一种漏电检测装置和充电设备的制作方法

1.本实用新型总地涉及漏电检测领域，更具体地涉及一种漏电检测装置和充电设备。


背景技术：

2.rcd(residual current device，剩余电流检测器件)是用来检测线路中的漏电电流大小的漏电检测装置。若线路中没有安装rcd，当有人或者动物接触到高电压时，会对地产生漏电电流，当漏电电流超过一定的阈值后，会造成人或动物的心脏的颤动，引起心脏骤停，进而造成生命危险。若线路中安装了rcd这样的漏电检测装置，当线路中存在泄漏电流、并且漏电电流信号的大小超过设定的阈值时，rcd就会发出报警信号给动作机构，触发动作机构去快速地分断线路，从而实现保护生命安全的目的。
3.动作机构的主要目的是用来分断后端供电的线路，当线路分断后，分断器后端将不存在电压和电流，从而实现保护的目的。rcd板载式的漏电模块目前广泛应用于充电桩和充电枪，其可以被直接安装在电路板上，当电动汽车进行充电时，rcd用于检测充电过程中漏电电流是否超过阈值，如果超过阈值，则rcd会发出报警信号给电路板中的其它器件，去执行停止充电的命令，并断开充电的线路，例如断开已闭合的继电器或断路器机构等。
4.目前，数字模式的rcd的使用越来越多，使得产品开发更简单，周期更短，研发投入更少。但是，开发周期短并不意味着可以降低对于可靠性的要求，特别是对于漏电保护装置这种涉及到人身安全保护的产品，必须要确保其可靠性。


技术实现要素：

5.在实用新型内容部分中引入了一系列简化形式的概念，这将在具体实施方式部分中进一步详细说明。本技术的实用新型内容部分并不意味着要试图限定出所要求保护的技术方案的关键特征和必要技术特征，更不意味着试图确定所要求保护的技术方案的保护范围。
6.本实用新型实施例一方面提供了一种漏电检测装置，所述漏电检测装置包括漏电电流感应器和连接所述漏电电流感应器的控制电路，所述漏电电流感应器用于感应漏电电流信号，所述控制电路包括：
7.漏电电流感应器，用于感应漏电电流信号；
8.比较电路，所述比较电路连接所述漏电电流感应器，用于将所述漏电电流信号与预设阈值进行比较，并在所述漏电电流信号大于或等于所述预设阈值时输出触发信号；
9.切换电路，连接所述比较电路，用于在接收到所述触发信号时，从第一状态切换至第二状态；
10.至少两个输出接口，连接所述切换电路，所述至少两个输出接口包括第一输出接口和第二输出接口，当所述切换电路置于第一状态下时，所述第一输出接口输出第一信号，所述第二输出接口输出第二信号，当所述切换电路置于第二状态下时，所述第一输出接口
输出第二信号，所述第二输出接口输出第一信号。
11.在一个实施例中，所述至少两个输出接口包括多组互斥输出接口，每组所述互斥输出接口为所述第一输出接口和所述第二输出接口的组合。
12.在一个实施例中，所述第一信号为低电平信号、所述第二信号为高电平信号，或者所述第一信号为高电平信号、所述第二信号为低电平信号。
13.在一个实施例中，所述第一信号为第一脉宽调制信号，所述第二信号为第二脉宽调制信号。
14.在一个实施例中，所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号具有不同的占空比。
15.在一个实施例中，所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号的占空比之和为100％。
16.在一个实施例中，所述装置还包括设置在所述漏电电流感应器和所述控制电路之间的采样电阻和振荡电路。
17.本实用新型实施例另一方面提供一种充电设备，所述充电设备包括上述漏电检测装置，以及连接所述漏电检测装置的动作机构，所述动作机构用于在所述漏电检测装置检测到漏电电流信号的大小大于预设阈值时分断供电线路。
18.本实用新型实施例的漏电检测装置和充电设备采用双路互斥接口，在正常工作状态下第一输出接口和第二输出接口始终处于互斥状态，若第一输出接口和第二输出接口处于非互斥状态则表示装置存在异常，从而提高了漏电检测装置的可靠性。
附图说明
19.通过结合附图对本技术实施例进行更详细的描述，本技术的上述以及其它目的、特征和优势将变得更加明显。附图用来提供对本技术实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本技术实施例一起用于解释本技术，并不构成对本技术的限制。在附图中，相同的参考标号通常代表相同部件或步骤。
20.图1是本实用新型一个实施例的漏电检测装置的电路图。
具体实施方式
21.在下文的描述中，给出了大量具体的细节以便提供对本实用新型更为彻底的理解。然而，对于本领域技术人员而言显而易见的是，本实用新型可以无需一个或多个这些细节而得以实施。在其他的例子中，为了避免与本实用新型发生混淆，对于本领域公知的一些技术特征未进行描述。
