一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的GFCI的制作方法

一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci
技术领域
1.本发明涉及漏电保护器领域，尤其涉及一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci。


背景技术：

2.gfci(ground fault circuit interrupter)是一个接地故障漏电保护器,是旨在保护人们免受严重或致命电击的装置。因为gfci检测接地故障，它也可以防止一些电气火灾和减少的严重性他人打断流的电流。工作原理如下,在家庭中的布线系统，在一个电源插座上，正常情况下火线和零线的电流应该相等，gfci监视其电流差，一但其差额大于5毫安，它就能将电源切断，从而保证了人身安全。
3.目前市面上的许多接地故障漏电保护器利用电感线圈如电流传感器来检测交流电路中零线与火线上的电流差异从而感知接地故障漏电的发生，虽然这种设计可以做到将交流回路发生接地故障时的漏电流信号检测输出并达到切断交流回路的目的，但是由于电流互感器体积较大，而且其二次线圈与依次线圈之间需要预留较大的空间来确保安全，所以应用这种结构的漏电保护器的体积势必也很大，不满足现在人们对便捷小巧的生活的需求，所以，如果能提出一种能够减小装置体积的方法，并应用于该装置迎合人们的需求一定会受到更大的欢迎。
4.例如，一种在中国专利文献上公开的“一种gfci和定时器相互独立的电路”，其公告号cn 214227816 u，包括交流输入端，通过一条或多条通信通道与负载电连接；gfci模块，包括：监控通过通信通道流向负载的电流，并产生电流信号的传感线圈；与传感线圈电连接的gfci电路；设置在所述一条或多条通信通道上的第一开关，用于控制所述第一开关开闭的螺线管；所述gfci电路配置为接收传感线圈输出的电流信号，并输出第一控制信号至所述螺线管，使得螺线管操作所述第一开关；定时器模块，包括：用于产生定时信号的定时器电路；设置在在所述一条或多条通信通道上的第二开关；所述定时器电路输出第二控制信号以操作所述第二开关。由于使用一个传感线圈来检测电路中的漏电流，导致整个装置体积较大，浪费的空间较多。


