CN103795027A - 一种漏电检测保护电路 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种漏电检测保护电路，包括：检测电路，用于检测电器中是否存在漏电电流，包括依次相连的电流互感器、第一限幅电路、第一滤波电路、电压跟随器和第二限幅电路；放大电路，与所述检测电路相连，用于放大检测到的漏电电流；比较分析电路，包括一窗口比较器，与所述放大电路相连，根据放大的漏电电流分析是否出现漏电电流过流；继电保护电路，与所述比较分析电路相连，用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器；指示电路，用于在出现漏电电流过流时进行指示。本发明通过检测电路、放大电路、比较分析电路和继电保护电路，可以灵敏可靠地检测到电器中漏电过流，所以本发明可解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。

Description

一种漏电检测保护电路

技术领域

本发明涉及电力电子器件技术领域，特别是涉及一种漏电检测保护电路。

背景技术

漏电是用电器外壳和市电火线间由于某种原因连通后和地之间有一定的电位差产生的。漏电产生的原因有：1、有些用电器采用的电路板自身有问题（电路板低压电路没和220V的交流电隔离，本身就带有市电），采用开关电源的电器多属这一种情况。如有些老式彩电，人一摸到天线就会有手麻的感觉，这就是天线和电路板相连产生的漏电。不过这些电对人没多大危险，因为电路板和市电间有一个阻值很大的电阻，产生的电流很小。2、即便是用电器的电路板本身没问题，但由于某些元件漏电（尤其是电容）或是由于电路板受潮、灰尘太多，也会出现漏电的现象，如有一些用电器外壳一开始不带电，但用了一段时间后又带电了，多属这种情况。

家用变频电器采用电力电子变换器后，会出现较强的漏电流问题，危害用电设备工作安全，同时也给操作人员或使用人员带来潜在的触电危险，为此必须进行漏电检测和防护。漏电流过大的原因包括：电力电子变换器到处都存在容性分布参数，而且电力电子变换器中功率工作在高频开关状态，特别容易产生漏电流过流状况，尤其到绝缘老化时更是如此。此外，当出现对地短路时，也会出现机壳和大地流过大电流，也必须采用综合漏电保护电路来检测和防护。

目前，市场上具有多种综合漏电保护电路，但是都存在灵敏度和可靠性差的问题，不太适合应用于变频家电。同时由于家电的设计制造必须通过3C认证，其中包括严格的安全认证，漏电流检测和保护是其中的重要一项指标，因而对漏电检测保护电路的灵敏度和可靠性的要求较高。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种漏电检测保护电路，用于解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种漏电检测保护电路，包括：检测电路，用于检测电器中是否存在漏电电流；放大电路，与所述检测电路相连，用于放大检测到的漏电电流；比较分析电路，与所述放大电路相连，根据放大的漏电电流分析是否出现漏电电流过流；继电保护电路，与所述比较分析电路相连，用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器。

可选地，所述检测电路包括依次相连的电流互感器、第一限幅电路、第一滤波电路、电压跟随器和第二限幅电路。

可选地，所述第一限幅电路包括并联的第一二极管和第二二极管；第一二极管的阴极和第二二极管的阳极与电流互感器的次级绕组的第一输出端相连，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极与电流互感器的次级绕组的第二输出端相连并连入接地端。

可选地，所述第一滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第一电容和第二电容；第一电阻和第二电阻的一端与次级绕组的第一输出端相连；第一电阻的另一端和第三电阻的一端连入接地端；第二电阻的另一端与第四电阻的一端以及第一电容的一端相连；第四电阻的另一端和第二电容的一端与电压跟随器的同相输入端相连；第三电阻的另一端与第一电容的另一端相连后分别与电压跟随器的反相输入端和输出端相连；第二电容的另一端连入接地端；所述第二限幅电路包括第三二极管和第四二极管；第三二极管的阳极和第四二极管的阴极与电压跟随器的输出端相连。

可选地，所述放大电路包括与检测电路相连的一运算放大器；所述运算放大器的反相输入端与电压跟随器的输出端相连，同时经第一分压电阻和第二分压电阻连入接地端；所述运算放大器的正相输入端连入接地端；所述运算放大器的输出端与比较分析电路的输入端相连，并经第二分压电阻连入接地端。

可选地，所述比较分析电路为一窗口比较器；所述窗口比较器包括第一集成运放器和第二集成运放器；第一集成运放器的反相输入端与所述放大电路中的运算放大器的输出端相连，正相输入端与第二集成运放器的正相输入端相连；第一集成运放器的正相输入端和第二集成运放器的正相输入端还与外围电路相连；第二集成运放器的反相输入端与第三滤波电路相连；第一集成运放器的输出端和第二集成运放器的输出端分别经第十三电阻和第十四电阻连接形成一比较输出端。

