阅读说明：本技术 带自检功能的剩余电流动作断路器电路 (Residual current operated circuit breaker circuit with self-checking function ) 是由 李力军 包启树 包志勇 于 2019-09-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种带自检功能的剩余电流动作断路器电路,包括电源电路、运放输入输出电路、时钟电路、LED指示电路、分闸自检电路、可控硅环路检测电路、计时器复位电路、使能自检电路和驱动开关跳闸电路,电源电路、运放输入输出电路、时钟电路和LED指示电路分别连接一主控芯片的指定引脚；分闸自检电路连接主控芯片的指定引脚,并连接一外接电源和电源电路；可控硅环路检测电路连接主控芯片的指定引脚,并连接计时器复位电路；计时器复位电路连接主控芯片的指定引脚,并连接驱动开关跳闸电路；使能自检电路连接主控芯片的指定引脚；驱动开关跳闸电路连接主控芯片的指定引脚,并连接电源电路；电源电路连接外接电源。(The invention discloses a residual current operated circuit breaker circuit with a self-checking function, which comprises a power supply circuit, an operational amplifier input and output circuit, a clock circuit, an LED indicating circuit, a separating brake self-checking circuit, a silicon controlled loop detecting circuit, a timer reset circuit, an enabling self-checking circuit and a drive switch tripping circuit, wherein the power supply circuit, the operational amplifier input and output circuit, the clock circuit and the LED indicating circuit are respectively connected with a designated pin of a main control chip; the switching-off self-checking circuit is connected with a designated pin of the main control chip and is connected with an external power supply and a power supply circuit; the silicon controlled loop detection circuit is connected with a designated pin of the main control chip and is connected with a timer reset circuit; the timer reset circuit is connected with the appointed pin of the main control chip and connected with the drive switch tripping circuit; the enabling self-checking circuit is connected with a designated pin of the main control chip; the drive switch tripping circuit is connected with a designated pin of the main control chip and is connected with the power circuit; the power circuit is connected with an external power supply.)

带自检功能的剩余电流动作断路器电路

技术领域

本发明涉及一种断路器控制电路，尤其涉及一种带自检功能的剩余电流动作断路器电路。

背景技术

剩余电流动作断路器是一种在低压配电系统中防止电器设备漏电损坏的重要保护设备。但若是剩余电流动作断路器本身发生故障，便无法起到漏电保护作用。现有的检验剩余电流动作断路器的漏电保护功能是否正常有效的方法，通常通过人工操作设于断路器上的试验按钮以检验断路器的响应接地故障的能力。但实际情况是，鲜有技术人员会定期主动对断路器进行漏电检测操作，而且若断路器本身因故障漏电，人为操作容易引发触电危险。

发明内容

鉴于上述存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种带自检功能的剩余电流动作断路器电路，以解决上述技术问题。

本发明解决其技术问题采取的技术方案是，提供一种带自检功能的剩余电流动作断路器电路，包括电源电路、运放输入输出电路、时钟电路、LED指示电路、分闸自检电路、可控硅环路检测电路、计时器复位电路、使能自检电路和驱动开关跳闸电路，

所述电源电路的第一输出端E1连接一主控芯片的第四引脚；所述电源电路的第二输出端E2连接所述主控芯片的第七引脚；

所述运放输入输出电路的第一输出端F1连接所述主控芯片的第一引脚；所述运放输入输出电路的第二输出端F2连接所述主控芯片的第二引脚；所述运放输入输出电路的第三输出端F3连接所述主控芯片的第三引脚；

所述时钟电路的输出端G连接所述主控芯片的第九引脚；

所述LED指示电路的输出端H连接所述主控芯片的第十一引脚；

所述分闸自检电路的第一输出端I1连接所述主控芯片的第十二引脚；所述分闸自检电路的第二输出端I2连接一外接电源的电源端N2；所述分闸自检电路的第三输出端I3连接所述电源电路的第二输入端J2；