技术实现要素：

5.本发明主要解决现有技术体积较大浪费空间的问题；提供一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci。
6.本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括交流回路、供电模块、gfci模块、输出驱动模块和定时模块，所述供电模块从交流回路取电后为gfci模块、输出驱动模块和定时模块供电，交流回路即家用的220v交流回路，包括零线和火线；输出驱动模块包括：开关：用于开断所述交流回路；电磁线圈：用于接收来自gfci模块以及定时模块的激励，吸合或弹开所述开关；
电流采集电阻：用于检测所述交流回路中的电流差异，向所述gfci模块输出漏电流信号；信号接收端：用于接收所述gfci模块以及定时模块输出的控制信号；所述gfci模块包括：信号采集单元：用于对所述电流采集电阻输出的漏电流信号进行放大和采集；gfci芯片：接收所述信号采集单元输出的漏电流信号，输出控制信号给所述输出驱动模块；所述定时模块包括：主控芯片：用于输出定时控制信号。供电模块将交流电转为低压直流电后，分别输出至gfci模块、定时模块和输出驱动模块，gfci的信号采集单元中包括四个功率放大器，四个功率放大器对电流采集电阻输出的电流信号进行采集和放大后输出给gfci芯片由gfci芯片判断是否发生接地故障并输出控制信号来控制电磁线圈吸合开关从而断开电路，实现漏电保护功能。
7.作为优选，所述供电模块包括：供电输出端：用于为所述定时模块、gfci模块以及电磁线圈驱动电路供电；供电模块设置3个供电输出端，三个供电输出端分别与定时模块、gfci模块以及电磁线圈驱动电路连接，电磁线圈驱动电路即输出驱动模块中用于为电磁线圈吸合开关提供电流的驱动电路。
8.保险丝电阻：设置在交流输入端用于防止电路过流以及限制电路电流；通过保险丝电阻的限流作用防止电路中电流过大损坏电路，提高电路的稳定性和可靠性。
9.压敏电阻：设置在交流输入端用于防雷击浪涌；大容量电容：设置在为所述电磁线圈供电的供电输出端，为所述电磁线圈吸合开关时提供高电压，所述开关吸合后自动下降电压。为了使电磁线圈在发生漏电事故时能够可靠吸合，专门设置供电回路为电磁线圈的驱动电路供电，而且设置了大容量储能电容之后能提高吸合时的电压，而吸合后还能将电能储存并降低电压实现降低功耗的目的。
10.作为优选，所述供电模块还包括：第一整流单元：将所述交流回路输出的交流电降压整流成低压直流电经供电输出端输出至定时模块；第二整流单元：将所述交流回路输出的交流电降压整流成低压直流电经供电输出端输出至gfci模块；第三整流模块：将所述交流回路输出的交流电降压整流成低压直流电经供电输出端输出至电磁线圈驱动电路。设置三个整流单元，且三个整流单元互不影响，提高供电的可靠性。
11.作为优选，所述输出驱动模块还包括：复位单元：用于所述开关切断交流回路后重新闭合交流回路；当初次上电时，电磁线圈默认将开关吸合切断交流回路输出，按下复位开关后使单相可控硅三极管导通从而使电磁线圈中电流下降，自动闭合交流回路；同理，当发生漏电交流回路被切断或者交流回路被定时切断时，按下复位开关可使交流回路导通。
12.控制信号处理单元：用于对所述gfci模块以及定时模块输出的控制信号进行处理后输出给所述电磁线圈。控制信号处理单元从gfci模块以及定时模块接收控制信号后将电平信号转换为开关管的动作，通过控制电路中各个开关管的导通和关断来控制交流回路的
通断。
13.作为优选，所述的定时模块还包括：显示单元：用于指示定时时间；降压单元：用于将所述供电模块的供电输出端输出的电压进行降压和稳压操作后为主控芯片供电；定时时间设置单元：用于切换定时时间。定时时间设置单元中包括一个时间设置开关、3.3v的输入电源和一个电阻，时间设置开关一端与主控芯片的一个管脚以及电阻连接，另一端接地，每次按下时间设置开关3.3v电源输出都会经时间设置开关流向大地而不进入主控芯片，从而主控芯片的管脚感应到电压变化来切换定时时间。通过开关来切换定时时间，占用空间小、操作简单。
14.作为优选，所述的显示单元包括指示灯，所述降压单元包括一个低压差降压芯片，所述低压差降压芯片将供电模块输出的电压降压为3.3v后为主控芯片供电。
15.作为优选，所述的gfci模块还包括试验单元：用于检验电路功能的完整性。
16.本发明的有益效果是：1.通过使用漏电流采集电阻代替原设计的电流互感器，极大地缩小了装置的体积；2.电阻传感器代替电流互感器后，可以避免由于电路开断时产生的激波损坏电流互感器导致整个装置失效，提高了装置的可靠性和安全性。
附图说明
17.图1是本发明的一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci的供电模块电路原理图；图2是本发明的一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci的输出驱动模块电路原理图；图3是本发明的一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci的gfci模块电路原理图；图4是本发明的一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci的定时模块电路原理图；图中101.第一整流单元，102.第二整流单元，103.第三整流单元，201.复位单元，202，控制信号处理单元，301.信号采集单元，302.试验单元，401.显示单元，402.降压单元，403.定时时间设置单元。
具体实施方式
18.下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
