CN107271763A - 电流采样电路、电子脱扣器、断路器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电流采样电路，用于电子脱扣器。其包括电流互感器以及依次连接的采样电阻、积分单元、滤波单元、放大器，电流互感器的输出端连接采样电阻的两端；电流采样电路还包括分别输出第一、第二基准电压的第一基准电压源、第二基准电压源以及第一电阻、第二电阻；第一、第二基准电压的极性相反而幅值相等；第一电阻、第二电阻分别接于采样电阻的两端，从而构成由第一电阻、采样电阻、第二电阻串联而成的串联电路；串联电路的两端分别连接第一基准电压源、第二基准电压源的输出端。本发明还公开了一种电子脱扣器和一种断路器。本发明能有效提高小电流下的测量精度，并可对电流互感器二次侧断线故障进行准确检测。

Description

电流采样电路、电子脱扣器、断路器
技术领域
本发明涉及一种电流采样电路，尤其涉及一种用于电子脱扣器的电流采样电路。
背景技术
目前，智能型断路器的中枢部件是电子脱扣器，它承担断路器的各种保护、报警、显示与控制功能。电子脱扣器的信号通常取自套在母线上的空芯电流互感器的二次输出，其感应的二次电流输出与一次母线电流的微分成正比，再通过后级电路的调理和AD转换，进一步转化成数字量，进入单片机。随着技术的发展，智能型断路器不仅拥有丰富的保护功能，而且其电参数测量功能也越来越多，除了电压、电流、功率外，还有电能、谐波等，并且测量精度越来越高，按照这样的发展趋势，智能型断路器所具有的测量功能可以逐渐取代传统的电能仪表。空芯电流互感器由于无铁芯，具有较好的线性范围；但是，在一次侧小电流时，由于空芯电流互感器没有铁芯，感应出来的信号比较微弱，容易受到空芯电流互感器二次输出线上的耦合噪声的干扰，该类干扰一般属于共模干扰。由于共模干扰的存在，导致一次侧小电流时电子脱扣器的测量精度较现有的电能仪表要差一些。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术所存在的不足，提供一种用于电子脱扣器的电流采样电路，能有效提高小电流下的测量精度，抗干扰能力强。
本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：
一种电流采样电路，用于电子脱扣器，该电流采样电路包括电流互感器以及依次连接的采样电阻、积分单元、滤波单元、放大器，所述电流互感器的二次侧两个输出端分别连接所述采样电阻的两端；该电流采样电路还包括分别输出第一基准电压、第二基准电压的第一基准电压源、第二基准电压源以及第一电阻、第二电阻；第一基准电压与第二基准电压的极性相反而幅值相等；第一电阻、第二电阻分别接于所述采样电阻的两端，从而构成由第一电阻、采样电阻、第二电阻串联而成的串联电路；所述串联电路的两端分别连接第一基准电压源的输出端、第二基准电压源的输出端。
为了进一步提高抗干扰特性，所述放大器优选为仪表放大器或差分放大器。
为了能够同时对电流互感器二次侧断线故障进行准确检测，优选地，第一电阻和第二电阻的阻值相等且远大于所述电流互感器的二次侧内阻，所述采样电阻的阻值远大于第一电阻和第二电阻的阻值，第一基准电压与第二基准电压的幅值大于等于所述电流互感器二次侧在未断线情况下的感应电压最大值。
优选地，第一基准电压源和第二基准电压源中的其中之一为电平转换器，其输入端连接另一个基准电压源的输出端。
优选地，所述电流互感器为空芯电流互感器。
优选地，所述积分单元包括第三电阻、第四电阻和第一电容，第三电阻的一端、第四电阻的一端分别连接所述采样电阻的两端，第三电阻的另一端、第四电阻的另一端分别接第一电容的两端；第三电阻和第四电阻的阻值相同。
优选地，所述滤波电路包括第五电阻、第六电阻、第二～第四电容，第五电阻的一端、第六电阻的一端分别连接积分单元的两个输出端，第五电阻的另一端、第六电阻的另一端分别接第三电容的两端，第三电容的一端串接第二电容后接地，第三电容的另一端串接第四电容后接地。
根据相同的发明思路还可以得到以下技术方案：
一种电子脱扣器，包括如上任一技术方案所述电流采样电路。
一种断路器，包括上述电子脱扣器。
相比现有技术，本发明具有以下有益效果：
本发明针对空芯电流互感器二次输出信号易受到耦合噪声的干扰的问题，通过采用具有较高共模抑制比的仪表放大器或差分放大器，进一步提高了小电流下的电流采样精度。
本发明还可进一步对电流互感器二次侧断线故障进行准确检测，从而实现多种用途。
附图说明
图1为本发明一个实施例的电路原理示意图；
图2为该实施例在电流互感器二次侧断线时的电路原理示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的技术方案进行详细说明：
图1显示了本发明电流采样电路一个优选实施例的电路原理。如图1所示，该电流采样电路包括：空芯电流互感器，电阻R1～R3，生成基准电压Vref1的第一基准电压源，生成基准电压Vref2的第二基准电压源，积分单元、滤波单元和放大器N2；如图1所示，所述空芯电流互感器二次侧线圈L1分别与电阻R2(采样电阻)的两端a，b相连，基准电压Vref1通过电阻R1与电阻R2的a端相连，基准电压Vref2通过电阻R3与电阻R2的另一端b相连；电阻R2两端依次连接积分单元、滤波单元、放大器N2。
其中，基准电压Vref1的极性与基准电压Vref2相反，其幅值与基准电压Vref2相等。本实施例中的基准电压Vref2是通过将基准电压Vref1输入电平转换器N1得到，当然，也可以通过将基准电压Vref2输入电平转换器来得到基准电压Vref1。
放大器N2可以采用现有的各种放大器，优选采用仪表放大器或差分放大器，其具有较高的共模抑制比，可更好地抑制耦合噪声的干扰，进一步提高采样精度。
所述积分单元和滤波单元可采用现有的各种电路结构。如图1所示，本实施例中的积分单元由电阻R4、R5和电容C1组成，且R4＝R5；电阻R4的一端、电阻R5的一端分别连接采样电阻R2的两端，电阻R4的另一端、电阻R5的另一端分别接电容C1的两端。本实施例中的滤波单元由电阻R6、R7及电容C2、C3、C4组成，可同时实现共模、差模滤波；如图1所示，电阻R6的一端、电阻R7的一端分别连接积分单元的两个输出端(电容C1的两端)，电阻R6的另一端、电阻R7的另一端分别接电容C3的两端，电容C3的一端串接电容C2后接地，电容C3的另一端串接电容C4后接地。
经过滤波单元滤波后的采样信号即可进行A/D转换，然后通过运算得到准确的电流值。
当空芯电流互感器的一次侧为小电流时，空芯电流互感器二次侧线圈L1感应出来的信号比较微弱，由于采用具有较高的共模抑制比的仪表放大器或差分放大器，可有效抑制电流互感器输出信号中耦合噪声的干扰，提高电流采样精度。
上述电流采样电路还可通过对电路参数的设计从而进一步实现对二次侧线圈L1断线或者连接断开故障的检测。具体为：电阻R1和电阻R3的阻值基本相等且远大于所述电流互感器的二次侧线圈L1的内阻，所述采样电阻R2的阻值远大于电阻R1和电阻R3的阻值，基准电压Vref1、Vref2的幅值大于等于所述电流互感器二次侧线圈L1在未断线情况下的感应电压最大值。
当空芯电流互感器二次侧线圈L1断线或者连接断开时，等效电路如图2所示，采样电阻R2两端的电压差UR2为当空芯电流互感器二次侧线圈L1连接正常时，取样电阻R2两端的电压差UR2为为空芯电流互感器二次侧线圈L1感应出来的信号。RL1为空芯电流互感器二次侧线圈内阻，一般为10～100Ω，在本实施例中电阻R1＝R3，取10kΩ左右，R2＝100～200kΩ，Vref1幅值为放大器N2电源电压的1/2，因此当空芯电流互感器二次侧线圈L1断线或者连接断开时，取样电阻R2两端的电压差UR2约为(Vref1-Vref2)，当空芯电流互感器二次侧线圈L1连接正常时，取样电阻R2两端的电压差UR2约为USENSE，定义USENSE的最大值要比(Vref1-Vref2)小得多，例如(Vref1-Vref2)至少为USENSE最大值的两倍，则微处理器N3的AD转换器在空芯电流互感器二次侧线圈L1断线或者连接断开时所读取的测量电压与其在L1连接正常时读取的测量电压是存在明显差异的，也就是说微处理器可以很容易辨别出空芯电流互感器二次侧线圈L1是否发生了断线或者连接断开的情形。