所述可控硅环路检测电路的第一输出端K1连接所述主控芯片的第十三引脚；所述可控硅环路检测电路的第二输出端K2连接所述计时器复位电路的第二输出端L2；

所述计时器复位电路的第一输出端L1连接所述主控芯片的第十四引脚；所述计时器复位电路的所述第二输出端L2同时连接所述驱动开关跳闸电路的第二输出端M2；

所述使能自检电路的输出端N连接所述主控芯片的第十五引脚；

所述驱动开关跳闸电路的第一输出端M1连接所述主控芯片的第十六引脚；所述驱动开关跳闸电路的所述第二输出端M2同时连接所述计时器复位电路的所述第二输出端L2和所述可控硅环路检测电路的所述第二输出端K2；所述驱动开关跳闸电路的第三输出端M3连接所述电源电路的第一输入端J1；

所述电源电路的所述第一输入端J1连接外接电源的电源端L；

所述电源电路的所述第二输入端J2先后通过一开关和一电阻R13连接所述外接电源的所述电源端L；

所述主控芯片的第五引脚和第六引脚均接地；所述主控芯片的第八引脚和第十引脚均悬空。

进一步地，所述主控芯片的具体型号为LT6713V。

进一步地，所述电源电路中包括双向触发二极管RV1、二极管D1、桥式整流二极管DB1、电阻R6、电阻R6A、电阻R7、电阻R7A、电容C6和电容C7，

所述双向触发二极管RV1的一端连接所述外接电源的电源端L，所述双向触发二极管RV1的另一端连接所述开关的N1端；

所述二极管D1的正极连接所述桥式整流二极管DB1的第二输入端DB12，并连接至接地端；所述二极管D1的负极连接所述开关的N1端，并连接至所述桥式整流二极管DB1的第一输入端DB11；

所述桥式整流二极管DB1的第三输入端DB13连接所述外接电源的电源端L，并连接所述驱动开关跳闸电路的第三输出端M3；

所述桥式整流二极管DB1的第四输入端DB14依序通过串联连接的所述电阻R6和所述电阻R6A连接至所述主控芯片的所述第四引脚；

所述桥式整流二极管DB1的第四输入端DB14同时依序通过串联连接的所述电阻R7和所述电阻R7A连接至所述主控芯片的所述第七引脚；

所述主控芯片的所述第四引脚同时通过所述电容C6连接至接地端；所述主控芯片的所述第七引脚同时通过所述电容C7连接至接地端。

进一步地，所述运放输入输出电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C13和螺线管L2，

所述电容C13的一端接地，所述电容C13的另一端连接所述主控芯片的所述第三引脚；

所述螺线管L2的一端连接所述主控芯片的所述第三引脚，所述螺线管L2的另一端依序通过串联连接的所述电阻R2和所述电阻R3连接所述主控芯片的所述第一引脚；

所述电容C1并联在所述螺线管L2的两端；

所述电阻R1并联在所述电容C1的两端；

所述主控芯片的所述第二引脚连接在所述电阻R2和所述电阻R3两者之间相交的连接点P上。

进一步地，所述时钟电路包括电容C9，所述电容C9的一端连接所述主控芯片的所述第九引脚，所述电容C9的另一端接地。

进一步地，所述LED指示电路包括发光二极管LED1和电阻R8，所述电阻R8的一端连接所述主控芯片的所述第十一引脚，所述电阻R8的另一端连接所述发光二极管LED1的正极，所述发光二极管LED1的负极接地。

进一步地，所述分闸自检电路包括电阻R9、电阻R21、电容C21、三极管Q3、三极管Q1、电阻R11、二极管D8、电阻R9A、三极管Q2、电阻R11A、二极管D9、电容C3A、R13和与门器件Y1，

所述电阻R9的一端连接所述主控芯片的所述第十二引脚，所述电阻R9的另一端连接所述三极管Q1的基极；所述三极管Q1的发射极接地，所述三极管Q1的集电极连接所述电阻R11的一端，所述电阻R11的另一端连接所述二极管D8的负极，所述二极管D8的正极连接所述外接电源的电源端N2；