19.实施例：本实施例的一种利用电流采集电阻进行漏电流检测的gfci，如图1至图4所示，包括交流回路、供电模块、gfci模块、输出驱动模块和定时模块，交流回路即市电输出的220v交流回路，包括火线和零线；供电模块的l-in、n-in端子与交流回路连接，220v交流电从l-in、n-in端输入后，经过保险丝电阻r33，保险丝电阻r33起到限制电路中的电流不超过安全
限定的作用，第一整流单元101、第二整流单元102和第三整流单元103并联连接，第一整流单元101为定时模块供电。
20.第一整流单元101中，降压电阻r53、r54、r51依次连接，滤波电容c32与降压电阻r53、r54并联，二极管d7的正向输入端与滤波电容c32的一端连接，二极管d7的反向输入端与降压电阻r51的一端连接，滤波电容c20和c34并联，c20和c34的一端接地另一端与电阻r51连接，稳压二极管d8与滤波电容c20、c34并联，稳压二极管d8和滤波电容c20、c34的另一端与供电输出端连接，稳压管d8将输出电压稳定输出，220v交流电经第一整流单元整流为7.5v的直流电后输出至定时模块。
21.第二整流单元102中，电路原理与第一整流模块101类似，与第一整流模块不同的是，第二整流模块102中的稳压管d13使输出为12v直流电，且第二整流单元102中设置低压差稳压芯片vr2为gfci模块中的功率放大器提供5v的电源电压。
22.第三整流单元103中，设置储能电容c19，储能电容c19一端与供电输出端vs3连接，另一端接地，储能电容为电磁线圈提供吸合高电压，线圈将开关吸合后电压自动下降，降低损耗。
23.如图2所示，输出驱动模块接收来自定时模块和gfci模块的控制信号，定时模块的控制信号从delay端输入，当delay端输入信号为低电平时，控制开关断开交流回路中断输出；gfci模块的控制信号从scrt端输入，当scrt端输入高电平信号时，切断交流回路输出；漏电流采集电阻r10、r18分别与交流回路的火线、零线连接，在交流回路的零线和火线上分别设置开关，漏电流采集电阻与开关串联，漏电流采集电阻r10、r18采集火线和零线上的电流差异，将电流信号输出至gfci模块的信号采集单元301。控制信号处理单元202由若干个三极管和电阻组成，三级管主要作为电路中的开关管和放大器使用；信号处理单元202接收到gfci模块和定时模块的电平控制信号后，三极管根据输入端的电平信号决定开通或是关断。复位单元201包括一个复位开关s2，复位开关s2一端与电阻r2连接，另一端与电阻r13和单向可控硅三极管q4的控制极连接，电阻r2的一端与三极管q1的集电极连接，三极管q1的发射极与vs3连接，当初次上电时，电磁线圈默认将开关吸合切断交流回路输出，按下复位开关后，单向可控硅三极管的控制极收到vs3输出的电压信号使单相可控硅三极管导通从而使电磁线圈中电流下降，自动闭合交流回路；同理，当发生漏电交流回路被切断或者交流回路被定时切断时，按下复位开关可使交流回路导通。
24.如图3所示，在gfci模块中，信号采集单元301从漏电流采集电阻r10、r18接收漏电流信号，经过多级功率放大后，输出至gfci芯片。多级放大电路由四个功率放大器u1、u6、u3、u5组成，u1和u6接收漏电流采集电阻的漏电流信号，u1、u6的输出端分别与u3的反向输入端和正向输入端连接，u3的输出端又与u5的反向输入端连接，由此将漏电流信号放大后，经电阻r25将电流信号转换为电压信号输出至gfci芯片，gfci芯片根据电压信号判断在scrt端输出高电平控制信号或是低电平控制信号。
25.如图4所示，在定时模块中，降压单元402中的低压差稳压芯片vr1将vs1端输入的信号转换为3.3v直流电为主控芯片供电，主控芯片采用单片机u2；显示单元401中的指示灯d1~d5与单片机u2的管脚15~11连接用于指示定时时间设置值，定时时间设置单元403包括一个时间设置开关、3.3v的输入电源和一个电阻，时间设置开关一端与主控芯片的一个管脚以及电阻连接，另一端接地，每次按下时间设置开关3.3v电源输出都会经时间设置开关
流向大地而不进入主控芯片，从而主控芯片的管脚感应到电压变化来切换定时时间。此外，为提高定时精度，使用外部8mhz晶振作为主频，以周期24小时方式实现多个定时时间控制。当达到设定的时间时，单片机u2的delay管脚输出低电平至输出驱动模块暂停交流回路输出，经过一段时间后，delay管脚输出高电平恢复交流回路输出，通过定时切断和导通交流回路输出，确保电路的安全性。
26.工作原理：电路中的漏电流采集电阻r10和r18持续采集零线和火线中的电流差异并输出至信号采集单元301，经信号采集单元301放大后输出至gfci芯片，gfci芯片判断电流差异是否有异常，若有异常则输出scrt高电平信号切断交流回路；定时模块每隔一定时间即输出delay低电平信号切断交流回路，经过一定的时间间隔后又输出高电平信号恢复交流回路。
27.初次上电时，delay为高电平状态，scrt引脚信号为低电平状态，q1导通，q6导通，q4截止，开关切断交流回路输出，按下复位开关后使单相可控硅三极管导通从而形成闭合的电流回路，电磁线圈吸合开关自动闭合交流回路；同理，当发生漏电交流回路被切断或者交流回路被定时切断时，按下复位开关可使交流回路导通。当scrt信号产生高电平脉冲时，则q6截止，q4截止，电磁线圈将开关切断交流回路输出，此时说明发生接地故障，交流回路被锁定在切断状态；当q4处于维持导通的状态下，定时器信号delay在低电平状态下，q1截止，开关k1断开，交流电源输出被临时关断，在delay信号恢复为高电平后，开关k1恢复闭合，输出恢复供电状态。
28.在本实施例中，采用两个漏电流采集电阻来代替现有的电流互感器，大大的缩小了装置的体积使得装置结构更加紧凑，而且，使用漏电流采集电阻受电路开断时产生的激波影响很小，使得装置的可靠性大大提高。
29.应理解，实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本技术所附权利要求书所限定的范围。