专利名称：电气开关装置及其漏电保护器的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电气开关装置及其漏电保护器。
背景技术：
漏电保护器和包括漏电保护器的电气开关装置广泛应用于供电线路中，当供电电 源线发生漏电现象时，及时切断供电电源，防止触电事故。漏电保护器一般包括缠绕着绕组 的磁芯和控制电路，绕组用来感应通过其中的磁通量并产生感应信号，控制电路接收所述 感应信号并控制保护开关切断或闭合电源线。以普通家庭照明电源为例，正常情况下，通过 火线和零线的电流是相等的，通过绕组的磁通量为零，没有感应信号产生，控制电路并不工 作。当发生漏电现象时，火线和零线中的电流不相等，使得通过绕组的磁通量不为零，从而 产生感应信号，控制电路接收到所述感应信号后，控制保护开关切断电源供电，防止触电事 故。
图1为现有技术公知的一种漏电保护器电路，包括放大器103，输入漏电信号，并
对其进行放大，所述漏电信号一般由缠绕在环形铁芯101上的绕组102产生，电源线(图中
未示出)穿过所述铁芯IOI，所述绕组102感应通过其中的磁通量以产生漏电信号；比较器
104，输入所述放大的漏电信号，与基准信号进行比较，如果放大的漏电信号大于所述基准
信号，表明有漏电现象发生，则产生比较信号，所述比较器104可以为峰值比较，也可以为
有效值(RMS)比较，在实际应用中，在比较器之后还可以连接低通滤波器，滤除高频的干扰
信号；控制器105，输入所述比较信号，产生控制信号，所述控制信号往往是由比较信号缓
冲或延迟后生成，其脉冲宽度与漏电信号的波形相关。所述控制信号用于控制保护开关，在
一个典型应用中，所述控制信号用于控制一电流源，在检测到漏电现象时，电流源输出驱动
电流信号，控制电磁继电开关跳闸，从而切断电源供电，起到漏电保护的作用。所述放大器
103、比较器104和控制器105往往集成在一块芯片中，提高系统的集成度。 但实际上，漏电信号的波形会有较大差别，使得所述控制器105产生的控制信号
在不同情况下持续的时间差别较大，如果持续时间较短，则会使得保护开关(例如电磁继
电开关)的跳闸动作不够精确和稳定，甚至有可能无法触发保护开关跳闸。 专利号为200410001505. 6的中国专利中公开了一种对地漏电保护器，在放大器
之后加入了整流器和滤波器，漏电信号经放大器放大后再进行整流和滤波，之后输入至控
制器，该方案通过整流和滤波能够适用于多种输入的触发信号波形，但是并没有解决因控
制信号持续时间短而无法精确和稳定地触发跳闸动作的问题。
发明内容
本发明解决的问题是提供一种电气开关装置及其漏电保护器，改善保护开关的跳 闸精度和稳定度。 为解决上述问题，本发明提供了一种漏电保护器，在发生漏电时控制保护开关跳 闸以切断电源供电，包括
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放大器，对输入的漏电信号进行放大，产生放大信号；
整流器，对所述放大信号进行整流，产生整流信号； 信号检测器，对所述整流信号的峰值或有效值进行检测，产生检测信号； 比较器，将所述检测信号与基准信号进行比较，产生比较信号； 脉冲发生器，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。 可选的，还包括驱动器，输入所述控制信号，产生驱动信号，以驱动所述保护开关。 可选的，所述驱动器为电流驱动器，所述驱动信号为电流驱动信号。 可选的，所述控制信号的脉冲宽度大于或等于所述电源信号的周期。 可选的，所述信号检测器为峰值检测器或有效值检测器。 可选的，所述脉冲发生器包括脉冲展宽电路，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。 可选的，所述脉冲展宽电路为数字计数器或模拟单稳态电路。 可选的，所述脉冲发生器还包括延时器，对所述比较信号进行延时处理后，再触发所述脉冲展宽电路。 为解决上述问题，本发明提供了一种漏电保护器，在发生漏电时控制保护开关跳闸以切断电源供电，包括 放大器，对输入的漏电信号进行放大，产生放大信号； 比较器，将所述放大信号与基准信号进行比较，产生比较信号； 脉冲发生器，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。 可选的，还包括驱动器，输入所述控制信号，产生驱动信号，以驱动所述保护开关。 可选的，所述驱动器为电流驱动器，所述驱动信号为电流驱动信号。 可选的，所述控制信号的脉冲宽度大于或等于所述电源信号的周期。 可选的，所述脉冲发生器包括脉冲展宽电路，由所述比较信号触发，产生预定脉冲
