專利名稱：用于斷路器的異常電流檢測電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及斷路器，尤其涉及用于斷路器的異常電流檢測電路，其被配置為電檢 測電路中的異常電流，由此允許當異常電流在電路中流動時斷路器切斷電路。
背景技術：
斷路器為用于檢測異常電流從而自動斷開電路的功率設備，由此當在電路中出現 諸如過電流、短路電流或者其它的異常電流時，保護生命、電力負載設備以及電路不受電源 和負載之間的供電電路中的故障電流的損傷。在這種斷路器中，漏電斷路器是具有以下功 能的斷路器當檢測到漏電、過電流以及短路電流時斷開電路，由此保護生命、負載設備和 電路不受故障電流的損傷。如在本領域所公知的斷路器，其可包括脫扣機構，用于檢測電 路中的異常電流；以及開關機構，用于執行脫扣操作從而將活動式觸點與固定式觸點分離 以斷開通過脫扣機構觸發的電路。脫扣機構可被配置為包括脫扣線圈，用于當被驅動電流 磁化時生成磁吸力；以及電樞，其通過脫扣線圈的磁吸力而旋轉。開關機構被配置為包括 脫扣彈簧，其用于提供脫扣(斷開電路)的驅動力；閂鎖機構，其能夠通過所述觸發機構的 旋轉壓力而被移動到脫扣彈簧的釋放位置，或者移動到處于儲備彈性能狀態下的脫扣彈簧 的鎖定位置；以及電力傳輸機構，用于將脫扣彈簧的彈性能傳輸到活動式觸點以斷開電路。用于斷路器的異常電流檢測電路執行檢測電路中的異常電流，并且當檢測到異常 電流時將電驅動信號提供給脫扣線圈。在用于斷路器的異常電流檢測電路中，根據現有技術的用于斷路器的異常電流檢 測電路配置有這樣的電路通過利用半波放大器放大由每個相位的變流器或者在漏電斷路 器的情況下由零相位變流器檢測到的電流信號，并利用比較器將所述電流信號與預定基準 值進行比較以確定正常或異常，并且當確定為異常時將驅動信號輸出到脫扣線圈。然而，根據現有技術的用于斷路器的異常電流檢測電路配置為利用半波放大器來 放大來自變流器的輸入信號，因此，對異常電流產生的檢測可以迅速執行，或者基于輸入信 號的相位是否始于0度或180度而被延遲半波，即180度。結果，會引起檢測延遲，例如檢 測延遲最大IOms (毫秒)。在需要快速脫扣的斷路器中的這種檢測延遲存在將導致負載設 備和電路損壞的問題。此外，在根據現有技術的用于斷路器的異常電流檢測電路中，當其檢測電路配 置有典型的電子設備時，所述設備的特性會隨著溫度和產品處理速度變動(production process speed variations)(即，低速產品、標準速度產品和高速產品)而變化，或者集成 電路的特性在配置集成電路中會變化，由此引起不能提供可靠地檢測異常電流，以及不能 保證斷路器的可靠操作的問題。
發明內容
因此，本發明的目的是解決現有技術中的上述問題，本發明的第一目的是提供一 種用于斷路器的異常電流檢測電路，其能夠以高速檢測異常電流而不會有時延。
本發明的第二個目的是提供一種用于斷路器的可靠的異常電流檢測電路，其中異 常電流檢測的特性并不會隨溫度和產品處理速度變動而敏感地變化。本發明上述目的可通過提供用于斷路器的異常電流檢測電路來實現，所述用于斷 路器的異常電流檢測電路包括全波放大器，其用于放大對應于受檢測的全波AC輸入電流 的交流(AC)輸入電壓信號，輸出正波周期放大電壓信號和負波周期放大電壓信號，并生成 相對于經放大的AC輸入電壓信號具有預定差值的正波周期基準電壓信號和負波周期基準 電壓信號；正波周期比較器，其連接到全波放大器的輸出端，以對全波放大器提供的正波周 期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，并在正波周期放大電壓信號大于或等 于正波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號；負波周期比較器，其連接到全波放大器的輸出端，以對全波放大器提供的負波周 期放大電壓信號和負波周期基準電壓信號進行比較，并在負波周期放大電壓信號大于或等 于負波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號；組合電路，其連接到正波周期比較器和負波周期比較器上，以對從正波周期比較 