CN104218523A - 用于断路器的检测电路 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于断路器的检测电路，包括：检测传感器，其被构造为通过检测交流电路上的电压或电流来输出检测信号；低通滤波器，其被构造为在从来自所述检测传感器的信号中去除高频分量后输出该信号；偏移消除器，其被构造为在从来自所述低通滤波器的信号中去除直流偏移后输出该信号；放大器，其被构造为放大来自所述偏移消除器的信号并输出该信号；以及比较器，其被构造为如果输入至所述放大器的检测信号等于或大于基准电压，则输出断开控制信号以使得所述断路器操作至电路断开位置。

Description

用于断路器的检测电路
技术领域
本公开涉及一种断路器，并且尤其涉及这样一种断路器：即使电压检测信号或电流检测信号包含噪声，其也能够精确地确定目标交流电(下文中简写为AC)分量的大小。
背景技术
将参照图1至图3来说明根据现有技术的用于断路器的检测电路。
图1是示出根据现有技术的用于断路器的检测电路的构造的框图。如图1所示，用于断路器的检测电路包括：检测传感器20，其被构造为检测AC电路上的电压或电流；峰值电平检测器21，其连接至检测传感器20的输出端，并被构造为检测从检测传感器20输出的AC电路上的电压检测信号的峰值电平或AC电路上的电流检测信号的峰值电平；以及比较器22，其连接至峰值电平检测器21的输出端，并被构造为将来自峰值电平检测器21的输出信号与基准电压作比较。
如图2所示，由检测传感器20从AC电路中检测到的电压检测信号Va或电流检测信号的波，显示了其由于包含在其中的噪声而基于均方根(下文中简写为RMS)值波Vrms上下波动的波形。
由下一级的峰值电平检测器21，来提取检测信号Va的峰值电平。
随后由下一级的比较器22，将检测信号的峰值电平与基准电压作比较。如果检测信号的峰值电平等于或大于基准电压，则比较器22输出高电平的信号。高电平的输出信号Vout具有图3所示的波形。
通过从比较器22输出的高电平信号，图1的断路器10操作至断开位置(“跳闸”位置)。
然而，常规的用于断路器的检测电路可能具有下列问题。
首先，图2中所示的、由于诸如来自二极管或晶体管的开关噪声的谐波噪声而已经发生畸变的检测信号Va被与比较器22的基准电压作比较。随后经比较的信号被输出为图3中所示的输出信号Vout。这可能会引起断路器10的故障。
发明内容
因此，本详细描述的目的是提供这样一种用于断路器的检测电路：即使电压检测信号或电流检测信号包含噪声，其也能够精确地检测电路上的电压或电流。
为实现这些及其它优点并根据本公开的目的，正如此处体现并宽泛描述的那样，提供了一种用于断路器的检测电路，包括：
检测传感器，其被构造为通过检测交流电路上的电压或电流来输出检测信号；
低通滤波器，其连接至所述检测传感器的输出端，并被构造为在从来自检测传感器的信号中去除高频分量后输出来自所述检测传感器的信号；
偏移消除器，其连接至所述低通滤波器的输出端，并被构造为在从来自所述低通滤波器的信号中去除直流偏移后输出该信号；
放大器，其连接至偏移消除器的输出端，并被构造为放大来自所述偏移消除器的信号并输出该信号；
比较器，其被构造为如果输入至所述放大器的检测信号等于或大于基准电压，则输出断开控制信号以使得所述断路器操作至电路断开位置；以及
采样电路，其连接至所述放大器的输出端，并被构造为以预定频率间隔对来自所述放大器的输出信号以采样的方式输出信号。
根据本发明的一个方案，用于断路器的检测电路可以进一步包括均方根(RMS)检测器，其与所述偏移消除器并联地连接至LPF的输出端，并被构造为输出来自LPF的输出信号的RMS。
根据本发明的另一个方案，用于断路器的检测电路可以进一步包括基准电压检测器，其连接至所述RMS检测器的输出端和所述偏移消除器的输出端，并被构造为在来自所述偏移消除器的输出信号大于来自所述RMS检测器的输出信号时的持续时间内，基于来自所述RMS检测器的输出信号和来自所述偏移消除器的输出信号来输出高电平的信号。
根据本发明的另一个方案，用于断路器的检测电路可以进一步包括信号分频器，其连接至所述基准电压检测器的输出端和所述采样电路的输出端，并被构造为从来自所述采样电路的输出信号中提取频率分量信号，以及被构造为基于所提取的频率分量信号的脉宽和周期来输出目标频率的信号。