22.应当理解的是，本实用新型能够以不同形式实施，而不应当解释为局限于这里提出的实施例。相反地，提供这些实施例将使公开彻底和完全，并且将本实用新型的范围完全地传递给本领域技术人员。在附图中，为了清楚，层和区的尺寸以及相对尺寸可能被夸大。自始至终相同附图标记表示相同的元件。
23.应当明白，当元件或层被称为“在...上”、“与...相邻”、“连接到”或“耦合到”其它元件或层时，其可以直接地在其它元件或层上、与之相邻、连接或耦合到其它元件或层，或者可以存在居间的元件或层。相反，当元件被称为“直接在...上”、“与...直接相邻”、“直接
连接到”或“直接耦合到”其它元件或层时，则不存在居间的元件或层。应当明白，尽管可使用术语第一、第二、第三等描述各种元件、部件、区、层和/或部分，这些元件、部件、区、层和/或部分不应当被这些术语限制。这些术语仅仅用来区分一个元件、部件、区、层或部分与另一个元件、部件、区、层或部分。因此，在不脱离本实用新型教导之下，下面讨论的第一元件、部件、区、层或部分可表示为第二元件、部件、区、层或部分。
24.空间关系术语例如“在...下”、“在...下面”、“下面的”、“在...之下”、“在...之上”、“上面的”等，在这里可为了方便描述而被使用从而描述图中所示的一个元件或特征与其它元件或特征的关系。应当明白，除了图中所示的取向以外，空间关系术语意图还包括使用和操作中的器件的不同取向。例如，如果附图中的器件翻转，然后，描述为“在其它元件下面”或“在其之下”或“在其下”元件或特征将取向为在其它元件或特征“上”。因此，示例性术语“在...下面”和“在...下”可包括上和下两个取向。器件可以另外地取向(旋转90度或其它取向)并且在此使用的空间描述语相应地被解释。
25.在此使用的术语的目的仅在于描述具体实施例并且不作为本实用新型的限制。在此使用时，单数形式的“一”、“一个”和“所述/该”也意图包括复数形式，除非上下文清楚指出另外的方式。还应明白术语“组成”和/或“包括”，当在该说明书中使用时，确定所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除一个或更多其它的特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或组的存在或添加。在此使用时，术语“和/或”包括相关所列项目的任何及所有组合。
26.为了彻底理解本实用新型，将在下列的描述中提出详细的结构，以便阐释本实用新型提出的技术方案。本实用新型的优选实施例详细描述如下，然而除了这些详细描述外，本实用新型还可以具有其他实施方式。
27.目前的rcd(residual current device，剩余电流检测器件)有模拟形式，也有数字形式；模拟形式的rcd会直接输出漏电电流的波形和幅值大小，如果客户端的控制器需要知道漏电电流的波形信息和大小，就必须通过自身的adc(analog-to-digital converter，模数转换器)进行采样计算来确定，然后根据计算结果来判定是否进行线路的分断操作，这种方式会增加客户端的工作量，甚至会有比较高的emc(electronic magnetic compatibility，电磁兼容)风险。
28.而对于数字式的rcd来说，当漏电电流值达到其设定的阈值后，会直接输出数字式的高低电平信号(0或1)，客户端的控制器只需要识别高低电平信号即可执行响应的分断动作，这种方式方便简洁，易操作，减少了客户工作量，并降低了客户端的emc风险。
29.但是，研究发现，对于数字式单输出的rcd来说，虽然在器件运行正常时，动作输出引脚的功能也十分正常，但是当考虑到部分器件失效时，单输出模式的rcd有可能出现输出无法跳变的情况，从而造成客户整机失去了漏电保护功能，有可能出现触电事故。
30.针对该问题，一种解决方案是将输出接口设计为开漏输出，并外接上拉电阻，这样，无漏电发生的正常情况下，主控芯片会一直输出高电平，用以控制mos管导通，输出接口就是低电平；当有漏电发生时，主控芯片输出由高变低，这样mos管就不导通，接口就被上拉成高电平。
31.在这种方案中，由于主控芯片平时要输出高电平，一定程度验证了主控芯片工作状态。但如果主控芯片死机或者程序跑飞时输出的是高电平，那么mos管也会一直处于导通
状态，接口就会一直处于低电平，故而也无法在漏电发生时通过电平的变化而通知后端。另外，如果接口是由于对地短路而造成一直输出低电平，也同样无法在漏电发生时通过电平的变化而通知后端。也就是说，这种方案也没有完全杜绝因接口异常而导致的rcd在漏电发生时不动作的可能。
32.针对上述问题，本实用新型实施例提供了一种漏电检测装置和充电设备，在漏电检测装置中采用双路互斥接口，在正常工作状态下，第一输出接口和第二输出接口始终处于互斥状态，若第一输出接口和第二输出接口处于非互斥状态，则表示漏电检测装置存在异常，从而提高了漏电检测装置的可靠性。