可选地，外围电路包括第十电阻和第十一电阻及第四电容；第十电阻的一端、第十一电阻的一端和第四电容的一端相连后与第一集成运放器的正相输入端和第二集成运放器的正相输入端相连；第十一电阻的另一端与第二集成运放器的反相输入端相连；第三滤波电路包括并联的第十二电阻和第五电容；第十二电阻的一端和第五电容的一端与第二集成运放器的反相输入端相连。

可选地，所述继电保护电路包括与所述比较分析电路相连的第一滞回比较器和与第一滞回比较器相连、用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器连接的继电器以及依次连接在第一滞回比较器和继电器之间的第一晶体管和第五二极管。

可选地，还包括与所述比较分析电路相连的指示电路，所述指示电路用于在出现漏电电流过流时进行指示；所述指示电路包括第四滤波电路、第二晶体管、第二滞回比较器、分压电路、驱动电路和发光二极管；第四滤波电路、第二晶体管的基极与所述比较分析电路的输出端相连；第二晶体管的集电极与第二滞回比较器的输出端和分压电路相连；驱动电路连接在分压电路和发光二极管之间。

可选地，所示指示电路还包括第二十电阻、第二十一电阻和第八电容，第二滞回比较器的反相输入端与第二十电阻的一端、第二十一电阻的一端和第八电容的一端相连；第二滞回比较器的正相输入端连接正电源。

如上所述，本发明的一种漏电检测保护电路，具有以下有益效果：

1、本发明通过检测电路、放大电路、比较分析电路和继电保护电路，可以灵敏可靠地检测到电器中漏电过流，所以本发明可解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。

2、本发明采用模块式设计结构，便于应用，降低设计时间。

3、本发明还具有电路结构简单、控制简便和成本低廉的优势。

附图说明

图1显示为本发明的一种漏电检测保护电路的结构示意图。

元件标号说明

1     检测电路

11    第一输出端

12    第二输出端

2     放大电路

3     比较分析电路

4     继电保护电路

5     指示电路

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效。

请参阅图1。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

目前多种综合漏电保护电路，都存在灵敏度和可靠性差的问题，不太适合应用于变频家电。本发明提供一种漏电检测保护电路，用于解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。以下将详细阐述本发明的一种漏电检测保护电路的原理及实施方式，使本领域技术人员不需要创造性劳动即可理解本发明的一种漏电检测保护电路。

如图1所示，本发明提供一种漏电检测保护电路，包括：检测电路1、放大电路2、比较分析电路3、继电保护电路4和指示电路5。

检测电路1，用于检测电器中是否存在漏电电流。所述检测电路1包括依次相连的电流互感器CT1、第一限幅电路、第一滤波电路、电压跟随器和第二限幅电路。

电流互感器CT1原理是依据电磁感应原理的。它的初级绕组匝数很少，串在需要测量的电流的线路中，因此它经常有线路的全部电流流过，次级绕组匝数比较多，串接在测量仪表和保护回路中，电流互感器CT1在工作时，它的两个回路始终是闭合的，因此测量仪表和保护回路串联线圈的阻抗很小，电流互感器CT1的工作状态接近短路。电流互感器CT1的作用是可以把数值较大的一次电流通过一定的变化转换为数值较小的二次电流，用来进行保护、测量等用途。

在本实施例中，所述电流互感器CT1的初级绕组由单股交流电源线（图1中所示的RSTN）缠绕形成，次级绕组由单线多股电源线缠绕形成，同时所述次级绕组形成第一输出端11和第二输出端12。通过电流互感器CT1将线路中较大的电流转换为较小的电路，以方便漏电检测保护电路进行检测和保护。

强的电流信号或干扰有可能损坏电路中的某个部件时，可在这个部件前接入限幅电路以提供过压保护，在本实施例中，电流经电流互感器CT1转换之后，进入第一限幅电路。

所述第一限幅电路包括并联的第一二极管D1和第二二极管D2。第一二极管D1的阴极和第二二极管D2的阳极与电流互感器CT1的次级绕组的第一输出端11相连，第一二极管D1的阳极和第二二极管D2的阴极与电流互感器CT1的次级绕组的第二输出端12相连并连入接地端。