器輸出的脈沖信號和從負波周期比較器輸出的脈沖信號進行組合，從而輸出全波組合信 號；基準電壓生成器，其用于生成基準電壓信號以確定對應于受檢測的AC輸入電流 的輸入電壓信號的正常或異常；電容器，其連接到組合電路的輸出級，以在輸出從組合電路中輸出的脈沖信號的 時間段期間充電；以及比較驅動電路段，其連接到基準電壓生成器和電容器上，以對電容器提供的充電 電壓和基準電壓生成器提供的基準電壓信號進行比較，并在充電電壓大于或等于基準電壓 信號時輸出一控制驅動斷路器到電路斷開位置的信號。
所包括的附圖提供對本發明的進一步的理解，并且其被并入并組成本說明書的一 部分，與說明書一起示出本發明的實施例以解釋本發明的原理。在圖中圖1為示出安裝有根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路的電力電路的 整體電路圖；圖2為根據本發明實施例的示出圖1的全波放大器的詳細電路圖；圖3為根據本發明實施例的示出圖1的溫度補償電流源的詳細電路圖；圖4為相對于溫度和處理速度變動的全波放大器的操作特性圖，示出了不管溫度 和處理速度變動而在全波放大器中預先確定比較器輸入信號(正波周期或負波周期放大 信號)和比較器基準電壓信號(正波周期或負波周期基準電壓信號)之間的差值；圖5為示出正波周期放大信號和正波周期基準電壓信號的波形的波形圖，所述正 波周期放大信號和正波周期基準電壓信號為分別輸入到正波周期比較器的比較輸入信號 和基準信號；圖6為一波形圖，其示出當圖5的波形中的正波信號周期放大信號大于或等于正波周期基準電壓信號時，從正波周期比較器輸出的脈沖信號的波形；圖7為一波形圖，其示出供應到電容器的溫度補償電流源電路的充電電流與流經 根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路中所含的溫度補償電流源電路中的具有負 溫度系數的設備的電流，以及流經具有正溫度系數的設備的電流之間的關系。
具體實施例方式通過結合附圖對本發明的優選實施例的下述描述，將清楚地理解本發明的目的以 及完成上述目的的配置和操作。首先，結合圖1描述整體電路圖，該整體電路圖示出了根據本發明的用于斷路器 的異常電流檢測電路和安裝有包括該異常電流檢測電路的斷路器的電力電路。安裝有斷路器的整個電力電路可配置為包括交流(AC)電流源100、零相位變流器 (之后簡稱為ZCT) 102、濾波電路103、用于電壓形成的電阻器101、直流(DC)轉化供電電路 段104、異常電流檢測電路200、固態開關(所謂的半導體開關)SCR、脫扣線圈300a以及開 關機構300b。零相位變流器102是能配置在應用有根據本發明的異常電流檢測電路的實施例 中的電流檢測器件。在典型的斷路器中，零相位變流器102可被典型的變流器替代，其中在 三相交流電的情況下可為每一相位提供典型的變流器。在整個電力電路中，除了零相位變 流器102之外的剩余電路段通常既可安裝在典型斷路器也可安裝在漏電斷路器中。此外， 在典型的三相AC斷路器的情況下，除了零相位變流器102之外的剩余電路段可相應提供給 每個相位。零相位變流器102輸出與電路中流動的電流中的零相位電流(即泄漏電流)成 比例的零相位電流檢測信號以檢測電路漏電。連接到零相位變流器102的濾波電路103可配置有低通濾波電路，以便移除會混 入到從零相位變流器102輸出的與所檢測的泄漏電流成比例的輸出信號中的高頻噪聲。用于電壓形成的電阻器101是在高頻噪聲被濾波電路103移除的狀態下通過將零 相位電流檢測信號轉化為電壓信號的用于電壓形成的電阻器。直流(DC)轉化供電電路段104為對AC電力進行整流并將DC電力供應到異常電 流檢測電路200 (將在稍后描述)的溫度補償恒定電壓電路段201的AC-DC轉化電路，并可
