CN210693433U - 一种b型漏电断路器专用芯片 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种B型漏电断路器专用芯片，包括相互连接的谐振电路、基频发生电路、频率检测电路、频率分析电路、脱扣器驱动电路、自检电路、动作时间调整电路、修正电路、FLASH读写电路。本实用新型与现有技术相比的优点在于：首次将B型漏电保护集成芯片化，节省了元器件使用成本，易于缩小产品体积，简化电路方案的设计；集成化后，电路一致性比分立元件要好，而内部带有的FLASH/POLYFUSE等存储器件可以很方便的修正个体差异，进一步改善一致性问题，从而提高了良品率，降低生产成本；内部带有自检电路，定时执行，避免产品长期使用后可靠性发生问题，降低安全隐患。
Description
技术领域
本实用新型涉及电路设计技术领域，具体是指一种B型漏电断路器专用芯片。
背景技术
市面上的漏电保护产品，按所使用的电子元件类型来划分，可分为两大类，第一类是使用分立元件来搭建电路板的漏电保护产品，第二类则是使用专门的漏电保护芯片的漏电保护产品；按其保护功能来划分，可分为AC型，A型，B型。AC型为最基本的漏电保护器，可以检测普通的交流型漏电，A型则在AC型的基础上增加对脉动直流型漏电的保护功能，安全性更高。B型漏电保护则是在A型的基础上改进，功能覆盖A型与AC型，同时增加纯直流型漏电保护功能。
目前市面所用的漏电保护芯片普遍为日本三菱分司的M54123L，该芯片针对最基本的AC型漏电保护而设计。国内也有许多该款芯片的仿制型号，但原理及功能都完全一样，可以相互替代，但功能上却没有任何的改进。甚至有些国产芯片因技术能力欠缺，实际性能反而达不到原芯片水平。
使用专用漏电保护芯片相比分立元器件而言，具有非常多的优势。首先，由于芯片集成度很高，几乎将漏电保护应用所需要的元器件都集成在一颗芯片内部，使的电路板可以极大简化，方便设计也方便加工更方便节省成本。其次，所有器件都集成在一起，使的元器件的一致性相常高。
但M54123L及国内的其他仿制芯片都只能用于AC型漏电保护，更全面的A型与B型漏电保护应用只能使用分立元器件设计。分立器件由于器件类型众多，而且来源不一，难以相互匹配，一致性差，成品良率低，很难降低生产成本。
使用分立器件搭建的电路，由于器件众多，供应不统一，很难提高产品的一致性，生产成本高，良品率低。而专用芯片，目前使用最普遍的是日本三菱公司的M54123L，虽然在以上问题有所改善，但这款芯片只能提供最基本的AC型漏电保护功能，安全性更高的A型与B型漏电保护只能依靠分立器件来搭建电路。
目前，西方国家已经强制规定必需使用A型漏电保护器。而国内依然普遍使用以M54123L为核心的 AC漏电保护产品，也有少量A型漏电保护产品，但都只能依靠分立元器件。很快，我国也会开始淘汰AC 型漏电保护器，强制换用安全性更高的A型与B型漏电保护器。
实用新型内容
本实用新型要解决的技术问题是克服上述技术的缺陷，提供一种B型漏电断路器专用芯片，其易于修正、安全性能高。
为解决上述技术问题，本实用新型提供的技术方案为：一种B型漏电断路器专用芯片，包括相互连接的谐振电路、基频发生电路、频率检测电路、频率分析电路、脱扣器驱动电路、自检电路、动作时间调整电路、修正电路、FLASH读写电路；
所述谐振电路，芯片通过外接的互感器构成谐振电路，产生一定频率的振荡信号，当流过互感器一侧的电流发生变化时，谐振频率也随之产生变化；
所述基频发生电路，采集工频交流电的频率，并以此作为参考产生一个倍频时钟，作为谐振频率变化的判断依据；
所述频率检测电路，以基频时钟作为依据，计算谐振频率；
所述频率分析电路，分析当前的谐振频率变化情况，若有漏电发生，使能脱扣器驱动输出；
所述脱扣器驱动电路，当检测有漏电发生时，可直接驱动外部脱扣器，提供20mA的驱动电路，若需驱动更大功率的脱扣器，也可外接功率管使用；
所述动作时间调整电路，通过外接元器件，可以调整脱扣器的动作延迟时间，灵活适应灵敏型与滞后型断路器的使用；
所述自检电路，每隔固定时间，自检电路模拟一次漏电输入，或频率分析没有结果，则芯片处于故障状态，自检电路强制触发脱扣器驱动输出，使电闸脱扣断电；
所述FLASH读写电路，FLASH内存储了芯片记录的漏电检测结果，上位机可通过SPI通讯方式与芯片交换数据，适用于物联网等应用场合，及时了解漏电情况；