宽度的控制信号。 可选的，所述脉冲展宽电路为数字计数器或模拟单稳态电路。 可选的，所述脉冲发生器还包括延时器，对所述比较信号进行延时处理后，再触发所述脉冲展宽电路。 本发明还提供了一种电气开关装置，包括环形铁芯、缠绕在所述铁芯上的绕组、继电开关，还包括上述任意一种的漏电保护器，所述绕组的输出端连接所述漏电保护器，所述漏电保护器的输出端连接所述继电开关。 与现有技术相比，本发明具有以下优点使用脉冲发生器对比较器的输出信号进行展宽，以产生有效脉冲宽度足够宽的控制信号，从而能够精确和稳定地触发保护开关的跳闸动作。
图1是现有技术的漏电保护器的结构示意 图2是本发明实施例的漏电保护器的结构示意 图3是本发明实施例的漏电保护器的电路 图4是本发明实施例的电气开关装置的结构示意图。
具体实施例方式
现有技术中的漏电保护器，用于控制保护开关跳闸的控制信号脉冲宽度与比较器生成的比较信号脉冲宽度成正比，但是由于实际的漏电信号波形具有不确定性，差别较大，使得比较器输出的比较信号的脉冲宽度也相应的具有较大差别，如果其脉冲宽度过小，会导致无法精确触发保护开关跳闸，造成安全隐患。本发明在比较器之后加入脉冲发生器，对比较信号的脉冲宽度进行展宽，以保证其能够稳定的触发保护开关跳闸，提高跳闸的精度和稳定度。 为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面结合附图和实施例对本发明的具体实施方式
做详细的说明。 图2给出了本发明一个实施例的漏电保护器的结构示意图。如图2所示，本实施例的漏电保护器200包括放大器203、整流器204、信号检测器205、比较器206、脉冲发生器207和电流驱动器208。在本实施例中，所述漏电保护器200可以集成于同一芯片上，以提高系统的集成度。 所述放大器203输入的漏电信号来自缠绕在环形的铁芯201上的绕组202，供电电源线穿过所述铁芯201，如果发生漏电，则通过绕组202中的磁通量发生变化，产生漏电信号。所述放大器203对漏电信号的电压值进行放大后产生放大信号。 所述整流器204对输入的放大信号进行整流，调整放大信号波形和电压幅度范围，生成整流信号。 所述信号检测器205对输入的整流信号的峰值电压或有效值电压(有效值为峰值的1/V5 )进行检测，产生检测信号。相应的，所述信号检测器205可以为峰值检测器或有效值检测器。 所述比较器206将输入的检测信号与基准信号进行比较，产生比较信号。所述比较信号为脉冲信号，如果检测信号的电压值大于基准信号的电压值，则产生比较信号的有效脉冲。 所述比较信号输入至脉冲发生器207，若所述比较信号为有效脉冲，则触发脉冲发生器207开始工作，输出脉冲宽度足够宽的控制信号。所述脉冲发生器207可以包括脉冲展宽电路，所述脉冲展宽电路可以为数字计数器或模拟单稳态电路。所述控制信号的脉冲宽度可以大于或等于电源信号的周期，以50Hz的交流照明电源为例，相应的控制信号的脉冲宽度设置为20ms以上，如20ms，30ms，40ms，以保证其能够稳定的触发保护开关的跳闸动作。在具体的实施例中，所述脉冲发生器207还可以包括延时器，对输入的比较信号进行延时后再用于触发所述脉冲展宽电路。 本实施例的漏电保护器200还包括电流驱动器208，所述控制信号输入至电流驱动器208，产生驱动信号，本实施例中具体为所述控制信号控制一电流源导通，产生电流驱
动信号，所述电流驱动信号驱动保护开关完成跳闸动作。在具体应用中可以为驱动连接于漏电保护器200输出端的继电开关跳闸，切断电源供电。 图2所述的漏电保护器200中包括了整流器204和信号检测器205，在本发明其他
实施例的漏电保护器中，可以仅包括放大器，比较器，脉冲发生器和电流驱动器，放大器生
成的放大信号直接输入至比较器与基准信号进行比较，但是需注意的是，由于没有经过整
6流器整流，放大信号的幅度会随着输入的漏电信号相应的波动，因此需要相应的对所述比
较器的基准信号进行调整，防止精度过低导致无法触发保护开关跳闸。 图2所示的漏电保护器200中通过使用脉冲发生器207对比较器206输出的比