33.下面结合附图，对本实用新型实施例的漏电检测装置和充电设备进行详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施方式中的特征可以相互组合。
34.参见图1，本实用新型实施例的漏电检测装置至少包括漏电电流感应器101和连接所述漏电电流感应器101的控制电路102，漏电电流感应器101用于感应漏电电流信号102，控制电路102包括：
35.比较电路，连接漏电电流感应器101，用于将漏电电流信号与预设阈值进行比较，并在漏电电流信号大于或等于预设阈值时输出触发信号；切换电路，连接比较电路，用于在接收到触发信号时，从第一状态切换至第二状态；至少两个输出接口，连接切换电路，至少两个输出接口包括第一输出接口103和第二输出接口104，当切换电路置于第一状态下时，第一输出接口103输出第一信号，第二输出接口104输出第二信号，当切换电路置于第二状态下时，第一输出接口103输出第二信号，第二输出接口104输出第一信号。
36.本实用新型实施例的漏电检测装置为数字式的漏电检测装置，其采用双路互斥输出接口，即第一输出接口103和第二输出接口104的输出始终呈相反的状态，未发生漏电时第一输出接口103始终输出第一信号，第二输出接口104始终输出第二信号，发生漏电时第一输出接口103输出第二信号，第二输出接口104输出第一信号，但无论是否发生漏电，第一输出接口103和第二输出接口104均保持在互斥状态。若第一输出接口103和第二输出接口104的输出呈现为非互斥状态，则表示漏电检测装置存在异常，例如接口异常或主控芯片异常，从而确保装置出现异常时，客户端能及时判断出此异常，并及时更换功能正常的漏电检测装置，还能够确保主控芯片死机或者程序跑飞时，客户能及时判断出此异常，并及时进行系统重置。
37.本实用新型实施例的漏电检测装置可以采用磁通门技术，其中的漏电电流感应器101可以采用zct(zero current transformer，零序电流互感器)。参见图1，零序电流互感器的一次侧三相导线穿过铁芯，二次线圈绕在铁芯上。正常情况下，零序电流互感器的一次侧三相电流对称，向量和为零。当系统发生单相接地故障时，三相电流之和不为零，铁芯中出现零序磁通，该磁通在二次线圈上感应出电势，并产生二次电流。
38.进一步地，本实用新型实施例的漏电检测装置可以采用b型漏电检测装置，使其既能够检测交流漏电和脉动直流漏电，又具有检测2p-dc(两相整流)、3p-dc(三相整流)、s-dc(平滑直流)以及f型(10hz、50hz、1000hz)复合波的能力。
39.具体地，在b型漏电检测装置中，还包括设置在漏电电流感应器101和控制电路102之间的采样电阻105，控制电路102通过采样电阻105获得漏电电流信号。以及，还包括设置在漏电电流感应器101和控制电路102之间的振荡电路(osc)，控制电路102通过振荡电路对
零序电流互感器施加激励电流，以驱动zct线圈，使得其磁芯磁化，同时，控制电路102通过检测采样电阻105上的电压可以获得包含激励电压波形在内的波形信号电压信息，该电压信息同样包含了零序磁通的信息；通过滤波器滤除激励波形的信息，就可以获得零序磁通的信息，由于零序磁通是由漏电电流产生的，因此可以获得漏电电流的信息，实现交直流漏电电流检测的功能。
40.进一步地，所述漏电检测装置可以采用开环式或闭环式的激励方式。开环式的激励方式中的激励频率由振荡电路产生，振荡的频率根据不同互感器的特性和驱动电流信号的大小来综合决定，激励频率一旦确定随即固定，无法在应用的过程中随意的修改激励频率。闭环式的激励方式中激励频率与zct互感器的匝数、bm、线圈激励电压、截面积ac等特性参数有关，通过将采样电阻105上产生的电压与比较器预先配置的电压相比较，产生反馈信号，并将反馈信号反馈给控制电路102中的激励电路，去调整激励电流的频率，直到电路处于稳定状态，则此时激励频率也趋于稳定。
41.需要说明的是，本实用新型实施例所采用的漏电电流检测器不限于采用磁调制技术的zct，例如还可以采用霍尔的方式或其他任何合适的方式实现漏电电流感应的功能。
42.漏电电流感应器101连接控制电路102，控制电路102可以实现为mcu(微控制单元)，也可以实现为具有类似功能的其它控制单元或者电路。控制电路102包括比较电路、切换电路和至少两个输出接口，输出接口至少包括互斥的第一输出接口103和第二输出接口104。当漏电电流信号大于或等于预设阈值时，比较电路输出触发信号，切换电路从第一状态切换至第二状态。当切换电路置于第一状态下时，第一输出接口103输出第一信号，第二输出接口104输出第二信号，当切换电路置于第二状态下时，第一输出接口103输出第二信号，第二输出接口104输出第一信号。根据第一输出接口103和第二输出接口104的输出信号，客户端既能够判断是否发生漏电，也能够判断漏电检测装置是否存在异常。