所述电阻R21的一端连接所述主控芯片的所述第十二引脚，所述电阻R21的另一端连接所述三极管Q3的基极，所述三极管Q3的集电极连接所述三极管Q1的基极，所述三极管Q3的发射极接地；

所述电容C21的一端连接所述三极管Q3的基极，所述电容C21的另一端接地；

所述电阻R9A的一端连接所述主控芯片的所述第十二引脚，所述电阻R9A的另一端连接所述三极管Q2的基极，所述三极管Q2的集电极连接所述电阻R11A的一端，所述电阻R11A的另一端连接所述二极管D9的负极，所述二极管D9的正极连接所述开关的N1端；

所述三极管Q2的发射极通过所述电容C3A连接至接地端，所述三极管Q2的发射极同时连接所述与门器件Y1的第一输入端Y11；

所述与门器件Y1的第二输入端Y12接地。

进一步地，所述可控硅环路检测电路包括二极管D7，所述二极管D7的正极连接所述主控芯片的所述第十三引脚，所述二极管D7的负极连接所述计时器复位电路的所述第二输出端L2。

进一步地，所述计时器复位电路包括电阻R12和电容C10，

所述电容C10的一端连接所述主控芯片的所述第十四引脚，所述电容C10的另一端接地；

所述电阻R12的一端连接所述主控芯片的所述第十四引脚，所述电阻R12的另一端同时连接所述驱动开关跳闸电路的第二输出端M2和可控硅环路检测电路的第二输出端K2。

进一步地，所述使能自检电路包括电容C11，所述电容C11的一端连接所述主控芯片的所述第十五引脚，所述电容C11的另一端接地。

进一步地，所述驱动开关跳闸电路包括电阻R10、电容C12、可控硅T1、二极管D5和螺线管L1，

所述电阻R10的一端连接所述主控芯片的所述第十六引脚，所述电阻R10的另一端连接所述可控硅T1的第一端T11，所述可控硅T1的第一端T11同时接地；

所述电容C12的一端连接所述可控硅T1的第一端T11，所述电容C12的另一端接地；

所述可控硅T1的第二端T12连接所述二极管D5的负极，所述二极管D5的正极连接通过所述螺线管L1连接所述外接电源的电源端L；所述可控硅T1的第二端T12同时连接所述计时器复位电路的所述第二输出端L2和所述可控硅环路检测电路的所述第二输出端K2。

本发明提供的带自检功能的剩余电流动作断路器电路在检测到电路故障时，将触发可控硅导通，从而引起与可控硅连接的脱扣器脱扣而断电跳闸，以确保用电安全。而且，本发明提供的剩余电流动作断路器电路能够对环路进行自检并告警，整个自检过程无需人工参与，确保了断路器本身的设备使用安全。

附图说明

图1是本发明实施例提供的剩余电流动作断路器电路的电路框图；

图2是本发明实施例提供的剩余电流动作断路器电路的电路图；

图3是剩余电流动作断路器电路中的主控芯片的内部结构图；

图4为对主控芯片的各个引脚的功能描述表。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

本发明实施例提供的一种带自检功能的剩余电流动作断路器电路，请参照图1和图2，包括电源电路、运放输入输出电路、时钟电路、LED指示电路、分闸自检电路、可控硅环路检测电路、计时器复位电路、使能自检电路和开关跳闸电路，

电源电路的第一输出端E1连接主控芯片的第四引脚；电源电路的第二输出端E2连接主控芯片的第七引脚；

运放输入输出电路的第一输出端F1连接主控芯片的第一引脚；运放输入输出电路的第二输出端F2连接主控芯片的第二引脚；运放输入输出电路的第三输出端F3连接主控芯片的第三引脚；