根据本发明的另一个方案，比较器可以连接至所述基准电压检测器的输出端和所述信号分频器的输出端，并可被构造为如果来自所述信号分频器的输出信号等于或大于来自所述基准电压检测器的输出信号，则输出断开控制信号以使得所述断路器操作至电路断开位置。
从下文给出的详细描述中，本申请的进一步适用范围将变得更加显而易见。然而，应当理解的是，由于通过详细描述，在本公开的精神和范围内的多种变化和修改对本领域技术人员而言将变得显而易见，因此详细描述和具体实施例在指出本公开的优选实施例的同时，仅以示例的方式给出。
附图说明
被包含以提供对本公开的进一步理解的附图，其被并入本公开中并且构成本公开的一部分，附图示出了示例性实施例并且与说明书一起用于说明本公开的原理。
在附图中：
图1为示出根据现有技术的用于断路器的检测电路的构造的框图；
图2为示出由图1的检测电路检测到的电压检测信号或电流检测信号的波形、电压检测信号或电流检测信号的均方根(RMS)的波形以及基准电压的波形的图；
图3为示出从图1的比较器输出的波形的图；
图4为示出根据本发明实施例的用于断路器的检测电路的构造的框图；
图5为示出根据本发明实施例的用于断路器的检测电路中来自偏移消除器电路的输出信号的波形和来自均方根(RMS)检测器的输出信号的波形的图；
图6为示出根据本发明实施例的用于断路器的检测电路中来自基准电压检测器的输出信号的波形的图；
图7为示出根据本发明实施例的用于断路器的检测电路中关于目标频率的检测信号的，来自偏移消除器的输出信号的波形和来自RMS检测器的输出信号的波形的图；以及
图8为示出根据本发明实施例的用于断路器的检测电路中关于目标频率的检测信号的，根据来自偏移消除器的输出信号和来自RMS检测器的输出信号的来自基准电压检测器的输出信号的波形的图。
具体实施方式
现在将参照附图详细给出示例性实施例的描述。为了参照附图进行简要描述，相同或等同的部件将提供有相同的附图标记，并且将不重复其描述。
在下文中，将参照图4至图8来说明根据本发明实施例的用于断路器的检测电路的构造和操作。
参照图4，断路器10包括塑壳断路器、通地漏电断路器、空气断路器、真空断路器等。
如图4所示，根据本发明实施例的用于断路器的检测电路包括：检测传感器20、低通滤波器(下文中简写为LPF)30、偏移消除器40、放大器50以及比较器100。
检测传感器20由变压器和变流器来构造，并且被构造为检测在交流电路上的电压或电流从而输出检测信号。
LPF30连接至检测传感器20的输出端。LPF30被构造为在从来自检测传感器20的信号中去除高频分量后输出该信号。
偏移消除器40连接至LPF30的输出端，并且被构造为在去除直流偏移(即，直流分量而不是60赫兹(下文中简写为Hz)的交流(下文中简写为AC)分量)之后输出来自LPF30的信号。这种偏移消除器40可以被构造为用于阻塞直流分量并且仅将频率分量传递到下一级的耦合电容器。
放大器50连接至偏移消除器40的输出端，并且被构造为放大来自偏移消除器40的信号以及输出该信号。
如果输入到放大器50的检测信号不小于基准电压(换句话说，大于或等于基准电压)，则比较器100输出断开控制信号以使得断路器10能够操作至电路断开位置(即，跳闸位置)。
根据本发明优选实施例的用于断路器的检测电路可以进一步包括采样电路60。
采样电路60连接至放大器50的输出端，并且被构造为以预定频率间隔采样和输出来自放大器50的输出信号。
根据本发明优选实施例的用于断路器的检测电路可以进一步包括均方根(下文中简写为RMS)检测器80。
RMS检测器80与偏移消除器40并联地连接至LPF30的输出端。RMS检测器80被构造为输出来自LPF30的输出信号的均方根(RMS)信号。
参照图5，在来自偏移消除器40的输出信号(从该信号中已经去除了直流分量)具有由实线标示的波形的情形下，来自RMS检测器80的输出信号具有AC波形(由虚线标示的正弦波)。
根据本发明优选实施例的用于断路器的检测电路可以进一步包括基准电压检测器90。
基准电压检测器90连接至RMS检测器80的输出端和偏移消除器40的输出端，并且基于来自RMS检测器80的输出信号和来自偏移消除器40的输出信号而输出高电平的信号。在这种情形下，在来自偏移消除器40的输出信号大于来自RMS检测器80的输出信号时的持续时间内，基准电压检测器90输出输出信号。
