個(gè)開關(guān)元件，其斷開時(shí)電阻RO上電壓為低。當(dāng)按鈕BI被按下時(shí)，開關(guān)閉合，導(dǎo)致其所在的串聯(lián)支路導(dǎo)通，由此電阻上的電壓為高，即形成有效的外部觸發(fā)信號(hào)。這時(shí)，RCD響應(yīng)于該有效的外部觸發(fā)信號(hào)而促使其中的脫扣機(jī)構(gòu)執(zhí)行脫扣動(dòng)作。在圖I所示的設(shè)計(jì)中，外部輸入電路是直接從供電線路取電。這樣設(shè)計(jì)的一個(gè)潛在危險(xiǎn)是如果給外部輸入電路提供電源的元件出現(xiàn)故障，例如被擊穿，則供電線路上的大電流將直接加到觸發(fā)按鈕BI上。如果用戶觸摸這種帶電的按鈕，則會(huì)發(fā)生電擊事故。因此，現(xiàn)有的具有外部觸發(fā)功能的RCD尚不能滿足安全的需要，從而需要一種新型的具有外部觸發(fā)功能的RCD來(lái)避免發(fā)生不必要的人身電擊傷害。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供一種具有外部觸發(fā)功能的剩余電流保護(hù)裝置。這種剩余電流保護(hù)裝置可以在不考慮是否出現(xiàn)漏電流的情況下安全地從外部強(qiáng)制觸發(fā)，而不會(huì)對(duì)保護(hù)操作人員造成任何電擊傷害。
為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提出的剩余電流保護(hù)設(shè)備，包括漏電檢測(cè)器，用于檢測(cè)供電線路上的漏電流；控制電路，用于在所述漏電檢測(cè)器檢測(cè)到漏電流時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)；脫扣裝置，響應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)執(zhí)行脫扣動(dòng)作；外部輸入電路，用于響應(yīng)于外部輸入產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)，其中，所述控制電路響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而發(fā)出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且所述外部輸入電路的電源和從供電線路取電的電源之間電隔離，且所述外部輸入電路與所述控制電路的信號(hào)之間也電隔離。通過這種電源和信號(hào)的雙重隔離可以較為有效地防止供電線路上的大電流直接加到外部輸入電路的觸發(fā)按鈕上，從而確保了操作人員的安全。在優(yōu)選的實(shí)施例中，所述電源之間的電隔離可以使用隔離變壓器、隔離式AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、或者隔離式AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的組合實(shí)現(xiàn)。所述信號(hào)之間的電隔離可以使用隔離變壓器、繼電器、光耦、或磁耦實(shí)現(xiàn)。在另一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述外部輸入電路的電源源自所述控制電路的電源且與之電隔離。這樣，由于外部輸入電路的電源可以從控制電路的低壓電源獲得，因而省去為外部電路單獨(dú)設(shè)計(jì)濾波、分壓、穩(wěn)壓電路，而只需要實(shí)現(xiàn)隔離式的DC-DC轉(zhuǎn)換即可。因此，這 一方式特別適合低成本要求的設(shè)備。在又一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例中，所述外部輸入電路的電源僅在所述控制電路發(fā)出的一個(gè)使能信號(hào)有效時(shí)才提供電能。即，在使能信號(hào)信號(hào)無(wú)效時(shí)，外部輸入電路的電源也無(wú)效，這可以進(jìn)一步防止用戶觸電的發(fā)生。此外，根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)方面，本發(fā)明還提出了具有外部輸入控制的剩余電流保護(hù)方法。該方法包括檢測(cè)供電線路上的漏電流；在檢測(cè)到漏電流時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)一脫扣裝置執(zhí)行脫扣動(dòng)作；響應(yīng)于外部輸入產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)；以及響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而發(fā)出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而不考慮是否檢測(cè)到漏電流，其中，所述用于產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(hào)的電源與從供電線路取電的電源之間電隔離，且所述觸發(fā)信號(hào)以電隔離方式傳遞給用于產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。


以下附圖僅旨在于對(duì)本發(fā)明做示意性說明和解釋，并不限定本發(fā)明的范圍。其中，圖I示出現(xiàn)有的一種簡(jiǎn)單的具有外部觸發(fā)功能的RCD的示意圖；圖2示出現(xiàn)有技術(shù)中一種較為復(fù)雜的具有外部觸發(fā)功能的RCD的示意圖；圖3示例性地示出根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有外部觸發(fā)功能的RCD的原理圖；圖4示例性地示出根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有外部觸發(fā)功能的RCD的原理圖；圖5示例性地示出根據(jù)本發(fā)明又一個(gè)實(shí)施例的具有外部觸發(fā)功能的RCD的原理圖。
