CN102866324B - 输出通道漏电流检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输出通道漏电流检测电路，包括：漏电流检测电阻、正常电流输出稳压管、检测电路阈值调整稳压管、检测电路限流电阻、和检测输出隔离器件，所述漏电流检测电阻串联接入输出通道回路中；正常电流输出稳压管与漏电流检测电阻并联连接；检测电路阈值调整稳压管、检测电路限流电阻、和检测输出隔离器件串联连接后与漏电流检测电阻并联连接。本发明电路设计简单，只采用少数种类的元件，低成本。电路所占体积（面积）小，十分适合应用于多输出通道的系统中，电路的漏电流检测阈值易于调整，可调整稳压管及电阻来调节电路对毫安级电流的灵敏度，本电路对输出电路的分压取决于稳压管的稳压值和光耦的正向工作电压，在主干路正常输出较大电流时，其压降最大不会超过稳压管的稳压值。

Description

输出通道漏电流检测电路
技术领域
本发明涉及电子电路设计技术领域，具体是指一种应用于工业控制系统、安全信号系统等系统中的输出通道漏电流检测电路。
背景技术
在工业控制系统和安全信号系统（应用于航空电子、铁路信号、核电等行业）中，系统对受控设备的控制通常通过输出通道来完成，控制器通过开关输出通道来实现对外部受控信号的开启和关闭。
如图1所示，是常见的一种输出通道电路设计结构，该电路由控制器1、固体继电器2、漏电流回检电路3三部分组成。由于固体继电器2有潜在的关断阻抗变小故障模式。在这种故障模式下，即使关闭输出通道，输出通道上也会有一定大小的电流输出，这种在通道关闭时仍然存在的电流称为漏电流。
在工业控制系统和安全信号系统中，往往需要防范这种漏电流输出，保证漏电流输出不超过设定的阈值，否则可能导致错误的输出而造成严重后果。因而图1所示的输出通道电路设计结构中必须包含其中漏电流回检电路3的部分，用于及时发现输出通道的漏电流故障并及时报警和维护。
漏电流检测电路通常需要有较高的灵敏度以检测毫安（mA）级的小电流；同时漏电流检测电路需要具有良好的隔离性能以满足应用的需要。目前，公知的漏电流检测电路（如电流感应线圈漏电流检测电路等）往往有电路复杂、所占体积（或面积）大、成本高等缺点。同时，当主干路正常输出电流时，部分漏流检测电路还存在对正常输出电压分压较大的缺点。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种输出通道漏电流检测电路，它可以进行毫安级漏电流的可靠检测，同时满足电路体积小、结构较简单和较低成本的要求。
为了解决以上技术问题，本发明提供了一种输出通道漏电流检测电路，包括：漏电流检测电阻、正常电流输出稳压管、检测电路阈值调整稳压管、检测电路限流电阻、和检测输出隔离器件，所述漏电流检测电阻串联接入输出通道回路中；正常电流输出稳压管与漏电流检测电阻并联连接；检测电路阈值调整稳压管、检测电路限流电阻、和检测输出隔离器件串联连接后与漏电流检测电阻并联连接。
本发明的有益效果在于：电路设计简单，只采用少数种类的元件，低成本。电路所占体积（面积）小，十分适合应用于多输出通道的系统中，电路的漏电流检测阈值易于调整，可调整稳压管及电阻来调节电路对毫安级电流的灵敏度，本电路对输出电路的分压取决于稳压管的稳压值和光耦的正向工作电压，在主干路正常输出较大电流时，其压降最大不会超过稳压管的稳压值。
正常电流输出稳压管和检测电路阈值调整稳压管可以采用一个或多个与电流方向反向的稳压管。
正常电流输出稳压管和检测电路阈值调整稳压管可以采用一个或多个的与电流方向正向的二极管。
正常电流输出稳压管和检测电路阈值调整稳压管可以采用一个或多个与电流方向反向的稳压管和一个或多个的与电流方向正向的二极管的组合。
所述检测输出隔离器件为固体继电器或者光耦隔离器件。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。
图1是一种常见的控制系统输出通道电路设计结构示意图；
图2是本发明的输出通道漏电流检测电路的原理图。
图3是本发明的一个实施例电路的原理图。
附图标记说明：1控制器，2固体继电器，3漏电流回检电路，4漏电流检测电阻，5正常电流输出稳压管，6检测电路阈值调整稳压管，7检测电路限流电阻，8检测输出隔离器件。
具体实施方式
本发明提供一种输出通道漏电流检测电路，该电路能够应用于包括但并不局限于安全信号系统、工业控制系统等领域。
本发明输出通道漏电流检测电路的技术方案是：如图2所示，由漏电流检测电阻4、正常电流输出稳压管5、检测电路阈值调整稳压管6、检测电路限流电阻7、和检测输出隔离器件8组成。
漏电流检测电阻4串联接入输出通道回路中；正常电流输出稳压管5与漏电流检测电阻4并联连接；检测电路阈值调整稳压管6、检测电路限流电阻7、和检测输出隔离器件8串联连接后与漏电流检测电阻4并联连接。
根据设计参数的需要，正常电流输出稳压管5和检测电路阈值调整稳压管6可以采用多种不同的实现方法。采用一个或多个与电流方向反向的稳压管、或者采用一个或多个的与电流方向正向的二极管、或者采用前二者的组合。输出隔离器件8为固体继电器或者光耦隔离器件。
如图2所示的输出通道漏电流检测电路，所需检测的漏电流阈值为I0；漏电流检测电阻4的阻值为R4；正常电流输出稳压管5的导通电压阈值为U5；检测电路阈值调整稳压管6的导通电压阈值为U6；检测电路限流电阻7的阻值为R7；输出隔离器件8的导通电压阈值为U8，导通电流为I8；另外，输出通道开始启时的正常输出电流大于IN，各模块之间的参数满足以下关系：
在关闭输出通道时（参考图1，关闭固体继电器2的使能），检测电路对输出通道的漏电流状态进行检测。如果输出通道的漏电流大于等于I0，由图2以及可知，流过输出隔离器件8的电流大于等于其导通电流I8，那么检测电路的电流检测信号输出有效电平；反之，如果输出通道的漏电小于I0，则流过输出隔离器件8的电流小于其导通电流I8，检测电路的电流检测信号输出无效电平。这样就实现了漏电流检测的功能。
在打开输出通道时（参考图1，开启固体继电器2的使能），不需要漏电流检测（漏电流只对通道关闭的情况有意义）。通道输出电流大于IN，由图2以及可知，正常电流输出稳压管5导通。因而通道输出电流大于IN的部分都由正常电流输出稳压管5流出去。此分析表明，本发明漏电流检测电路，在输出通道打开时不影响通道电流的正常输出。
设计中通过器件选型来调整各模块的参数，就能够调整电路的漏电流检测阈值I0，以及调整输出开启或者关闭时流过检测电路阈值调整稳压管6、检测电路限流电阻7、和检测输出隔离器件8的电流最大值。
下面结合图3本发明一个实施例电路的原理图，对本发明做进一步说明。
该实施例针对输出通道采用的PVX6012PBF型固体继电器在关闭时可能存在的漏电流输出进行检测。在该实施例中，采用2.49kΩ电阻作为漏电流检测电阻；采用6.2V稳压管作为正常电流输出稳压管，两个6.2V稳压管并联用于电流分流避免单个器件的功率过大；采用5.1V稳压管作为检测电路阈值调整稳压管；采用221Ω电阻作为检测电路限流电阻；采用HCPL4701#300型光耦器作为检测输出隔离器件。
考虑输出通道关闭的情况，输出控制信号为低电平，PVX6012PBF型固体继电器关闭。当输出通道中的漏电流大于等于阈值（约2.4mA）时，漏电流回检信号有效（输出低电平）；当输出通道中的漏电流小于阈值（约2.4mA）时，漏电流回检信号无效（输出高电平）。
本发明并不限于上文讨论的实施方式。以上对具体实施方式的描述旨在于为了描述和说明本发明涉及的技术方案。基于本发明启示的显而易见的变换或替代也应当被认为落入本发明的保护范围。以上的具体实施方式用来揭示本发明的最佳实施方法，以使得本领域的普通技术人员能够应用本发明的多种实施方式以及多种替代方式来达到本发明的目的。