较信号的脉冲宽度进行展宽，保证了输出的控制信号的脉冲宽度不受输入的漏电信号的影
响，提高了跳闸动作的精度和稳定度。 图3给出了本发明实施例的漏电保护器的具体电路示意图，与图2中的漏电保护器200相对应。主要包括放大器203、整流器204、信号检测器205、比较器206、脉冲发生器207以及电流驱动器208。 所述放大器203为公知技术中常见的运算放大器的反馈放大电路结构，图3中仅为示意，其输入信号为缠绕在铁芯上的绕组(图中未示出)产生的漏电信号，经过放大后产生放大信号。 所述整流器204为公知技术中常见的由运算放大器和二极管构成的整流电路结构，图3仅为示意，所述整流器204对输入的放大信号的幅度范围和波形进行整流，产生整流信号。经过整流后，与所述放大信号相比整流信号的幅度相对固定，因此对于幅度范围不同的触电信号，不需要对后续的比较器的基准电压进行调整。 所述信号检测器205为有效值检测器，主要包括运算放大器2051，由开关控制的第一电流源2052和电容2053。所述整流信号输入至信号检测器205，当其电压值大于预设的参考电压时，所述运算放大器2051的输出电压翻转，使得所述第一电流源2052的控制开关闭合，并对电容2053充电，产生检测信号(即电容2053两端的电压值)。
所述比较器206为开环的运算放大器，负输入端输入基准电压源209输出的基准电压，正输入端输入所述检测信号。如果所述电容2053充电后产生的检测信号电压足够高，大于所述基准电压的电压值，则使得运算放大器的输出电压发生翻转，生成比较信号的有效脉冲。 所述脉冲发生器207包括运算放大器2071、电容2072和数字计数器2073，所述运算放大器2071的一个输入端连接参考电压源210产生的参考电压，另一输入端连接所述比较器206输出的比较信号，其输出端连接所述数字计数器2073，所述运算放大器2071和电容2072构成延时器。当所述比较器206产生的比较信号为有效脉冲时，则对所述电容2072进行充电，当充电至其两端电压大于参考电压源210提供的参考电压时，运算放大器2071的输出信号发生翻转，触发所述数字计数器2073开始计数，在计数过程中输出的控制信号为有效电平，并通过数字计数器2073的计数上限来限定所述有效电平的持续时间(即脉冲宽度)。在一具体实施例中，所述数字计数器2073可以为8位计数器，被触发后由0递增计数至255后再清零，在递增计数的过程中数字计数器2073输出的控制信号为有效电平(例如高电平)，清零后数字计数器2073输出的控制信号回复至无效电平(例如低电平)，从而保证了控制信号的脉冲宽度为一固定的脉冲宽度。另外，在所述数字计数器2073递增计数的过程中，不再对所述运算放大器2071输出的触发信号进行响应，直至数字计数器2073清零后才再次响应，保证了单次跳闸过程的稳定度。 所述数字计数器2073的时钟信号由振荡器211(如晶振，RC振荡器)提供，上电复位信号由上电复位电路212提供。需要说明的是，在实际应用中，可以通过更换不同频率的晶振或RC振荡器的电阻、电容等方法来调整所述振荡器211输出的时钟信号周期，从而
7对所述数字计数器输出的控制信号的脉冲宽度进行调整，保证其脉冲宽度足够宽，能够稳定的触发保护开关完成跳闸动作。 所述电流驱动器208可以包括二选一切换开关和第二电流源，当所述控制信号为无效电平时，电流驱动器208的输出切换至与电源的地信号，使得输出的驱动信号接地；当所述控制信号为有效电平时，电流驱动器208的输出切换至第二电流源，驱动信号为所述第二电流源输出的电流驱动信号，用于驱动继电器完成跳闸动作。 图4示出了本发明实施例的电气开关装置的示意图，包括环形的铁芯301、缠绕
在所述铁芯301上的绕组302、漏电保护器303和继电开关304，所述漏电保护器303对应
于图2所示的漏电保护器200。电源线穿过所述铁芯301，当发生漏电现象时，穿过所述绕
组302的磁通量发生改变，产生漏电信号，并输入至所述漏电保护器303，漏电保护器303对
所述漏电信号进行处理后驱动所述继电开关304跳闸，切断电源供电。所述漏电保护器303
对漏电信号的处理过程与之前实施例中所述过程一致，这里不再赘述。 综上，上述技术方案提供的电气开关装置及其漏电保护器，使用脉冲发生器对比
较器输出的比较信号的脉冲宽度进行展宽，对于不同的输入漏电信号都能够保证控制信号
具有足够的脉冲宽度，提高了跳闸动作的精度和稳定度。 本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。