时钟电路的输出端G连接主控芯片的第九引脚；

LED指示电路的输出端H连接主控芯片的第十一引脚；

分闸自检电路的第一输出端I1连接主控芯片的第十二引脚；分闸自检电路的第二输出端I2连接一外接电源的电源端N2；分闸自检电路的第三输出端I3连接电源电路的第二输入端J2；

可控硅环路检测电路的第一输出端K1连接主控芯片的第十三引脚；可控硅环路检测电路的第二输出端K2连接计时器复位电路的第二输出端L2；

计时器复位电路的第一输出端L1连接主控芯片的第十四引脚；计时器复位电路的第二输出端L2同时连接驱动开关跳闸电路的第二输出端M2；

使能自检电路的输出端N连接主控芯片的第十五引脚；

驱动开关跳闸电路的第一输出端M1连接主控芯片的第十六引脚；驱动开关跳闸电路的第二输出端M2同时连接计时器复位电路的第二输出端L2和可控硅环路检测电路的第二输出端K2；驱动开关跳闸电路的第三输出端M3连接电源电路的第一输入端J1；

电源电路的第一输入端J1连接外接电源的电源端L；

电源电路的第二输入端J2先后通过一开关S和一电阻R13连接外接电源的电源端L；

主控芯片的第五引脚和第六引脚均接地；主控芯片的第八引脚和第十引脚均悬空。

上述技术方案中，主控芯片的具体型号为LT6713V。请参照图3，主控芯片内包括：

一数字逻辑控制器1121和分别与数字逻辑控制器1121连接的一稳压整流器1122、接地故障控制器1123、SCR触发器1124、延迟触发器1125、计时器1126、低压差线型稳压器1127和LED指示灯控制器1128；

主控芯片112的第二引脚连接一第一运算放大器1129的负输入脚；

主控芯片112的第三引脚连接第一运算放大器1129的正输入脚；

第一运算放大器1129的输出端连接一第二运算放大器1130的输入端，第二运算放大器1130的正负输入脚短接；第一运算放大器1129的输出端同时连接主控芯片112的第一引脚；

第二运算放大器1130的输出端连接延时触发器1125；

延时触发器1124串联连接SCR触发器1124；

SCR触发器1124连接主控芯片的第十六引脚；

延时触发器1125与SCR触发器1124相交的点连接数字逻辑控制器1121的第一端口100；

数字逻辑控制器1121的第二端口200连接主控芯片112的第十五引脚；

数字逻辑控制器1121的第三端口300通过一主电平检测器连接主控芯片112的第十四引脚；

数字逻辑控制器1121的第四端口400连接主控芯片112的第十三引脚；

数字逻辑控制器1121的第五端口500通过接地故障控制器1123连接主控芯片112的第十二引脚；

数字逻辑控制器1121的第六端口600通过LED指示灯控制器1128连接主控芯片112的第十一引脚；

数字逻辑控制器1121的第七端口700通过计时器1126连接主控芯片112的第九引脚；

数字逻辑控制器1121的第八端口800通过低压差线性稳压器1127的第一输出端连接主控芯片112的第七引脚，并通过低压差线性稳压器1127的第二输出端连接主控芯片112的第八引脚。