配置有例如橋接二極管。半導體開關SCR連接到異常電流檢測電路200 (將在稍后描述)的輸出級，該半 導體開關SCR可配置有例如通過控制其門信號能對其進行開/關控制的半導體閘流管 (thyrister)，即，硅可控整流器(下文將簡稱為SCR)，并且該半導體開關SCR還可以被各種 固態半導體開關所代替。示出為脫扣線圈300a的部分代表前述脫扣機構，基本包括脫扣線圈300a，用于將 開關機構300b觸發至脫扣位置，S卩，電路斷開位置。脫扣機構可配置為包括脫扣線圈，其 用于當被驅動電流磁化時生成磁吸力；以及觸發機構，其包括通過脫扣線圈的磁吸力而旋 轉的電樞。如上所述，開關機構300b可配置為包括脫扣彈簧，其用于提供脫扣(斷開電路) 的驅動力；閂鎖機構，其能夠通過觸發機構的旋轉壓力而處于脫扣彈簧的釋放位置，或者處 于儲備彈性能狀態下的脫扣彈簧的鎖定位置；電力傳輸機構，其用于將脫扣彈簧的彈性能
6傳輸到活動式觸點以斷開電路；以及固定式觸點和活動式觸點構成最終的開關接觸部。根據本發明實施例的異常電流檢測電路200可配置為包括全波放大器202、205、 正波周期比較器203、負波周期比較器204、組合電路206、第二基準電壓生成電路段209、電 容器CH以及比較驅動電路段208。全波放大器202、205可配置為包括全波放大電路段202和第一基準電壓生成電路 段205。將結合圖2描述全波放大器202、205的詳細配置和操作，圖2是示出根據本發明的 實施例的圖1的全波放大器的詳細電路圖。全波放大電路段202可配置為包括正波周期放大電路段和負波周期放大電路段。正波周期放大電路段可配置為包括在差分放大器電路中的第一晶體管Q1，即， 第一晶體管Ql和第二晶體管Q2彼此并聯連接；和電平移動電路，其連接到第一晶體管Ql 的集電極上。更確切地，正波周期放大電路段可配置為包括差分放大器電路的第一晶體管 QLAC輸入電壓信號的正波周期輸入信號通過正波周期輸入信號輸入級INPUT_P0S輸入到 所述第一晶體管Ql中；和電平移動電路，其包括第三晶體管Q3和串聯到第三晶體管Q3上 的電阻器RA1，該第三晶體管Q3的基極連接到第一晶體管Ql的集電極上。正波周期放大電 路段放大與全波AC輸入電流相對應的AC輸入電壓信號的正波周期輸入信號，正波周期輸 入信號即具有正值和負值的正弦波形AC輸入電壓信號中的具有正值的部分，并將其通過 正波周期比較器輸入級C0MP_mi輸出到正波周期比較器(參照圖1的附圖標記203)。換 句話說，對于由圖1的零相位變流器102所檢測和提供的受檢測的全波AC輸入電流，放大 具有AC輸入電壓信號的正值的部分(其為在通過濾波電路103移除高頻噪聲的狀態下通 過電阻器101轉換并輸入為電壓信號)，并將其通過正波周期比較器輸入級C0MP_mi輸出 到正波周期比較器(參考圖1的附圖標記203)。負波周期放大電路段可配置為包括在差分放大器電路中的第二晶體管Q2，即， 第一晶體管Ql和第二晶體管Q2彼此并聯連接；以及電平移動電路，其連接到第二晶體管 Q2的集電極上。更確切地，負波周期放大電路段可配置為包括差分放大器電路的第二晶 體管Q2，AC輸入電壓信號的負波周期輸入信號通過負波周期輸入信號輸入級INPUT_NEG輸 入到所述第二晶體管Q2中；以及電平移動電路，其包括第四晶體管Q4和串聯到第四晶體管 Q4上的電阻器RA2，該第四晶體管Q4的基極連接到第二晶體管Q2的集電極上。負波周期 放大電路段放大通過負波周期輸入信號輸入級INPUT_NEG輸入的負波周期輸入信號，負波 周期輸入信號即具有正值和負值的正弦波形AC輸入電壓信號中的負值的部分，并將其通 過負波周期比較器輸入級C0MP_IN2輸出到負波周期比較器(參照圖1的附圖標記204)。 換句話說，對于由圖1的零相位變流器102所檢測和提供的受檢測的全波AC輸入電流，放 大具有AC輸入電壓信號的負值的部分(其為在通過濾波電路103移除高頻噪聲的狀態下 通過電阻器101轉換并輸入為電壓信號)，并將其通過負波周期比較器輸入級C0MP_IN2輸 出到負波周期比較器(參考圖1的附圖標記204)。在圖2中，在差分放大器電路部分中的 附圖標記Il和12表示分別流經第一晶體管Ql和第二晶體管Q2的集電極電流，附圖標記 IB表示用于驅動第一晶體管Ql和第二晶體管Q2的偏流。