所述第一滤波电路包括第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3、第四电阻R4以及第一电容C1和第二电容C2。第一电阻R1和第二电阻R2的一端与次级绕组的第一输出端11相连；第一电阻R1的另一端和第三电阻R3的一端连入接地端；第二电阻R2的另一端与第四电阻R4的一端以及第一电容C1的一端相连；第四电阻R4的另一端和第二电容C2的一端与电压跟随器PA1的同相输入端相连；第三电阻R3的另一端与第一电容C1的另一端相连后分别与电压跟随器PA1的反相输入端和输出端相连；第二电容C2的另一端连入接地端。

电压跟随器PA1具有使输出电压与输入电压是相同的功能。也就是说，电压跟随器PA1的电压放大倍数恒小于且接近1。电压跟随器PA1的显著特点就是输入阻抗高，而输出阻抗低，在电路中，电压跟随器PA1一般做缓冲级(buffer)及隔离级。因为，电压放大器的输出阻抗一般比较高，通常在几千欧到几十千欧，如果后级的输入阻抗比较小，那么信号就会有相当的部分损耗在前级的输出电阻中。在这个时候，就需要电压跟随器PA1来从中进行缓冲，起到承上启下的作用。

应用电压跟随器PA1的另外一个好处就是，提高了输入阻抗，这样，输入电容的容量可以大幅度减小，为应用高品质的电容提供了前提保证。可见，电压跟随器PA1可以起到缓冲、隔离和提高带载能力的作用。在本实施例中，电压跟随器PA1的两个外接电源端分别连接正5V电源和负5V电源。

从电流从电压跟随器PA1输出之后，电流进入第二限幅电路。所述第二限幅电路包括第三二极管D3和第四二极管D4。第三二极管D3的阳极和第四二极管D4的阴极与电压跟随器PA1的输出端相连。第三二极管D3的阴极连接正5V电源；第四二极管D4的阳极连接负5V电源。

放大电路2，与所述检测电路1相连，用于放大检测到的漏电电流。所述放大电路2包括与检测电路1相连的一运算放大器PA2。

具体地，所述运算放大器PA2的反相输入端与电压跟随器PA1的输出端相连，在本实施例中，电压跟随器PA1的输出端经电阻R5连接到所述运算放大器PA2的反相输入端。同时所述运算放大器PA2的反相输入端经第一分压电阻R6和第二分压电阻R7连入接地端。所述运算放大器PA2的正相输入端连入接地端。所述运算放大器PA2的输出端与比较分析电路3的输入端相连，并经第二分压电阻R7连入接地端。

在本实施例中，所述运算放大器PA2的两个外接电源端分别连接正5V电源和负5V电源。

所述放大电路2还包括与运算放大器PA2的输出端相连的第二滤波电路，具体地，所述运算放大器PA2的输出端经电阻R8与第二滤波电路相连。所述运算放大器PA2经第二滤波电路之后与比较分析电路3相连。

在本实施例中，所述第二滤波电路包括并联的第九电阻R9和第三电容C3。第九电阻R9的一端和第三电容C3的一端与所述运算放大器PA2的输出端相连，第九电阻R9的另一端和第三电容C3的另一端相连后接地。

比较分析电路3，与所述放大电路2相连，根据放大的漏电电流分析是否出现漏电电流过流。在本发明中，所述比较分析电路3为一窗口比较器。

所述窗口比较器包括第一集成运放器PA3和第二集成运放器PA4。第一集成运放器PA3的反相输入端与所述放大电路2中的运算放大器PA2的输出端相连，正相输入端与第二集成运放器PA4的正相输入端相连；第一集成运放器PA3的正相输入端和第二集成运放器PA4的正相输入端还与外围电路相连；第二集成运放器PA4的反相输入端与第三滤波电路相连；第一集成运放器PA3的输出端和第二集成运放器PA4的输出端分别经第十三电阻R13和第十四电阻R14连接形成一比较输出端。

在本实施例中，所述第一集成运放器PA3的两个外接电源端分别连接正5V电源和负5V电源；所述第二集成运放器PA4的两个外接电源端分别连接正5V电源和负5V电源。

比较输出端还连接有一稳定电路，所述稳定电路包括电阻R15、电阻R16和电容C6。电阻R15的一端、电阻R16的一端和电容C6的一端与比较输出端相连，电阻R5的另一端连接正5V电源，电容C6的另一端连接负5V电源，电阻R16的另一端作为比较分析电路3的输出端与继电保护电路4和指示电路5相连。

具体地，外围电路包括第十电阻R10和第十一电阻R11及第四电容C4。第十电阻R10的一端、第十一电阻R11的一端和第四电容C4的一端相连后与第一集成运放器PA3的正相输入端和第二集成运放器PA4的正相输入端相连；第十电阻R10的另一端连接正5V电源；第十一电阻R11的另一端与第二集成运放器PA4的反相输入端相连；第四电容C4的另一端连接负5V电源。