请参照图4和图3，

图3中的VFB(运放负输入脚)对应主控芯片的第二引脚；

图3中的V+(运放正输入脚)对应主控芯片的第三引脚；

图3中的VCC(模拟电源)对应主控芯片的第四引脚；

图3中的A-GND(模拟地)对应主控芯片的第五引脚；

图3中的D-GND(数字地)对应主控芯片的第六引脚；

图3中的VDD(数字电源)对应主控芯片的第七引脚；

图3中的VREF1(参考电压)对应主控芯片的第八引脚；

图3中的CAP(时钟电容脚)对应主控芯片的第九引脚；

主控芯片的第十引脚悬空；

图3中的LED(LED指示GFCI工作状态)对应主控芯片的第十一引脚；

图3中的GF-test(环路自检时法测试方波，模拟接地故障状态)对应主控芯片的第十二引脚；

图3中的SCR-test(GFCI环路SCR检测反馈脚)对应主控芯片的第十三引脚；

图3中的MLD(主电平检测，轻触接地可以触发手动自检，并复位计时器)对应主控芯片的第十四引脚；

图3中的EN(自检使能脚，接地可关闭数字逻辑控制器)对应主控芯片的第十五引脚；

图3中的SCR-drv(检测到接地故障时，驱动可控硅实现跳闸)对应主控芯片的第十六引脚；

图3中的Amp Out对应主控芯片的第一引脚。

请参照图2，电源电路中包括双向触发二极管RV1、二极管D1、桥式整流二极管DB1、电阻R6、电阻R6A、电阻R7、电阻R7A、电容C6和电容C7，

双向触发二极管RV1的一端连接外接电源的电源端L，双向触发二极管RV1的另一端连接开关S的N1端；

二极管D1的正极连接桥式整流二极管DB1的第二输入端DB12，并连接至接地端；二极管D1的负极连接开关S的N1端，并连接至桥式整流二极管DB1的第一输入端DB11；

桥式整流二极管DB1的第三输入端DB13连接外接电源的电源端L，并连接驱动开关跳闸电路的第三输出端M3；

桥式整流二极管DB1的第四输入端DB14依序通过串联连接的电阻R6和电阻R6A连接主控芯片的第四引脚；

桥式整流二极管DB1的第四输入端BD14同时依序通过串联连接的电阻R7和电阻R7A连接至主控芯片的第七引脚；

主控芯片的第四引脚同时通过电容C6连接至接地端；主控芯片的第七引脚同时通过电容C7连接至接地端。

请继续参照图2，运放输入输出电路包括电阻R1、电阻R2、电阻R3、电容C1、电容C13和螺线管L2，

电容C13的一端接地，电容C13的另一端连接主控芯片的第三引脚；

螺线管L2的一端连接主控芯片的第三引脚，螺线管L2的另一端依序通过串联连接的电阻R2和电阻R3连接主控芯片的第一引脚；

电容C1并联在螺线管L2的两端；

电阻R1并联在电容C1的两端；

主控芯片的第二引脚连接在电阻R2和电阻R3两者之间相交的连接点P上。

请参照图2，时钟电路包括电容C9，电容C9的一端连接主控芯片的第九引脚，电容C9的另一端接地。

请参照图2，LED指示电路包括发光二极管LED1和电阻R8，电阻R8的一端连接主控芯片的第十一引脚，电阻R8的另一端连接发光二极管LED1的正极，发光二极管LED1的负极接地。

请继续参照图2，分闸自检电路包括电阻R9、电阻R21、电容C21、三极管Q3、三极管Q1、电阻R11、二极管D8、电阻R9A、三极管Q2、电阻R11A、二极管D9、电容C3A、R13和与门器件Y1，

电阻R9的一端连接主控芯片的第十二引脚，电阻R9的另一端连接三极管Q1的基极；三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的集电极连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端连接二极管D8的负极，二极管D8的正极连接外接电源的电源端N2；

电阻R21的一端连接主控芯片的第十二引脚，电阻R21的另一端连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接三极管Q1的基极，三极管Q3的发射极接地；

电容C21的一端连接三极管Q3的基极，电容C21的另一端接地；

电阻R9A的一端连接主控芯片的第十二引脚，电阻R9A的另一端连接三极管Q2的基极，三极管Q2的集电极连接电阻R11A的一端，电阻R11A的另一端连接二极管D9的负极，二极管D9的正极连接开关S的N1端；

三极管Q2的发射极通过电容C3A连接至接地端，三极管Q2的发射极同时连接与门器件Y1的第一输入端Y11；

与门器件Y1的第二输入端Y12接地。

请继续参照图2，可控硅环路检测电路包括二极管D7，二极管D7的正极连接主控芯片的第十三引脚，二极管D7的负极连接计时器复位电路的第二输出端L2.