在圖2中，正波周期基準電壓生成電路段和負波周期基準電壓生成電路段被包含 在圖1所示的第一基準電壓生成電路段205中。連接到負波周期放大電路段的正波周期基準電壓生成電路段可配置為包括分壓器電路，該分壓器電路提供具有與從負波周期放大電路段輸出的負波周期放大信號的電壓 值不同的預定值的電壓信號。換句話說，正波周期基準電壓生成電路段可配置為包括分壓 器電路段，該分壓器電路段包括串聯到負波周期放大電路段的電阻器RB2和二極管D2，以 及第六晶體管Q6，第六晶體管Q6被接通或斷開以控制通過分壓器電路段的導電的開關。因 此，在負波周期放大電路段中的電平移動電路段的電阻器RA2處形成的電壓被以如下比值 分壓電阻器RB2和二極管D2的電阻值相對于分壓器電路段中電阻器RB2和二極管的電阻 值與電平移動電路段中電阻器RA2的電阻值的組合電阻值的比值，并通過正波周期比較器 基準電壓輸入級C0MP_REF1被施加到正波周期比較器(參考圖1的附圖標記203)。連接到正波周期放大電路段的負波周期基準電壓生成電路段可配置為包括分壓 器電路，該分壓器電路提供具有與從正波周期放大電路段輸出的正波周期放大信號的電壓 值不同的預定值的電壓信號。換句話說，負波周期基準電壓生成電路段可配置為包括分壓 器電路段，該分壓器電路段包括串聯到正波周期放大電路段的電阻器RBl和二極管D1，以 及第五晶體管Q5，第五晶體管Q5被接通或斷開以控制通過分壓器電路段的導電的開關。因 此，在正波周期放大電路段中的電平移動電路段的電阻器RAl處形成的電壓被以如下比值 分壓電阻器RBl和二極管Dl的電阻值相對于分壓器電路段中電阻器RBl和二極管Dl的 電阻值與電平移動電路段中電阻器RA2的電阻值的組合電阻值的比值，并通過負波周期比 較器基準電壓輸入級C0MP_REF2被施加到負波周期比較器(參考圖1的附圖標記204)。如上所述，根據本發明的實施例，正波周期基準電壓生成電路段和負波周期基準 電壓生成電路段交叉地(crossly)連接到負波周期放大電路段和正波周期放大電路段，由 此允許正波周期基準電壓生成電路段連接到負波周期放大電路段，并允許負波周期基準電 壓生成電路段連接到正波周期放大電路段。根據本發明的優選特征，如圖2所示，即使處理速度或溫度發生變化，從正波周期 放大電路段輸出的正波周期放大信號的電壓值和從正波周期基準電壓生成電路段輸出的 正波周期基準電壓信號的電壓值將具有預定的差值。為此，配置為將AC輸入電壓信號輸入 到正波周期放大電路段，并且將從正波周期放大電路段輸出的正波周期放大電壓信號被分 壓而具有預定電壓差的AC輸入電壓信號輸入到正波周期基準電壓生成電路段。而且，從負波周期放大電路段輸出的負波周期放大信號的電壓值和從負波周期基 準電壓生成電路段輸出的負波周期基準電壓信號的電壓值將具有預定的差值。為此，配置 為將AC輸入電壓信號輸入到負波周期放大電路段，并且將從負波周期放大電路段輸出的 負波周期放大電壓信號被分壓而具有預定電壓差的AC輸入電壓信號輸入到負波周期基準 電壓生成電路段。換句話說，典型地，比較器的基準電壓為預定的DC電壓，而施加到正波周期比較 器(參考圖1的附圖標記203)和負波周期比較器(參照圖1的附圖標記204)的基準電 壓為與正波周期放大電壓信號或者負波周期放大電壓信號的電壓相比具有預定差值的AC 輸入電壓信號。結果，即使在處理速度或溫度發生變化的情況下，也能提供可靠的比較輸 出，此外，這種特征可顯出如下效果即使在處理速度或溫度發生變化的情況下也可以輸出 可靠的脫扣線圈驅動信號，以及如下效果由于斷路器的異常電流檢測可以增強斷路操作 (脫扣操作)的可靠性。如圖5所示，從正波周期放大電路段輸出的正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號的波形特征分別為交流(AC)波形，其中正波周期基準電壓信號為正波周期放 大電壓信號被分壓而具有預定電壓差的AC輸入電壓信號。