传统的漏电保护器的原理框图，通常如图1所示。

传统的漏电保护器由漏电检测，漏电判断和脱扣机构组成，在有漏电流的时候，脱扣机构推动断路器脱扣。漏电检测是使用一个电流互感器来检测电流零线和火线中的电流向量和，正常情况下为零。当漏电流产生的时候就破坏了这种平衡，会在次级线圈上产生一个感应电流也就是剩余电流。此电流经过漏电检测及驱动芯片确认漏电流超过设定的阀值以后，就会给开关器件比如图中给出的晶闸管发出触发信号，让其导通。这时流过脱扣线圈电流产生的电磁力驱动机械装置使断路器迅速断开主电，以达到对后级的保护作用。此设计还有一个手动测试回路，需要定期通过按测试按钮对产品功能进行验证，以保证全部功能正常。

如果在检测间隔期间，产品如果出现了故障，由于没有自动检测及报警功能，产品故障可能始终存在，因此风险也就一直存在。当漏电来临的时候，此漏电保护器不能脱扣，这就可能导致危险发生。还有的时候，如果进线电压过高或者过低可能损坏用电设备，基于这种情况，通过增加故障报警功能和过压、欠压保护功能的多功能漏电保护器可以有效解决这些问题。

通过分析对传统设计的分析和公司历史数据的积累，主要的故障点有三个分别是脱扣线圈故障导致得无法脱扣，比如线圈烧坏；机械故障导致得无法脱扣，比如触头粘连；还有就是内部电源问题导致得无法脱扣。本文设计多功能漏电护开关针对这三种主要问题进行故障检测并报警，及时提供产品的应用状态，同时还加入了过压欠压保护用以保护后级设备。

电路设计框图如图2所示。此设计是在原来电路的基础上增加了过压欠压保护功能和故障检测功能。其中故障检测分别是机械故障检测，脱扣线圈检测或者直流电源电路检测。其中有任一个功能有故障出现的时候，报警装置就会发出报警信息。其中为减少机械故障报警功能的误报，增加一个计数器来设定漏电出现的次数，只有漏电超过了次数才会发出报警。

互感器，漏电检测，断路器，脱扣线圈、脱扣器和脱扣开关是传统漏电保护器的器件。过压、检测欠压检测，电源检测，脱扣线圈检测和机械故障检测是本设计中新增加的部分，用来实现故障自检和欠压、过压保护的功能。故障报警包含了LED灯故障指示和蜂鸣器的功能，在有故障的时候能够及时把故障信息传递出去。

图3画出了产品的工作流程。使用前需要先设置机械故障次数和是否使用欠压和过压功能。然后合闸，内部电路就会检测有没有过压、欠压和漏电发生，如果有的就直接脱扣，这是正常情况。从这里也可以看出异常脱扣的情况是并列的，任何一个出问题都会让产品脱扣，以保护后级。如果不脱扣，那么机械故障次数计数器就会进行累加，当超过设置的报警阈值的时候，发出报警信号，同时会锁死脱扣线圈开关的触发信号，以防止开关频繁打开而烧坏开关器件。在没有漏电故障，欠压或者过压的时候，电路会检测脱扣线圈和电源是否正常，如果有故障就直接报警，此时不会导致脱扣产生。

本设计的IC使用的是常用的逻辑器件，机械故障计数器是使用的74ALS169，它是一个异步16进制可保持计数器，功能简单，成本低廉，此处用于漏电次数检测。由于计数是从零开始，因此设计中是把预置数都接零，只需要把机械故障检测的信号作为其时钟输入，每一次时钟触发，计数器就会增加1，对于正常的断路器开断，由于这个漏电电路也会断电，计数器就会被清零，上电以后可以重新开始计数。

根据框图中所介绍的功能，下面分别来介绍各个模块的具体电路功能设计。按照模块功能分别介绍机械故障检测，脱扣线圈检测，直流电源检测，过压、欠压检测和故障报警指示电路。第一个是介绍机械故障检测功能，其设计电路图如图4所示。

机械故障检测回路本设计的第一个核心，包含了机械故障11-12的信号识别和故障次数统计，此功能目的是为了保证在有脱扣信号的时候，产品能正常分合，没有机械问题。图中由稳压二极管D5，电阻R6，电压检测芯片VD1，计数器U2，拨码开关S1和三极管Q1组成。R6和D5用来感应脱扣线圈是否有电流流过，其中D5是为了保证采集到的电压不能过高，否则电压检测芯片就被烧坏了。VD1是电压检测芯片，当在R6上检测到电压的时候，会输出信号给计数器U2。

当电压检测芯片检测到一次电压的时候，也就表明发生了一次漏电故障，此时晶闸管Q2导通，线圈有电流通过，正常情况下，机构应该脱扣，后级断电，机械没有故障，计数器不会计数。如果发生了机械故障，此时不能脱扣，那么电压检测芯片把检测到的电压信号输入给计数器的时钟引脚，那么计数器就计1，当计数达到超过阈值的时候，就会报警，提醒用户进行检修，否则就可能会因产品失效造成脱口线圈损坏或者人员触电事故。

阈值的设置是通过把计数器的输出端连接到一个拨码开关上实现的，这样根据灵敏度可以设置阈值为一次，二次，四次或者八次，超过设定的次数才会给报警装置发出指令。正常情况下，有漏电没有机械故障，那么断路器可以脱扣，此部分电路也就不会计数，始终在待机检测状态。如果有了机械故障，计数器记录漏电电流的次数，到达设定的门限值以后，就发出报警指令。

第二个检测回路是脱扣机构13-14检测，如图5所示。

也即容易损坏的脱扣线圈的检测，其由脱扣线圈L1，电阻R7，R10，二极管D6-D8，电容C6，和三极管Q3组成，R7用来限制通过线圈的电流，然后经过D7以后由D8进行稳压。稳压是为了保证Q3的基极电压不至于过高，而烧坏三极管器件。脱扣线圈正常的时候，电流流过脱扣线圈，经过D6和R7，在C6上维持高电平，那么Q3不会导通，报警指示灯D9不会亮，产品不会因此而报警。当脱扣线圈烧坏不通的时候，那么C6上就没有了高电平，此时Q3此时导通，报警指示灯同时会亮。

第三个检测回路是直流电源功能检测，由电阻R13和三极管Q4组成，在VCC电源没有故障正常输出的时候，Q4不通，报警灯D9不会亮，当VCC没有了，那么三极管Q4导通，报警指示灯就会跟着亮起来。这三个检测回路是并列存在的，其中第二和第三个检测回路只要出现故障，产品就会报警，一旦这两个回路出现问题，产品就不能工作了。

除了上面的自检功能，本设计还加入了欠压过压保护脱扣功能，电路如图6所示。

本例中报警指示是以LED指示灯加蜂鸣器的方式实现的。蜂鸣报警13-16电路充分利用了过、欠压保护功能中的逻辑门电路。如图7所示。