第三滤波电路包括并联的第十二电阻R12和第五电容C5；第十二电阻R12的一端和第五电容C5的一端与第二集成运放器PA4的反相输入端相连，第十二电阻R12的另一端和第五电容C5的另一端与负5V电源相连。

继电保护电路4，与所述比较分析电路3相连，用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器。

在本实施例中，所述继电保护电路4包括与所述比较分析电路3相连的第一滞回比较器ST1和与第一滞回比较器ST1相连、用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器连接的继电器RY1以及依次连接在第一滞回比较器ST1和继电器RY1之间的第一晶体管TR1和第五二极管D5。

具体地，第一滞回比较器ST1的反相输入端与比较分析电路3的输出端（即电阻R16的另外一端）相连。第一滞回比较器ST1的正相输入端连接正1.25V电源。所述第一滞回比较器ST1的两个外接电源端分别连接正5V电源和负5V电源。

第十七电阻R17和第十八电阻R18串联构成分压电路。第一滞回比较器ST1的输出端连接在第十七电阻R17和第十八电阻R18之间，电流从第一滞回比较器ST1的输出端流出之后，经第十七电阻R17和第十八电阻R18分压之后，流入第一晶体管TR1。第十七电阻R17的另一端连接正5V电源，第十八电阻R18的另一端与第一晶体管TR1的基极相连。

第一晶体管TR1的基极和发射极之间连有第七电容C7，第一晶体管TR1的发射极和第七电容C7的一端相连后连入负5V电源，第一晶体管TR1的集电极与第五二极管D5的阳极相连。

第五二极管D5的阳极和阴极分别与继电器RY1的两个输入端相连，同时第五二极管D5的阴极在与继电器RY1的一个输入端相连后连接正5V电源。

继电器RY1在接收到漏电电流过流信号时，断开电源和电器，有效保护人的安全，提高电器的寿命。同时继电器RY1输出两路隔离信号。在本实施例中，继电器RY1的两个输出端之间还连有第十九电阻R19。

通过检测电路1、放大电路2、比较分析电路3和继电保护电路4，本发明的漏电检测保护电路可以灵敏可靠地检测到电器中漏电过流，所以本发明可解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。

指示电路5，与所述比较分析电路3相连，用于在出现漏电电流过流时进行指示，使检测电路的人员清楚了解电器中出现了漏电电流过流的现象。

具体地，所述指示电路5包括第四滤波电路、第二晶体管TR2、第二滞回比较器ST2、分压电路、驱动电路和发光二极管LD1。

第四滤波电路、第二晶体管TR2的基极与所述比较分析电路3的输出端相连。第四滤波电路包括并联的第九电容C9和第二十六电阻R26，第九电容C9的一端和第二十六电阻R26一端与比较分析电路3的输出端（即电阻R16的另外一端）相连，并经第二十五电阻R25之后与第二晶体管TR2的基极相连，第九电容C9的另一端和第二十六电阻R26另一端相连之后连接负5V电源。

第二晶体管TR2的发射极连接负5V电源。第二晶体管TR2的集电极与第二滞回比较器ST2的输出端和分压电路相连；驱动电路连接在分压电路和发光二极管LD1之间。

具体地，分压电路包括串联的第二十二电阻R22和第二十三电阻R23，第二晶体管TR2的集电极和第二滞回比较器ST2的输出端在第二十二电阻R22和第二十三电阻R23之间的连接线处相接。第二十二电阻R22的另一端连接正5V电源，第二十三电阻R23的另一端与驱动电路相连。

驱动电路包括第三晶体管TR3和第二十四电阻R24。第三晶体管TR3的基极与第二十三电阻R23的另一端相连，发射极连接负5V电源，集电极与第二十四电阻R24的一端连接。

第二十四电阻R24的另一端与发光二极管LD1的阴极相连，发光二极管LD1的阳极连接正12V电源。

所示指示电路5还包括与第二滞回比较器ST2的输入端相连的第二十电阻R20、第二十一电阻R21和第八电容C8。

具体地，第二滞回比较器ST2的反相输入端与第二十电阻R20的一端、第二十一电阻R21的一端和第八电容C8的一端相连，第二十电阻R20的另一端连接正5V电源；第二十一电阻R21的另一端和第八电容C8的另一端分别连接负5V电源；第二滞回比较器ST2的正相输入端连接正1.25V电源。