此外，參考圖4，圖4為相對于溫度和過程變動的全波放大器的操作特性圖，在如 結合圖1和圖2所述的根據本發明的用于斷路器的異常電路檢測電路中，不管溫度和處理 速度的變動，即快速、典型和慢速的生產速度，從全波放大器輸出的比較器輸入信號(由圖 4中的符號C0MP_IN表示，作為正波周期或負波周期放大信號)和比較器基準電壓信號(由 圖4中的符號C0MP_REF表示，作為正波周期或負波周期基準電壓信號)之間的差值具有預 定的差值(參照圖4中符號IB χ RB/2+VD所示的預定差值)。在全波放大器的下一級處為 正波周期比較器和負波周期比較器提供了彼此具有預定差值的輸入信號和基準電壓信號， 從而不管溫度和處理速度的變動而允許正波周期比較器和負波周期比較器可靠地提供比 較輸出。在圖2中，符號BG為從圖1的溫度補償恒定電壓電路段201提供以驅動第五晶體 管Q5和第六晶體管Q6的偏置電壓，而電阻器RB是用于調節流經第五晶體管Q5和第六晶 體管Q6的電流值的電流調節電阻器。在另一方面，如上所述，對于與受檢測的電路的交流電流對應的AC輸入電壓信號 的全波，經過放大的正波周期放大電壓信號和負波周期放大電壓信號，以及具有與那些放 大信號的電壓值不同的預定值的正波周期基準電壓信號和負波周期基準電壓信號被提供 給正波周期比較器203和負波周期比較器204，分別作為輸入電壓信號和基準電壓信號。在圖1中，連接到全波放大器202、205的輸出端的正波周期比較器203將全波放 大器202、205提供的正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，并在正波 周期放大信號大于或等于正波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號。可通過圖5的波形圖和圖6的波形圖來確定操作，圖5示出了正波周期放大信號 和正波周期基準電壓信號相對于時間的波形變化，所述正波周期放大信號和正波周期基準 電壓信號分別為輸入到正波周期比較器的比較輸入信號和基準信號；圖6示出了當圖5的 波形中的正波周期放大信號大于或等于正波周期基準電壓信號時，從正波周期比較器輸出 的脈沖信號的波形。在圖5中，可以確定由符號C0MP_mi表示的正波周期比較器(參考圖1的附圖標 記203)的輸入信號的波形代表了交流電流波形，諸如圖中所示出的依賴于時間變化的正 弦波，而由符號C0MP_REF1表示的正波周期比較器(參考圖1的附圖標記203)的基準電壓 信號的波形代表了交流電流波形，諸如依賴于時間變化的正弦波。在圖5中，正波周期比較 器(參考圖1的附圖標記203)在一段時間輸出如圖6所示的脈沖信號，從而由符號C0MP_ INl表示的正波周期比較器(參考圖1的附圖標記203)的輸入信號，即正波周期放大電壓 信號大于由符號C0MP_REF1表示的正波周期比較器的基準電壓信號的值。在圖1中，連接到全波放大器202、205的輸出端的負波周期比較器204將全波放 大器202、205提供的正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，并在負波 周期放大信號大于或等于負波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號。在圖1中，連接到正波周期比較器203和負波周期比較器204的輸出端的組合電 路206將從正波周期比較器203輸出的脈沖信號和從負波周期比較器204輸出的脈沖信號 進行組合，以輸出全波組合信號。
在圖1中，連接到比較驅動電路段208和比較器208a的第二基準電壓生成電路段 209生成基準電壓信號，該基準電壓信號用于確定對應于受檢測的AC輸入電流的輸入電壓 信號的正常或異常，以向比較器208a提供相關基準電壓信號。在輸出作為從組合電路206輸出的脈沖信號的全波組合信號的時間段期間，連接 到組合電路206的輸出級的電容器(CH)充電，以提供充電電壓。連接到第二基準電壓生成電路段209和電容器(CH)的比較驅動電路段208可包 括比較電路段208a和驅動電路段208b。比較驅動電路段208利用比較電路段208a對由 電容器提供的充電電壓和由第二基準電壓生成電路段209提供的基準電壓信號進行比較， 并在充電電壓大于或等于基準電壓信號時輸出用于驅動驅動電路段208b的驅動信號。