具體實(shí)施例方式為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照

本發(fā)明的具體實(shí)施方式
。圖2示出了現(xiàn)有的一種具有外部觸發(fā)功能的RCD示意圖。如圖2所示，該RCD 200包括漏電檢測(cè)器210 (例如，零序電流互感器ZCT (Zero order current transformer)、控制電路220(如微控制器MCU，或例如三菱出產(chǎn)的控制芯片等)，包括脫扣線圈231和可控硅235的脫扣裝置230，以及外部輸入電路240。在圖2中，漏電檢測(cè)器210檢測(cè)線路中火線L與零線N上是否存在漏電流。漏電檢測(cè)器210將檢測(cè)到的漏電流信號(hào)送入控制電路220(管腳I和2)進(jìn)行判斷。如果控制電路220經(jīng)判斷確認(rèn)出現(xiàn)了漏電現(xiàn)象，則控制電路220的管腳7輸出一個(gè)驅(qū)動(dòng)信號(hào)給可控硅235?？煽毓?35響應(yīng)于該驅(qū)動(dòng)信號(hào)而導(dǎo)通，從而促使脫扣線圈231因突然獲得一個(gè)大電流而執(zhí)行脫扣動(dòng)作。在圖2所示的RCD 200中，外部輸入電路240向控制電路220提供一個(gè)外部觸發(fā)信號(hào)Vt，以使得該控制電路在不考慮是否出現(xiàn)漏電現(xiàn)象的情況下從管腳7發(fā)出驅(qū)動(dòng)脫扣線圈動(dòng)作的驅(qū)動(dòng)信號(hào)。具體而言,如圖2所示，外部輸入電路240的電源部分241由整流濾波后的線路電壓V供電。電源部分241包括串聯(lián)的MOS場(chǎng)效應(yīng)管Ml、穩(wěn)壓二極管D5以及大電阻Rl (如1000KQ)。當(dāng)Ml導(dǎo)通時(shí)，穩(wěn)壓二極管D5的陰極上(點(diǎn)A)可獲得一個(gè)穩(wěn)定的電 壓Va。電壓Va用作電源加在外部輸入電路240的輸入部分243上。如圖2所示，該輸入部分243是包括兩個(gè)電阻R2和R3以及一個(gè)外部觸發(fā)按鈕245的串聯(lián)支路。電阻R3上的電壓Vt由控制電路220的管腳6監(jiān)測(cè)。當(dāng)外部觸發(fā)按鈕245斷開時(shí)，Vt為低。相反，當(dāng)外部觸發(fā)按鈕245被按下時(shí)，輸入部分243導(dǎo)通，R3上電壓Vt為高。控制電路220 —旦監(jiān)測(cè)到Vt為高，則立即從管腳7發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，從而促使可控硅導(dǎo)通、脫扣線圈脫扣。在圖2所示的外部輸入電路240中，還優(yōu)選地設(shè)計(jì)了外部輸入使能電路。如圖所示，控制電路220的管腳5連接到Ml的柵極。這樣，僅當(dāng)控制電路220的管腳5輸出有效的使能信號(hào)，即高電平時(shí)，Ml才導(dǎo)通，外部輸入電路240得電工作，否則外部輸入無(wú)效。由圖2可見，外部輸入電路240的電源部分直接從供電線路L上得電。在這種情況下，如果Ml出現(xiàn)故障，如被擊穿，則Ml相當(dāng)于被短路(如圖2中的線LI所示)。這時(shí)，供電線路上的高壓(大電流)將直接加在輸入部分243上(如圖I中線L2所示)，從而很容易使得觸碰該觸發(fā)按鈕245的人員因電擊而傷亡。為了避免圖2所示電路的危險(xiǎn)，本發(fā)明提出了一種新型的具有外部觸發(fā)功能的RCD。圖3示例性地示出了根據(jù)本發(fā)明的RCD 300的原理圖。圖3所示的RCD 300除了外部輸入電路340之外的其他電路與圖2相同，因而簡(jiǎn)便起見相同的元件和電路不再贅述。但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本發(fā)明提出的RCD的除外部輸入電路340之外的其他部分也可以具有不同于圖2所示的其他結(jié)構(gòu)，例如脫扣裝置130可以采用例如繼電器或三極管來(lái)驅(qū)動(dòng)脫扣線圈等其他機(jī)制。與圖2不同，圖3中的外部輸入電路340的電源部分341不再直接從供電線路上取電，而是以電隔離方式從RCD中的某個(gè)電源(例如從供電線路得電的電源)獲得電力。同時(shí)，輸入部分343也以信號(hào)隔離方式(344)連接到控制電路220。通過這種電源和信號(hào)的雙重隔離，外部輸入電路340可以與供電線路部分完全隔離。由此，即使圖3所示的RCD中的元件因故障而短路，高電壓也不會(huì)加在外部輸入按鈕245上，從而確保了操作人員的安全。圖3中所示的電源的隔離和信號(hào)的隔離可以采用多種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。比如，電源隔離可以采用隔離變壓器來(lái)實(shí)現(xiàn)，也可以采用隔離式的AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、或AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的組合來(lái)實(shí)現(xiàn)。同樣地，信號(hào)隔離也可以采用隔離變壓器、繼電器、光耦、或磁耦等裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)。圖4和圖5分別示出了兩個(gè)具體的外部輸入電路的例子。