权利要求
一种漏电保护器，在发生漏电时控制保护开关跳闸以切断电源供电，其特征在于，包括放大器，对输入的漏电信号进行放大，产生放大信号；整流器，对所述放大信号进行整流，产生整流信号；信号检测器，对所述整流信号的峰值或有效值进行检测，产生检测信号；比较器，将所述检测信号与基准信号进行比较，产生比较信号；脉冲发生器，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。
2. 根据权利要求1所述的漏电保护器，其特征在于，还包括驱动器，输入所述控制信 号，产生驱动信号，以驱动所述保护开关。
3. 根据权利要求2所述的漏电保护器，其特征在于，所述驱动器为电流驱动器，所述驱 动信号为电流驱动信号。
4. 根据权利要求1所述的漏电保护器，其特征在于，所述控制信号的脉冲宽度大于或 等于所述电源信号的周期。
5. 根据权利要求1所述的漏电保护器，其特征在于，所述信号检测器为峰值检测器或 有效值检测器。
6. 根据权利要求1所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲发生器包括脉冲展宽电 路，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。
7. 根据权利要求6所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲展宽电路为数字计数器 或模拟单稳态电路。
8. 根据权利要求6或7所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲发生器还包括延时 器，对所述比较信号进行延时处理后，再触发所述脉冲展宽电路。
9. 一种漏电保护器，在发生漏电时控制保护开关跳闸以切断电源供电，其特征在于，包括放大器，对输入的漏电信号进行放大，产生放大信号； 比较器，将所述放大信号与基准信号进行比较，产生比较信号； 脉冲发生器，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。
10. 根据权利要求8所述的漏电保护器，其特征在于，还包括驱动器，输入所述控制信 号，产生驱动信号，以驱动所述保护开关。
11. 根据权利要求9所述的漏电保护器，其特征在于，所述驱动器为电流驱动器，所述 驱动信号为电流驱动信号。
12. 根据权利要求8所述的漏电保护器，其特征在于，所述控制信号的脉冲宽度大于或 等于所述电源信号的周期。
13. 根据权利要求8所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲发生器包括脉冲展宽电 路，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。
14. 根据权利要求13所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲展宽电路为数字计数 器或模拟单稳态电路。
15. 根据权利要求13或14所述的漏电保护器，其特征在于，所述脉冲发生器还包括延 时器，对所述比较信号进行延时处理后，再触发所述脉冲展宽电路。
16. —种电气开关装置，包括环形的铁芯、缠绕在所述铁芯上的绕组、继电开关，其特征在于，还包括权利1至13中任一项所述的漏电保护器，所述绕组的输出端连接所述漏电 保护器，所述漏电保护器的输出端连接所述继电开关。
全文摘要
一种电气开关装置及其漏电保护器，在发生漏电时控制保护开关跳闸以切断电源供电，所述漏电保护器包括放大器，对输入的漏电信号进行放大，产生放大信号；整流器，对所述放大信号进行整流，产生整流信号；信号检测器，对所述整流信号的峰值或有效值进行检测，产生检测信号；比较器，将所述检测信号与基准信号进行比较，产生比较信号；脉冲发生器，由所述比较信号触发，产生预定脉冲宽度的控制信号。本发明提高了跳闸动作的精度和稳定度。
文档编号H02H3/26GK101752831SQ200910247438
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月25日 优先权日2009年12月25日
发明者俞军, 楼冰泳, 肖磊 申请人:上海复旦微电子股份有限公司