當 充電電壓大于或等于基準電壓信號時驅動電路段208b響應來自比較電路段208a的驅動信 號，并最終輸出一控制操作斷路器到電路斷開位置的信號。控制信號接通半導體開關(SCR) 以磁化脫扣線圈300a，由此通過上述的電樞(未示出)觸發開關機構300b以被驅動到電路 斷開位置(脫扣位置)。結果，開關機構300b被驅動到電路斷開位置(脫扣位置)以斷開 電路，從而可以保護電力負載設備和電路線不受損害。異常電流檢測電路200可進一步包括溫度補償恒定電壓電路段201和溫度補償電 流源電路207。溫度補償恒定電壓電路段201作為將直流電供應到組成元件的電路，可以構造為 包括恒定電壓電路、具有負溫度系數的開關元件、電阻器和具有正溫度系數的開關元件。溫 度補償恒定電壓電路段201可將預定偏置電壓BG供應到圖2和圖3所示的電路中的晶體 管Q5、Q6、Q7、Q8的基級。在組合電路206輸出作為脈沖信號的組合信號的同時，連接在電容器CH和組合電 路206之間的溫度補償電流源電路207將溫度補償電流作為充電電流供應到電容器CH中。 以下將結合圖3額外描述溫度補償電流源電路207的詳細配置和操作，圖3是根據本發明 實施例的圖1的溫度補償電流源的詳細電路圖。溫度補償電流源電路可配置為包括電流源IBP、負溫度系數電路段QP1、QP2、QP3， 以及正溫度系數電路段RP、QP4。溫度補償電流源電路可配置為進一步包括第七晶體管Q7 和第八晶體管Q8，第七晶體管Q7和第八晶體管Q8用于執行開關功能以控制驅動負溫度系 數電路段QP1、QP2、QPQ3，以及正溫度系數電路段RP、QP4。負溫度系數電路段QP1、QP2、QP3可配置有連接在電流源IBP和電容器CH之間具 有負溫度系數的晶體管QP1、QP2、QP3。并聯連接到負溫度系數電路段QP1、QP2、QP3的正溫度系數電路段RP、QP4可配置 為包括電阻器RP和具有正溫度系數的晶體管QP4。以下將結合圖3和圖7描述溫度補償電流源電路207的操作。參考圖7，流經正溫度系數電路段(RP、QP4)的電流示出線性波形，其中，如由符號 M*I_PTC所表示的點線波形示出的其電流值隨著溫度的增加而增加。相反地，流經負溫度系 數電路段QP1、QP2、QP3的電流示出負溫度系數，其中，如由符號N*I_NTC所表示的實線波 形示出的其電流值隨著溫度的增加而減小。此時，供應到電容器CH的溫度補償電流源電路 207的合成輸出電流將根據曲線波形供應到電容器CH，如圖7中的符號I_CH所示，所述曲 線波形根據溫度變化的變化是非常平滑的。
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在另一方面，以下將簡要地介紹安裝有根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測 電流和包括其的斷路器的電力電路的操作。受異常電流檢測的電路上的交流電從交流電(AC)電源100流入電力負載側。因 此，根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路和包括所述異常電流檢測電路的斷路器 (特別是漏電斷路器)安裝在從AC電源100到負載側的電路中，并且通過零相位變流器102 檢測漏電量。這里，零相位變流器102可包括芯和圍繞該芯纏繞的第二線圈，三相電路通過 該芯。當存在泄漏電流時，流經三相電路的電流總和具有非零值，從而感應出由流經三相電 路的合成電流量引起的感應電流，并將其輸出到第二線圈。將由零相位變流器102檢測并提供的AC漏電信號以通過濾波電路103移除高頻 噪聲的狀態輸出，并通過電阻器101轉化為AC輸入電壓信號，并輸出到根據本發明的用于 斷路器的異常電流檢測電路200。對于包括正波周期和負波周期的全波，輸入到根據本發明的用于斷路器的異常電 流檢測電路200中的AC輸入電壓信號輸出正波周期放大信號和正波周期基準電壓信號，使 得正波周期放大信號的電壓值和正波周期基準電壓信號的電壓值具有預定的差值，并且輸 出負波周期放大信號和負波周期基準電壓信號，從而負波周期放大信號的電壓值和負波周 期基準電壓信號的電壓值具有預定的差值。