在漏电电流没有过流时，发光二极管LD1的阳极电压大于阴极电压，发光二极管LD1导通发光，在漏电电流过流时，发光二极管LD1的阳极电压小于阴极电压，发光二极管LD1无法导通，发光二极管LD1熄灭。

综上所述，本发明的一种双向功率器件，具有以下有益效果：

1、本发明通过检测电路、放大电路、比较分析电路和继电保护电路，可以灵敏可靠地检测到电器中漏电过流，所以本发明可解决现有技术中漏电检测保护电路灵敏度和可靠性不佳的问题。

2、本发明采用模块式设计结构，便于应用，降低设计时间。

3、本发明还具有电路结构简单、控制简便和成本低廉的优势。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (10)

1.一种漏电检测保护电路，其特征在于，包括：

检测电路，用于检测电器中是否存在漏电电流；

放大电路，与所述检测电路相连，用于放大检测到的漏电电流；

比较分析电路，与所述放大电路相连，根据放大的漏电电流分析是否出现漏电电流过流；

继电保护电路，与所述比较分析电路相连，用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器。

2.根据权利要求1所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述检测电路包括依次相连的电流互感器、第一限幅电路、第一滤波电路、电压跟随器和第二限幅电路。

3.根据权利要求2所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述第一限幅电路包括并联的第一二极管和第二二极管；第一二极管的阴极和第二二极管的阳极与电流互感器的次级绕组的第一输出端相连，第一二极管的阳极和第二二极管的阴极与电流互感器的次级绕组的第二输出端相连并连入接地端。

4.根据权利要求2所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻以及第一电容和第二电容；第一电阻和第二电阻的一端与次级绕组的第一输出端相连；第一电阻的另一端和第三电阻的一端连入接地端；第二电阻的另一端与第四电阻的一端以及第一电容的一端相连；第四电阻的另一端和第二电容的一端与电压跟随器的同相输入端相连；第三电阻的另一端与第一电容的另一端相连后分别与电压跟随器的反相输入端和输出端相连；第二电容的另一端连入接地端；所述第二限幅电路包括第三二极管和第四二极管；第三二极管的阳极和第四二极管的阴极与电压跟随器的输出端相连。

5.根据权利要求2所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述放大电路包括与检测电路相连的一运算放大器；所述运算放大器的反相输入端与电压跟随器的输出端相连，同时经第一分压电阻和第二分压电阻连入接地端；所述运算放大器的正相输入端连入接地端；所述运算放大器的输出端与比较分析电路的输入端相连，并经第二分压电阻连入接地端。

6.根据权利要求5所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述比较分析电路为一窗口比较器；所述窗口比较器包括第一集成运放器和第二集成运放器；第一集成运放器的反相输入端与所述放大电路中的运算放大器的输出端相连，正相输入端与第二集成运放器的正相输入端相连；第一集成运放器的正相输入端和第二集成运放器的正相输入端还与外围电路相连；第二集成运放器的反相输入端与第三滤波电路相连；第一集成运放器的输出端和第二集成运放器的输出端分别经第十三电阻和第十四电阻连接形成一比较输出端。

7.根据权利要求6所述的漏电检测保护电路，其特征在于，外围电路包括第十电阻和第十一电阻及第四电容；第十电阻的一端、第十一电阻的一端和第四电容的一端相连后与第一集成运放器的正相输入端和第二集成运放器的正相输入端相连；第十一电阻的另一端与第二集成运放器的反相输入端相连；第三滤波电路包括并联的第十二电阻和第五电容；第十二电阻的一端和第五电容的一端与第二集成运放器的反相输入端相连。

8.根据权利要求1所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所述继电保护电路包括与所述比较分析电路相连的第一滞回比较器和与第一滞回比较器相连、用于在出现漏电电流过流时隔离电源和电器连接的继电器以及依次连接在第一滞回比较器和继电器之间的第一晶体管和第五二极管。

9.根据权利要求1所述的漏电检测保护电路，其特征在于，还包括与所述比较分析电路相连的指示电路，所述指示电路用于在出现漏电电流过流时进行指示；所述指示电路包括第四滤波电路、第二晶体管、第二滞回比较器、分压电路、驱动电路和发光二极管；第四滤波电路、第二晶体管的基极与所述比较分析电路的输出端相连；第二晶体管的集电极与第二滞回比较器的输出端和分压电路相连；驱动电路连接在分压电路和发光二极管之间。

10.根据权利要求9所述的漏电检测保护电路，其特征在于，所示指示电路还包括第二十电阻、第二十一电阻和第八电容，第二滞回比较器的反相输入端与第二十电阻的一端、第二十一电阻的一端和第八电容的一端相连；第二滞回比较器的正相输入端连接正电源。