43.在一个实施例中，第一信号和第二信号分别为高低电平信号，即第一信号为低电平信号、第二信号为高电平信号，或者第一信号为高电平信号、第二信号为低电平信号。在正常情况下，第一输出接口103输出低电平信号，第二输出接口104输出高电平信号，漏电保护动作时，第一输出接口103的输出信号由低电平信号变为高电平信号，第二输出接口104的输出信号由高电平信号变为低电平信号。即漏电检测装置正常工作时，两个输出接口的输出始终呈现互斥状态。
44.在该实施例中，切换电路可以包括第一mos管和第二mos管，分别连接第一输出接口103和第二输出接口104，无漏电发生的正常情况下，第一mos管导通，第一输出接口103输出低电平信号，第二mos管不导通，第二输出接口104输出就是高电平信号；当有漏电发生时，第一mos管不导通，第一输出接口103输出高电平信号，第二输出接口104导通，第二输出接口输出低电平信号。
45.除了高低电平信号以外，第一信号和第二信号也可以是其他类型的互斥信号。例如，第一信号和第二信号可以是pwm(脉宽调制)信号，即第一信号为第一脉宽调制信号，第二信号为第二脉宽调制信号，切换电路包括两个用于输出不同脉宽调制信号的模数转换电路。其中，第一脉宽调制信号和第二脉宽调制信号具有不同的信号特征，例如，第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号具有不同的占空比。示例性地，第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号的互斥形式为第一脉宽调制信号与第二脉宽调制信号的占空比之和为100％，例
如，第一脉宽调制信号的占空比为60％，第二脉宽调制信号的占空比为40％，当无漏电发生时，第一输出接口103输出一路占空比为60％的pwm信号，第二输出接口104输出一路占空比为40％的pwm信号；当发生漏电时，第一输出接口103输出一路占空比为40％的pwm信号，第二输出接口104输出一路占空比为60％的pwm信号，即两路信号的占空比之和始终为100％，据此可以判断漏电检测装置是否正常工作。
46.在一个实施例中，至少两个输出接口包括多组互斥输出接口，每组互斥输出接口为上述第一输出接口和第二输出接口的组合，即多个互斥输出接口两两互斥，从而进一步提高装置的可靠性。不同组互斥输出接口输出的信号类型可以相同，也可以不同。例如，每组互斥输出接口均分别输出高电平信号或低电平信号。或者，其中至少一组互斥输出接口分别输出高电平信号和低电平信号，其他的至少一组互斥输出接口分别输出具有不同的占空比的脉宽调制信号。
47.示例性地，除了第一输出接口103和第二输出接口104以外，控制电路102还可以包括电源vcc接口、gnd接口等，在此不做详细描述。
48.基于以上描述，根据本实用新型实施例的漏电检测装置采用双路互斥接口，在正常工作状态下第一输出接口和第二输出接口始终处于互斥状态，若第一输出接口和第二输出接口处于非互斥状态则表示装置存在异常，从而提高了漏电检测装置的可靠性。
49.本实用新型实施例还提供一种充电设备，包括如上所述的漏电检测装置和连接所述漏电检测装置的动作机构，动作结构用于在漏电检测装置检测到漏电电流信号的大小大于预设阈值时分断供电线路。本实用新型实施例的充电设备可以实现为充电桩、充电枪等用于为车辆充电的充电设备，漏电检测装置可以为板载式的漏电检测装置，其可以直接安装在充电设备的pcb板上，当充电设备为电动汽车进行充电时，漏电检测装置可以用来检测充电过程中漏电电流的大小是否超过阈值，在漏电电流的大小超过阈值时向pcb板上的mcu或者其它器件发出报警，以执行停止充电的命令，并断开充电线路，例如断开已闭合的继电器或者断路器机构等。
50.由于本实用新型实施例的充电设备包括上述漏电检测装置，该漏电检测装置具有较高的可靠性，因而保证了充电设备的安全性。
51.在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本实用新型的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。
52.类似地，应当理解，为了精简本实用新型并帮助理解各个实用新型方面中的一个或多个，在对本实用新型的示例性实施例的描述中，本实用新型的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该本实用新型的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本实用新型要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如相应的权利要求书所反映的那样，其实用新型点在于可以用少于某个公开的单个实施例的所有特征的特征来解决相应的技术问题。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本实用新型的单独实施例。