请参照图2，计时器复位电路包括电阻R12和电容C10，

电容C10的一端连接主控芯片的第十四引脚，电容C10的另一端接地；

电阻R12的一端连接主控芯片的第十四引脚，电阻R12的另一端同时连接驱动开关跳闸电路的第二输出端M2和可控硅环路检测电路的第二输出端K2。

请参照图2，使能自检电路包括电容C11，电容C11的一端连接主控芯片的第十五引脚，电容C11的另一端接地。

驱动开关跳闸电路包括电阻R10、电容C12、可控硅T1、二极管D5和螺线管L1，

电阻R10的一端连接主控芯片的第十六引脚，电阻R10的另一端连接可控硅T1的第一端T11，可控硅T1的第一端T11同时接地；

电容C12的一端连接可控硅T1的第一端T11，电容C12的另一端接地；

可控硅T1的第二端T12连接二极管D5的负极，二极管D5的正极通过螺线管L1连接外接电源的电源端L；可控硅T1的第二端T12同时连接计时器复位电路的第二输出端L2和可控硅环路检测电路的第二输出端K2。

本实施例提供的带自检功能的剩余电流动作断路器电路的工作原理简述如下：

首先外接电源提供的220V电压经过电源电路整流滤波限流后给主控芯片的第四引脚和第七引脚供电，限流滤波后主控芯片的工作电源为13V。

主控芯片13V供电正常后，进入为主电平检测脚，主电平检测波形(MLD波形)的上升沿决定自检的起点。正常工作时，主控芯片的第十四引脚(MLD主电平检测脚)输出为一个常高的电平(>2.6V即可)，主电平检测脚接地一次可模拟一次手动自检。在螺线管正常工作情况下，主电平检测脚上电逻辑正常，主控芯片开始对剩余电流动作断路器中的其他器件比如可控硅SCR、电流互感器、漏电控制器等的自检，自检成功伴随LED闪烁一次然后灭掉。

若螺线管自检失败，即主电平检测脚状态初始化失败，主控芯片的第十二引脚(GF-test)触发30％占空比方波，环路进入反复自检失败状态，LED灯呈闪烁状态，伴随蜂鸣器告警。由于螺线管开路，此时剩余电流动作断路器无强制脱扣能力。

主电平检测脚初始化正常状态下，环路进入正常自检过程。由主控芯片的第十二引脚(GF-test)发送自检环路测试波形，在L线的负半周制造一个模拟漏电流(模拟漏电流是否足够由R11和电流互感器共同决定)。该模拟漏电流经过电流互感器的处理若达到漏电控制器(由主控芯片的第一引脚、第二引脚、第三引脚和第十六引脚组成)的触发阈值(触发阈值由电阻R3决定)，会使第十六引脚(SCRdrv)在L线的负半周触发高电平。在这个L线的负半周，利用SCRdrv的高电平复位SCRtest(主控芯片第十三引脚)的状态，完成整个环路的自检检测(基本上所有自检的失效都可以用复位SCRtest失败来表达)。

上述的可控硅SCR、电流互感器、漏电控制器等任何一个器件出现故障，都会使得环路进行自检失败状态。环路的不同元件器损坏会对应不同的自检报警状态和自检结果。比如电流互感器故障，电路会持续报警60s并触发强制脱扣。而可控硅SCR故障，此时断路器已不具备强制脱扣功能，因此电路的自检报警状态为持续的LED灯闪烁和蜂鸣器报警。

综上，本发明提供的带自检功能的剩余电流动作断路器电路在检测到电路故障时，将触发可控硅导通，从而引起与可控硅连接的脱扣器脱扣而断电跳闸，以确保用电安全。而且，本发明提供的剩余电流动作断路器电路能够对环路进行自检并告警，整个自检过程无需人工参与，确保了断路器本身的设备使用安全。

以上所述仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。