隨后，連接到全波放大器202、205的輸出端的正波周期比較器203對由全波放大 器202、205提供的正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，并且在正波 周期放大信號大于或等于正波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號。同時，連接到全波放大 器202、205的輸出端的負波周期比較器204對全波放大器202、205提供的負波周期放大電 壓信號和負波周期基準電壓信號進行比較，并在負波周期放大信號大于或等于負波周期基 準電壓信號時輸出脈沖信號。連接到正波周期比較器203和負波周期比較器204的輸出端的組合電路206將從 正波周期比較器203輸出的脈沖信號和從負波周期比較器204輸出的脈沖信號進行組合， 以輸出全波組合信號。隨后，連接到第二基準電壓生成電路段209和電容器(CH)的比較驅動電路段208 利用比較電路段208a對電容器所提供的充電電壓和第二基準電壓生成電路段209所提供 的基準電壓信號進行比較，并在充電電壓大于或等于基準電壓信號時輸出用于驅動驅動電 路段208b的驅動信號。當充電電壓大于或等于基準電壓信號時，驅動電路段208b響應來 自比較電路段208a的驅動信號，并最終輸出一控制操作斷路器到電路斷開位置的信號。該 控制信號接通半導體開關SCR以磁化脫扣線圈300a，由此通過上述電樞(未示出)觸發開 關機構300b以被驅動到電路斷開位置(脫扣位置)。結果，開關機構300b被驅動到電路斷 開位置(脫扣位置)以斷開電路，從而可以保護電力負載設備和電路線不受損害。如上所述，根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路相對于溫度和處理速度 變動可提供可靠的異常電流檢測性能，從而可以獲得增強斷路器或使用該斷路器的漏電斷 路器的操作可靠性的效果。根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路可包括全波放大器，從而能快速檢 測異常電流的生成，而不管輸入到變流器中的電流檢測信號是否為正波周期或負波周期， 由此獲得保護電力負載設備和電路不受損害的效果。
根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路，將輸入的AC輸入電壓信號進行 放大以用作比較器的輸入電壓信號，并且還使用具有與輸入到分壓器電路中的AC輸入電 壓信號的電壓值不同的預定值的比較器的基準電壓信號，由此獲得生成斷路信號以可靠地 驅動脫扣線圈而不會隨過程或溫度的變化而敏感變化的效果。根據本發明的用于斷路器的異常電流檢測電路，在電容器的充電電路中，通過包 括具有負溫度系數的電路段和具有正溫度系數的電路段的溫度補償電流源電路供應電容 器充電電流，因此，供應了具有負溫度系數的電路段和具有正溫度系數的電路段的組合輸 出電流，該組合輸出電流幾乎不隨溫度變化而變化，從而具有確保依賴溫度變化的異常電 流檢測電路的操作特性更可靠的效果。
權利要求
一種用于斷路器的異常電流檢測電路，包括全波放大器，其用于放大對應于受檢測的全波AC輸入電流的交流(AC)輸入電壓信號，輸出正波周期放大電壓信號和負波周期放大電壓信號，并生成相對于經放大的AC輸入電壓信號具有預定差值的正波周期基準電壓信號和負波周期基準電壓信號；正波周期比較器，其連接到全波放大器的輸出端，以對全波放大器提供的正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，并在正波周期放大電壓信號大于或等于正波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號；負波周期比較器，其連接到全波放大器的輸出端，以對全波放大器提供的負波周期放大電壓信號和負波周期基準電壓信號進行比較，并在負波周期放大電壓信號大于或等于負波周期基準電壓信號時輸出脈沖信號；組合電路，其連接到正波周期比較器和負波周期比較器上，以對從正波周期比較器輸出的脈沖信號和從負波周期比較器輸出的脈沖信號進行組合，從而輸出全波組合信號；基準電壓生成器，其用于生成基準電壓信號以確定對應于受檢測的AC輸入電流的輸入電壓信號的正常或異常；電容器，其連接到組合電路的輸出級，以在輸出從組合電路中輸出的脈沖信號的時間段期間充電；以及比較驅動電路段，其連接到基準電壓生成器和電容器上，以對電容器提供的充電電壓和基準電壓生成器提供的基準電壓信號進行比較，并在充電電壓大于或等于基準電壓信號時輸出一控制驅動斷路器到電路斷開位置的信號。