圖4示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的具有外部觸發(fā)功能的RCD 400的例子。在圖4中，RCD 400的外部輸入電路440包括電源部分441、輸入部分443以及作為信號(hào)隔離裝置的光耦444。其中，電源部分441為一個(gè)隔離變壓器Tl，其原級(jí)連接到整流后的供電線路電壓，次級(jí)經(jīng)進(jìn)一步整流后為輸入部分443提供穩(wěn)定的低電壓，例如5V。隔離變壓器Tl中的原級(jí)和次級(jí)之間電隔離，換言之，原級(jí)和次級(jí)之間是電絕緣的。由此，TI原級(jí)側(cè)來(lái)自供電線路的電流不會(huì)流到外部輸入電路部分。此外，在圖4所示的外部輸入電路中采用光耦444來(lái)實(shí)現(xiàn)輸入部分443與控制電路220之間的信號(hào)隔離。如果觸發(fā)按鈕245閉合，則輸入部分的支路導(dǎo)通，光耦444中的電光二極管得電發(fā)光，即將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)。該光信號(hào)激發(fā)光耦中光敏三極管導(dǎo)通，從而將控制電路220的監(jiān)測(cè)管腳6的電平從高拉到低。控制電路220監(jiān)測(cè)到這個(gè)低有效的觸發(fā)信號(hào)后，產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以使得脫扣裝置執(zhí)行脫扣動(dòng)作?？刂齐娐?20與外部輸入電路440之間通過光耦實(shí)現(xiàn)了電隔離。由此，即使RCD的其他部分因元件故障而出現(xiàn)大電流，這個(gè)大電流也不會(huì)經(jīng)由信號(hào)通路流到按鈕245處，從而避免操作人員受到電擊。
圖5示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的具有外部觸發(fā)功能的RCD 500的例子。在圖5中，外部輸入電路540的電源部分541通過隔離式的DC-DC轉(zhuǎn)換器從控制電路220的直流電源Vcc(5V)處獲得電力。直流電源Vcc可以原有為控制電路供電的整流后的低壓電源。這里，隔離式的DC-DC轉(zhuǎn)換器例如可以是ADI公司提供的AduM600型轉(zhuǎn)換器，或其他類似的隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換器。此外，圖5中使用了繼電器544作為輸入部分543和控制電路220之間的信號(hào)隔離裝置。如圖5所示，如果觸發(fā)按鈕245閉合，則輸入部分的支路導(dǎo)通，繼電器544得電動(dòng)作，使得開關(guān)Kl導(dǎo)通。從而，控制電路220因其管腳6獲得一個(gè)高電平而發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)來(lái)觸發(fā)脫扣裝置執(zhí)行脫扣操作。優(yōu)選地，在圖5所示的例子中，與圖2類似地，控制電路220還可提供一個(gè)外部輸入使能信號(hào)。該信號(hào)可如圖2所示從控制電路220的管腳5發(fā)出。當(dāng)使能信號(hào)有效時(shí)(如高電平)，外部輸入電路的電源才給電。相反，若使能信號(hào)無(wú)效則即使用戶按下外部觸發(fā)按鈕也無(wú)法觸發(fā)RCD。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，圖4和圖5中的電源隔離裝置和信號(hào)隔離裝置還可以具有多種其它的結(jié)構(gòu)。例如，外部輸入電路的電源部分還可以通過隔離式的AC-DC轉(zhuǎn)換器來(lái)實(shí)現(xiàn)，或者通過先AC-DC再DC-DC轉(zhuǎn)換的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。這一點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。同樣的，信號(hào)隔離裝置也可以采用例如磁耦等轉(zhuǎn)換裝置來(lái)實(shí)現(xiàn)電隔離。另外，雖然圖4和圖5示出的外部輸入電路的輸入部分基本相同，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是，該輸入部分也可以采用本領(lǐng)域所熟知的其他電路結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)，比如采用包括并聯(lián)電阻的支路作為輸入部分等等。如上所述，采用如圖3-5所述的RCD，由于采用了電源隔離和信號(hào)隔離的雙重隔離方式將外部輸入電路與RCD的其他電路隔離開來(lái)，因而即使RCD中出現(xiàn)元件故障，高壓或大電流也不會(huì)加到外部觸發(fā)按鈕處，從而確保操作人員免受電擊傷害。應(yīng)當(dāng)理解，雖然本說明書是按照各個(gè)實(shí)施例描述的，但并非每個(gè)實(shí)施例僅包含一個(gè)獨(dú)立的技術(shù)方案，說明書的這種敘述方式僅僅是為清楚起見，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)將說明書作為一個(gè)整體，各實(shí)施例中的技術(shù)方案也可以經(jīng)適當(dāng)組合，形成本領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的其他實(shí)施方式。
以上所述僅為本發(fā)明示意性的具體實(shí)施方式