53.本领域的技术人员可以理解，除了特征之间相互排斥之外，可以采用任何组合对本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的所有特征以及如此公开的任何方法
或者设备的所有过程或单元进行组合。除非另外明确陈述，本说明书(包括伴随的权利要求、摘要和附图)中公开的每个特征可以由提供相同、等同或相似目的替代特征来代替。
54.此外，本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本实用新型的范围之内并且形成不同的实施例。例如，在权利要求书中，所要求保护的实施例的任意之一都可以以任意的组合方式来使用。
55.应该注意的是上述实施例对本实用新型进行说明而不是对本实用新型进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。本实用新型可以借助于包括有若干不同元件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
56.以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式或对具体实施方式的说明，本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的本领域技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

技术特征：
1.一种漏电检测装置，其特征在于，所述漏电检测装置包括漏电电流感应器和连接所述漏电电流感应器的控制电路，所述漏电电流感应器用于感应漏电电流信号，所述控制电路包括：比较电路，连接所述漏电电流感应器，用于将所述漏电电流信号与预设阈值进行比较，并在所述漏电电流信号大于或等于所述预设阈值时输出触发信号；切换电路，连接所述比较电路，用于在接收到所述触发信号时，从第一状态切换至第二状态；至少两个输出接口，连接所述切换电路，所述至少两个输出接口包括第一输出接口和第二输出接口，当所述切换电路置于第一状态下时，所述第一输出接口输出第一信号，所述第二输出接口输出第二信号，当所述切换电路置于第二状态下时，所述第一输出接口输出第二信号，所述第二输出接口输出第一信号。2.如权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，所述至少两个输出接口包括多组互斥输出接口，每组所述互斥输出接口为所述第一输出接口和所述第二输出接口的组合。3.如权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，所述第一信号为低电平信号、所述第二信号为高电平信号，或者所述第一信号为高电平信号、所述第二信号为低电平信号。4.如权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，所述第一信号为第一脉宽调制信号，所述第二信号为第二脉宽调制信号。5.如权利要求4所述的漏电检测装置，其特征在于，所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号具有不同的占空比。6.如权利要求5所述的漏电检测装置，其特征在于，所述第一脉宽调制信号与所述第二脉宽调制信号的占空比之和为100％。7.如权利要求1所述的漏电检测装置，其特征在于，还包括设置在所述漏电电流感应器和所述控制电路之间的采样电阻和振荡电路。8.一种充电设备，其特征在于，所述充电设备包括：如权利要求1至7中任意一项所述的漏电检测装置；以及，连接所述漏电检测装置的动作机构，用于在所述漏电检测装置检测到漏电电流信号的大小大于预设阈值时分断供电线路。

技术总结
一种漏电检测装置和充电设备，该漏电检测装置包括：漏电电流感应器，用于感应漏电电流信号；比较电路，连接漏电电流感应器，用于将漏电电流信号与预设阈值进行比较，并在漏电电流信号大于或等于预设阈值时输出触发信号；切换电路，连接比较电路，用于在接收到触发信号时，从第一状态切换至第二状态；至少两个输出接口，连接切换电路，包括第一输出接口和第二输出接口，当切换电路置于第一状态下时，第一输出接口输出第一信号，第二输出接口输出第二信号，当切换电路置于第二状态下时，第一输出接口输出第二信号，第二输出接口输出第一信号。若第一输出接口和第二输出接口处于非互斥状态则表示装置存在异常，从而提高了漏电检测装置的可靠性。置的可靠性。置的可靠性。


技术研发人员：杜明胜 徐首旗
受保护的技术使用者：上海盛位电子技术有限公司
技术研发日：2021.07.08
技术公布日：2022/3/8