2.如權利要求1所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，其中所述正波周期放大器包括正波周期放大電路段，其用于輸入對應于受檢測的全波AC輸入電流的AC輸入電壓信 號，并放大輸入電壓信號的正波周期輸入電壓信號，以輸出正波周期放大電壓信號；負波周期放大電路段，其用于放大輸入電壓信號的負波周期輸入電壓信號，以輸出負 波周期放大電壓信號；正波周期基準電壓生成電路段，其用于基于輸入電壓信號的正波周期輸入電壓信號生 成正波周期基準電壓信號；以及負波周期基準電壓生成電路段，其用于基于輸入電壓信號的負波周期輸入電壓信號生 成負波周期基準電壓信號。
3.如權利要求2所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，其中所述正波周期放大電路 段和所述負波周期放大電路段分別包括差分放大電路；以及包括半導體開關和電阻器的電平移動電路。
4.如權利要求2所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，其中所述正波周期基準電壓 生成電路段和負波周期基準電壓生成電路段分別包括分壓器電路段，其具有與從正波周期放大電路段或負波周期放大電路段輸出的正波周 期放大信號或負波周期放大信號的電壓值不同的預定值。
5.如權利要求4所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，其中所述正波周期基準電壓 生成電路段和負波周期基準電壓生成電路段交叉地連接到負波周期放大電路段和正波周期放大電路段，由此允許正波周期基準電壓生成電路段連接到負波周期放大電路段，并允 許負波周期基準電壓生成電路段連接到正波周期放大電路段。
6.如權利要求1所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，進一步包括溫度補償電流源電路，其連接在組合電路的輸出級和電容器之間，以在組合電路輸出 脈沖信號時將溫度補償電流作為充電電流供應到電容器。
7.如權利要求6所述的用于斷路器的異常電流檢測電路，其中所述溫度補償電流源單 元包括電流源；負溫度系數電路段，其連接在電流源和電容器之間以具有負的溫度系數；以及正溫度系數電路段，其并聯到負溫度系數電路段以具有正的溫度系數。
8.一種用于斷路器的異常電流檢測電路，其中受檢測的全波AC輸入信號被放大并輸 出分別作為正周期波和負周期波，且分別與正波周期基準信號和負波周期基準信號進行比 較，并且當經放大并輸出的信號大于或等于基準信號時，通過輸出脈沖信號而輸出用于操 作斷路器的控制信號。
全文摘要
本發明公開一種用于斷路器的異常電流檢測電路，其包括全波放大器；正波周期比較器，用于對正波周期放大電壓信號和正波周期基準電壓信號進行比較，以輸出脈沖信號；負波周期比較器，用于對負波周期放大電壓信號和負波周期基準電壓信號進行比較，以輸出脈沖信號；組合電路，用于對從正波周期比較器和負波周期比較器輸出的脈沖信號進行組合，以輸出全波組合信號；基準電壓生成器，用于生成基準電壓信號；以及比較驅動電路段，用于對組合信號和基準電壓信號進行比較，以當組合信號大于或等于基準電壓信號時輸出一控制驅動斷路器到電路斷開位置的信號。
文檔編號H02H3/08GK101924342SQ20101018510
公開日2010年12月22日 申請日期2010年5月20日 優先權日2009年5月21日
發明者宣鐘局 申請人:Ls產電株式會社