，并非用以限定本發(fā)明的范圍。任何本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的構(gòu)思和原則的前提下所作的等同變化 、修改與結(jié)合，均應(yīng)屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
1.一種剩余電流保護(hù)設(shè)備(300)，包括 漏電檢測(cè)器(210)，用于檢測(cè)供電線路上的漏電流； 控制電路(220)，用于在所述漏電檢測(cè)器(210)檢測(cè)到漏電流時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)； 脫扣裝置(230)，響應(yīng)于所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)執(zhí)行脫扣動(dòng)作； 外部輸入電路(340,440, 540),用于響應(yīng)于外部輸入產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)， 其中，所述控制電路(220)還進(jìn)一步響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而發(fā)出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且所述外部輸入電路(340，440，540)的電源和從供電線路取電的電源之間電隔離，且所述外部輸入電路(340，440，540)與所述控制電路(220)的信號(hào)之間也電隔離。
2.如權(quán)利要求I所述的剩余電流保護(hù)設(shè)備，其中所述電源之間的電隔離使用隔離式AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊的組合、隔離變壓器、隔離式AC-DC轉(zhuǎn)換模塊，或者隔離式DC-DC轉(zhuǎn)換模塊實(shí)現(xiàn)。
3.如權(quán)利要求2所述的剩余電流保護(hù)設(shè)備，其中，所述外部輸入電路(540)的電源源自所述控制電路(220)的電源且與之電隔離。
4.如權(quán)利要求1-3中任意之一所述的剩余電流保護(hù)裝置，其中所述信號(hào)之間的電隔離使用隔離變壓器、繼電器、光耦、或磁耦實(shí)現(xiàn)。
5.如權(quán)利要求4所述的剩余電流保護(hù)設(shè)備，其中，所述外部輸入電路(440)還包括光耦，且所述觸發(fā)信號(hào)經(jīng)由光耦傳送給所述控制電路(220)。
6.如權(quán)利要求5所述的剩余電流保護(hù)設(shè)備，其中，所述外部輸入電路(540)的電源僅在所述控制電路發(fā)出的一個(gè)使能信號(hào)有效時(shí)才提供電能。
7.一種用于具有外部輸入控制的剩余電流保護(hù)方法，包括 檢測(cè)供電線路上的漏電流； 在檢測(cè)到漏電流時(shí)發(fā)出驅(qū)動(dòng)信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)一脫扣裝置執(zhí)行脫扣動(dòng)作； 該方法還包括 響應(yīng)于外部輸入產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)；以及 響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而發(fā)出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 其中，所述用于產(chǎn)生所述觸發(fā)信號(hào)的電源與從供電線路取電的電源之間電隔離，且所述觸發(fā)信號(hào)以電隔離方式傳遞給用于產(chǎn)生所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的電路。
8.如權(quán)利要求7所述的方法，其中所述電源之間的隔離通過隔離變壓器、隔離式的AC-DC轉(zhuǎn)換模塊、DC-DC轉(zhuǎn)換模塊、或者隔離式的AC-DC和DC-DC轉(zhuǎn)換模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。
9.如權(quán)利要求7中所述的方法，其中所述觸發(fā)信號(hào)通過隔離變壓器、繼電器、光耦、或磁耦傳遞。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種剩余電流保護(hù)設(shè)備。該設(shè)備包括漏電檢測(cè)器、脫扣裝置以及用于在漏電檢測(cè)器檢測(cè)到漏電流時(shí)產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)信號(hào)以使得脫扣裝置執(zhí)行脫扣動(dòng)作的控制電路。該設(shè)備還包括外部輸入電路，用于響應(yīng)于外部輸入產(chǎn)生一觸發(fā)信號(hào)，其中，所述控制電路響應(yīng)于所述觸發(fā)信號(hào)而發(fā)出所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)，而且所述外部輸入電路的電源和從供電線路取電的電源之間電隔離，且所述外部輸入電路與所述控制電路的信號(hào)之間也電隔離。通過這種電源和信號(hào)的雙重隔離，外部輸入電路可以與供電線路部分完全隔離。由此，即使元件因故障而短路，高電壓也不會(huì)加在外部輸入的按鈕上，從而確保了操作人員的安全。
文檔編號(hào)H02H3/32GK102761098SQ20111010859
公開日2012年10月31日 申請(qǐng)日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者包章堯, 熊燾, 黃琦 申請(qǐng)人:西門子公司