Claims (10)

1.一种电流采样电路，用于电子脱扣器，该电流采样电路包括电流互感器以及依次连接的采样电阻、积分单元、滤波单元、放大器，所述电流互感器的二次侧两个输出端分别连接所述采样电阻的两端；其特征在于，该电流采样电路还包括分别输出第一基准电压、第二基准电压的第一基准电压源、第二基准电压源以及第一电阻、第二电阻；第一基准电压与第二基准电压的极性相反而幅值相等；第一电阻、第二电阻分别接于所述采样电阻的两端，从而构成由第一电阻、采样电阻、第二电阻串联而成的串联电路；所述串联电路的两端分别连接第一基准电压源的输出端、第二基准电压源的输出端。
2.如权利要求1所述电流采样电路，其特征在于，所述放大器为仪表放大器。
3.如权利要求1所述电流采样电路，其特征在于，所述放大器为差分放大器。
4.如权利要求1所述电流采样电路，其特征在于，第一电阻和第二电阻的阻值基本相等且远大于所述电流互感器的二次侧内阻，所述采样电阻的阻值远大于第一电阻和第二电阻的阻值，第一基准电压与第二基准电压的幅值大于等于所述电流互感器二次侧在未断线情况下的感应电压最大值。
5.如权利要求1所述电流采样电路，其
特征在于，第一基准电压源和第二基准电压源中的其中之一为电平转换器，其输入端连接另一个基准电压源的输出端。
6.如权利要求1所述电流采样电路，其特征在于，所述电流互感器为空芯电流互感器。
7.如权利要求1～6任一项所述电流采样电路，其特征在于，所述积分单元包括第三电阻、第四电阻和第一电容，第三电阻的一端、第四电阻的一端分别连接所述采样电阻的两端，第三电阻的另一端、第四电阻的另一端分别接第一电容的两端；第三电阻和第四电阻的阻值相同。
8.如权利要求1～6任一项所述电流采样电路，其特征在于，所述滤波电路包括第五电阻、第六电阻、第二～第四电容，第五电阻的一端、第六电阻的一端分别连接积分单元的两个输出端，第五电阻的另一端、第六电阻的另一端分别接第三电容的两端，第三电容的一端串接第二电容后接地，第三电容的另一端串接第四电容后接地。
9.一种电子脱扣器，其特征在于，包括如权利要求1～8任一项所述电流采样电路。
10.一种断路器，其特征在于，包括如权利要求9所述电子脱扣器。
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