Claims (5)

1.一种输出通道漏电流检测电路，输出通道包括控制器、固体继电器和漏电流检测电路，所述控制器控制所述固体继电器的关断或导通，所述固体继电器导通时电源输入端连接到电流输出端，所述固体继电器关断时电源输入端和电流输出端的连接断开，其特征在于，所述漏电流检测电路包括：漏电流检测电阻(4)、正常电流输出稳压管(5)、检测电路阈值调整稳压管(6)、检测电路限流电阻(7)和检测输出隔离器件(8)；
所述漏电流检测电阻(4)串联接入输出通道回路中；
正常电流输出稳压管(5)与漏电流检测电阻(4)并联连接；
检测电路阈值调整稳压管(6)、检测电路限流电阻(7)和检测输出隔离器件(8)串联连接后与漏电流检测电阻(4)并联连接；
在所述固体继电器导通时，所述漏电流检测电阻(4)的两端的电压使所述正常电流输出稳压管(5)导通，所述正常电流输出稳压管(5)导通后所述漏电流检测电阻(4)的两端的电压由所述正常电流输出稳压管(5)的导通电压阈值决定，大于所述漏电流检测电阻(4)除所述正常电流输出稳压管(5)的导通电压阈值的电流由所述正常电流输出稳压管(5)流出；
在所述固体继电器关断时，所述漏电流检测电阻(4)的两端的电压使所述正常电流输出稳压管(5)断开以及使所述检测电路阈值调整稳压管(6)、所述检测电路限流电阻(7)和所述检测输出隔离器件(8)的串联路径导通，当输出通道的漏电流大于漏电流阈值时，所述检测输出隔离器件(8)的导通电流使所述检测输出隔离器件(8)的输出端输出的电流检测信号为有效电平；当输出通道的漏电流小于漏电流阈值时，所述检测输出隔离器件(8)的导通电流使所述检测输出隔离器件(8)的输出端输出的电流检测信号为无效电平。
2.如权利要求1所述的输出通道漏电流检测电路，其特征在于：正常电流输出稳压管(5)和检测电路阈值调整稳压管(6)采用一个或多个与电流方向反向的稳压管。
3.如权利要求1所述的输出通道漏电流检测电路，其特征在于：正常电流输出稳压管(5)和检测电路阈值调整稳压管(6)采用一个或多个的与电流方向正向的二极管。
4.如权利要求1所述的输出通道漏电流检测电路，其特征在于：正常电流输出稳压管(5)和检测电路阈值调整稳压管(6)采用一个或多个与电流方向反向的稳压管和一个或多个的与电流方向正向的二极管的组合。
5.如权利要求1所述的一种输出通道漏电流检测电路，其特征在于：所述检测输出隔离器件(8)为固体继电器或者光耦隔离器件。
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