所述修正电路，可通过修正电路接口读写芯片内部FLASH/POLY FUSE来修正基准频率与频率分析结果，以此修正脱扣电流一致性的问题。
作为改进，所述谐振电路为互感器与电容组成的LC谐振电路。
作为改进，芯片上对应电路设有互感器接口、修正电路接口、检测结果读取接口、动作时间调整接口、脱扣器接口。
本实用新型与现有技术相比的优点在于：
(1)首次将B型漏电保护集成芯片化，对比以住使用分立元件设计的产品，不仅节省了元器件使用成本，易于缩小产品体积，同时也简化电路方案的设计。
(2)集成化后，电路一致性比分立元件要好，而内部带有的FLASH/POLYFUSE等存储器件可以很方便的修正个体差异，进一步改善一致性问题，从而提高了良品率，降低生产成本。
(3)一颗芯片完成B型漏电保护功能，没有增加额外电路。以往设计方案都是在AC型电路基础上额外增加检测直流漏电的电路来达到A型或B型的效果。
(4)内部带有自检电路，定时执行，避免产品长期使用后可靠性发生问题，降低安全隐患。
附图说明
图1是本实用新型一种B型漏电断路器专用芯片的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型一种B型漏电断路器专用芯片做进一步的详细说明。
结合附图，一种B型漏电断路器专用芯片，包括相互连接的谐振电路、基频发生电路、频率检测电路、频率分析电路、脱扣器驱动电路、自检电路、动作时间调整电路、修正电路、FLASH读写电路；
所述谐振电路，芯片通过外接的互感器构成谐振电路，产生一定频率的振荡信号，当流过互感器一侧的电流发生变化时，谐振频率也随之产生变化；
所述基频发生电路，采集工频交流电的频率，并以此作为参考产生一个倍频时钟，作为谐振频率变化的判断依据；
所述频率检测电路，以基频时钟作为依据，计算谐振频率；
所述频率分析电路，分析当前的谐振频率变化情况，若有漏电发生，使能脱扣器驱动输出；
所述脱扣器驱动电路，当检测有漏电发生时，可直接驱动外部脱扣器，提供20mA的驱动电路，若需驱动更大功率的脱扣器，也可外接功率管使用；
所述动作时间调整电路，通过外接元器件，可以调整脱扣器的动作延迟时间，灵活适应灵敏型与滞后型断路器的使用；
所述自检电路，每隔固定时间，自检电路模拟一次漏电输入，或频率分析没有结果，则芯片处于故障状态，自检电路强制触发脱扣器驱动输出，使电闸脱扣断电；
所述FLASH读写电路，FLASH内存储了芯片记录的漏电检测结果，上位机可通过SPI通讯方式与芯片交换数据，适用于物联网等应用场合，及时了解漏电情况；
所述修正电路，可通过修正电路接口读写芯片内部FLASH/POLY FUSE来修正基准频率与频率分析结果，以此修正脱扣电流一致性的问题。
所述谐振电路为互感器与电容组成的LC谐振电路。
芯片上对应电路设有互感器接口、修正电路接口、检测结果读取接口、动作时间调整接口、脱扣器接口。
本实用新型在具体实施时，
(1)检测频率而非幅值
一般的漏电检测原理是利用互感器将零火线上的电流感应至二次侧，再通过运算放大器放大来判断漏电情况，当运放输出增大到一定幅值后，说明漏电电流超过安全范围，电路触发跳闸。因为互感器只能感应交流信号，因而此类型的电路只能实现AC型漏电保护的功能，对含有直流分量及纯直流型漏电是无效的。
而本芯片则是将互感器与电容组成LC谐振电路，零火线上电流发生变化时，互感器特性发生变化， LC谐振频率随之变化，通过检测谐振频率的变化来判断漏电情况。此方式对于AC型，A型，B型都能起到很好的检测作用。
(2)无需放大电路
由于漏电流极小，难以直接测量。为了避免测量误差，一般的漏电检测在接收互感器二次输出时，都会先将其放大数百甚至上千倍。然而如此高的放大倍数，需要多个放大器级联才能完成，不仅成本增加，而且由于模拟器件本身的问题，放大后的信号一致性通常都不高。
而本芯片从原理上就避免了放大这一环节，由于测量的是互感器谐振频率，只需要一个频率远高于互感器谐振频率的信号作为基准，就可以精确判断出谐振频率的具体值。互感器组成LC电路后其谐振频率通常在100k以下。而对于目前的集成电路工艺而言，要建立1G的基准频率信号是相当容易的。
因此，频率检测的采样精度很容易做到万分之一。
(3)易于修正
一般使用分立元件搭建的检测电路，就算使用精密的电子元件，一致性也无法得到保证，检测不合格的产品也只能返修更换元件。
而本款芯片不仅频率检测误差小，还可以通过修改片上的poly fuse及flsah等存储单元，来修正动动作电流，无需更换元件。