如图5中所示，在来自偏移消除器40的输出信号具有由实线标示的波形并且来自RMS检测器80的输出信号具有由虚线标示的正弦波的情况下，来自基准电压检测器90的输出信号具有图6的矩形波形。在来自偏移消除器40的输出信号大于来自RMS检测器80的输出信号时的持续时间内，矩形波变成高电平。
根据本发明优选实施例的用于断路器的检测电路可以进一步包括信号分频器(换句话说，信号分类器)70。
信号分频器70连接至基准电压检测器90的输出端以及采样电路60的输出端。信号分频器70从来自采样电路60的输出信号中提取频率分量信号。随后信号分频器70基于所提取的频率分量信号的脉宽和周期来输出目标频率的信号。
即，信号分频器70可以从来自采样电路60的输出信号中提取各自具有周期的频率分量信号。在所提取的频率分量信号之中，目标频率分量信号(例如具有窄脉宽和商用交流电的频率(即，60Hz)的频率分量信号)被提取。
在所提取的频率分量信号具有目标频率的情况下，来自偏移消除器40的输出信号具有恒定周期，波形由图7的实线标示。
在来自偏移消除器40的输出信号与来自RMS检测器80的输出信号比较之后，基准电压检测器90可以输出如由图8的脉冲波形所标示的具有恒定周期的信号。
在本发明中，比较器100连接至基准电压检测器90的输出端和信号分频器70的输出端。如果来自信号分频器70的输出信号不小于来自基准电压检测器90的输出信号(换句话说，大于或等于来自基准电压检测器90的输出信号)，则比较器100输出断开控制信号以使得断路器10能够操作至电路断开位置。
公知的是，断路器10，尤其是包含在断路器10中的跳闸机构(未示出)，被构造为具有线圈和电枢的电磁装置。跳闸机构响应于断开控制信号来触发开关机构(未示出)，使得跳闸弹簧可以从弹性能的储能状态下的受限位置移动至弹性能被释放状态下的跳闸位置，从而将所储的弹性能释放为跳闸驱动力。在这种构造下，如果开关机构提供跳闸驱动力，则可移动触臂(未示出)与断路器的固定触臂(未示出)分离。结果，通地漏电电路被断开。
将参照图4至图8更详细地说明根据本发明的用于断路器的检测电路的操作。
首先，检测传感器20检测AC电路上的电压或电流，由此输出检测信号。
为了获得目标60Hz的商用AC信号，从检测信号中去除高频噪声信号。尤其是，LPF30从自检测传感器20输出的检测信号中去除高频分量，并且输出信号。来自LPF30的输出信号还具有邻近目标60Hz的频率分量，即，120Hz、180Hz以及240Hz。
偏移消除器40从来自LPF30的输出信号中去除直流偏移，即，去除直流分量而不是目标交流分量。随后偏移消除器40输出信号。
与偏移消除器40并联地连接至LPF30的输出端的RMS检测器80，输出来自LPF30的输出信号的均方根(RMS)信号。因此，可以获得由图5或图7中所示的虚线所标示的正弦AC信号。
随后放大器50放大来自偏移消除器40的输出信号。
如图6所示，在来自偏移消除器40的输出信号大于来自RMS检测器80的输出信号时的持续时间内，基准电压检测器90输出高电平的信号。结果，获得了矩形波的输出信号。
采样电路60以预定频率间隔对来自放大器50的输出信号进行采样并且输出信号。
信号分频器70从来自采样电路60的输出信号中提取频率分量信号。随后信号分频器70基于所提取的频率分量信号的脉宽和周期来输出目标频率的信号。
如果来自信号分频器70的输出信号等于或大于来自基准电压检测器90的输出信号，则比较器100输出断开控制信号以使得断路器10能够操作至电路断开位置。
公知的是，断路器10，尤其是包含在断路器10中的跳闸机构(未示出)，响应于断开控制信号而触发开关机构(未示出)至跳闸位置。由于开关机构提供跳闸驱动力，所以断路器10的可移动触臂(未示出)与固定触臂(未示出)分离。结果，其上有诸如过电流、短路电流以及泄漏电流的异常电流已经发生的电路被断开，使得可以保护负载侧电路和负载装置。
如前文所述，在根据本发明的用于断路器的检测电路中，即使检测电压信号或检测电流信号包含噪声，也可以精确地确定交流电分量的目标大小。这可以使断路器的故障最小化，并且可以增强断路器的操作可靠性。
根据本发明的用于断路器的检测电路可具有下列优点。
首先，根据本发明的用于断路器的检测电路包括LPF。因而，可以从电流检测信号或电压检测信号中去除不必要的高频噪声信号。
第二，根据本发明的用于断路器的检测电路包括偏移消除器。因而，可以去除可能包含在检测信号中的直流噪声分量。