(4)安全性高
一般的漏电保护器只有在漏电流达到一定值时才会驱动脱扣器跳闸。在这种限制条件情况下，即使有微弱漏电，用户也无法察觉，存在安全隐患。
而本款芯片有存储功能，即使漏电流没有到达跳闸的设定值，也会被记录下来，物联网应用中，上位机可以随时与本芯片交换数据，了解漏电情形，及时发出警告。
以上对本实用新型及其实施方式进行了描述，这种描述没有限制性，附图中所示的也只是本实用新型的实施方式之一，实际的结构并不局限于此。总而言之如果本领域的普通技术人员受其启示，在不脱离本实用新型创造宗旨的情况下，不经创造性的设计出与该技术方案相似的结构方式及实施例，均应属于本实用新型的保护范围。
Claims (3)
1.一种B型漏电断路器专用芯片，其特征在于：包括相互连接的谐振电路、基频发生电路、频率检测电路、频率分析电路、脱扣器驱动电路、自检电路、动作时间调整电路、修正电路、FLASH读写电路；
所述谐振电路，芯片通过外接的互感器构成谐振电路，产生一定频率的振荡信号，当流过互感器一侧的电流发生变化时，谐振频率也随之产生变化；
所述基频发生电路，采集工频交流电的频率，并以此作为参考产生一个倍频时钟，作为谐振频率变化的判断依据；
所述频率检测电路，以基频时钟作为依据，计算谐振频率；
所述频率分析电路，分析当前的谐振频率变化情况，若有漏电发生，使能脱扣器驱动输出；
所述脱扣器驱动电路，当检测有漏电发生时，可直接驱动外部脱扣器，提供20mA的驱动电路，若需驱动更大功率的脱扣器，也可外接功率管使用；
所述动作时间调整电路，通过外接元器件，可以调整脱扣器的动作延迟时间，灵活适应灵敏型与滞后型断路器的使用；
所述自检电路，每隔固定时间，自检电路模拟一次漏电输入，或频率分析没有结果，则芯片处于故障状态，自检电路强制触发脱扣器驱动输出，使电闸脱扣断电；
所述FLASH读写电路，FLASH内存储了芯片记录的漏电检测结果，上位机可通过SPI通讯方式与芯片交换数据，适用于物联网等应用场合，及时了解漏电情况；
所述修正电路，可通过修正电路接口读写芯片内部FLASH/POLY FUSE来修正基准频率与频率分析结果，以此修正脱扣电流一致性的问题。
2.根据权利要求1所述的一种B型漏电断路器专用芯片，其特征在于：所述谐振电路为互感器与电容组成的LC谐振电路。
3.根据权利要求1所述的一种B型漏电断路器专用芯片，其特征在于：芯片上对应电路设有互感器接口、修正电路接口、检测结果读取接口、动作时间调整接口、脱扣器接口。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921629180.4U CN210693433U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种b型漏电断路器专用芯片 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201921629180.4U CN210693433U (zh) | 2019-09-27 | 2019-09-27 | 一种b型漏电断路器专用芯片 |
Publications (1)
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| CN210693433U true CN210693433U (zh) | 2020-06-05 |
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|---|---|
| CN (1) | CN210693433U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111833574A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-10-27 | 广东格美淇电器有限公司 | 一种电压感应式报警装置及其报警方法 |
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2019
- 2019-09-27 CN CN201921629180.4U patent/CN210693433U/zh active Active
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