第三，根据本发明的用于断路器的检测电路包括RMS检测器。因而，可以输出电流检测信号或电压检测信号的RMS信号。
第四，根据本发明的用于断路器的检测电路包括连接至RMS检测器的输出端和偏移消除器的输出端的基准电压检测器，并且基准电压检测器被构造为在来自偏移消除器的输出信号大于来自RMS检测器的输出信号时的持续时间内输出高电平的信号。因而，可以在大于已经去除了直流噪声分量的检测信号的RMS的时间段内输出基准电压信号。
第五，根据本发明的用于断路器的检测电路包括连接至放大器的输出端的采样电路。因而，可以以预定频率间隔对来自放大器的输出信号以采样的方式输出信号。
第六，根据本发明的用于断路器的检测电路包括连接至基准电压检测器的输出端和采样电路的输出端的信号分频器，并且信号分频器被构造为从输出端接收输入信号。因而，从来自采样电路的输出信号中提取具有周期的频率分量信号。进一步地，可以基于所提取的频率分量信号的脉宽和周期来输出目标频率的信号。
第七，根据本发明的用于断路器的检测电路包括连接至基准电压检测器的输出端和信号分频器的输出端的比较器，并且比较器被构造为从输出端接收输入信号。因而，如果来自信号分频器的输出信号等于或大于来自基准电压检测器的输出信号，则可以输出断开控制信号以使得断路器可以移动至电路断开位置。
前述实施例和优点仅是示例性的并且不应被考虑为限制本公开。本教导能够易于应用至其他类型的设备。本说明书意在是示例性的，并且不限制权利要求的范围。多种替换、修改和变化对本领域技术人员而言将是显而易见的。在此描述的示例性实施例的特征、结构、方法以及其他特性可以以多种方式结合以获得另外的和/或替换的示例性实施例。
由于本特征可以多种形式体现而不背离其特性，所以应当理解的是，除非另外指出，否则上述实施例不被前述描述的任何细节所限制，而应在如所附权利要求书所限定的范围内宽泛地考虑，因此落入权利要求书的边界和范围或这种边界和范围的等同方案内的所有变化和修改，也因此旨在由所附的权利要求书所包涵。

Claims (6)

1.一种用于断路器的检测电路，其特征在于所述检测电路包括：
检测传感器，其被构造为通过检测交流电路上的电压或电流来输出检测信号；
低通滤波器，其连接至所述检测传感器的输出端，并被构造为在从来自所述检测传感器的信号中去除高频分量后输出来自所述检测传感器的信号；
偏移消除器，其连接至所述低通滤波器的输出端，并被构造为在从来自所述低通滤波器的信号中去除直流偏移后输出该信号；
放大器，其连接至所述偏移消除器的输出端，并被构造为放大来自所述偏移消除器的信号并输出该信号；
比较器，其被构造为如果输入至所述放大器的检测信号等于或大于基准电压，则输出断开控制信号以使得所述断路器操作至电路断开位置；以及
采样电路，其连接至所述放大器的输出端，并被构造为以预定频率间隔对来自所述放大器的输出信号以采样的方式输出信号。
2.如权利要求1所述的用于断路器的检测电路，其中所述偏移消除器被构造为用于阻塞直流分量并且仅将频率分量传递到下一级的耦合电容器。
3.如权利要求1所述的用于断路器的检测电路，进一步包括均方根检测器，其与所述偏移消除器并联地连接至所述低通滤波器的输出端，并被构造为输出来自所述低通滤波器的输出信号的均方根信号。
4.如权利要求3所述的用于断路器的检测电路，进一步包括基准电压检测器，其连接至所述均方根检测器的输出端和所述偏移消除器的输出端，并被构造为在来自所述偏移消除器的输出信号大于来自所述均方根检测器的输出信号时的持续时间内，基于来自所述均方根检测器的输出信号和来自所述偏移消除器的输出信号来输出高电平的信号。
5.如权利要求4所述的用于断路器的检测电路，进一步包括信号分频器，其连接至所述基准电压检测器的输出端和所述采样电路的输出端，并被构造为从来自所述采样电路的输出信号中提取频率分量信号，以及被构造为基于所提取的频率分量信号的脉宽和周期来输出目标频率的信号。
6.如权利要求5所述的用于断路器的检测电路，其中所述比较器连接至所述基准电压检测器的输出端和所述信号分频器的输出端，并被构造为如果来自所述信号分频器的输出信号等于或大于来自所述基准电压检测器的输出信号，则输出断开控制信号以使得所述断路器操作至电路断开位置。
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