CN110635453A - 断路器的漏电保护电路 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种智能微型断路器的漏电保护电路，该电路包括电流采样电路、信号放大电路、整流电路和控制电路；所述电流采样电路设置于被检测的火线和零线上，用于检测漏电电流信号，并将所述漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；所述信号放大电路与所述电流采样电路连接，用于将所述交流漏电电压信号进行放大；所述整流电路与所述信号放大电路连接，用于将所述交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；所述控制电路与所述整流电路连接，用于比较所述直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，所述保护信号用于控制断路器的分合闸，从而实现了对漏电电流的正确识别与有效保护。
Description
技术领域
本发明涉及断路器技术领域，特别是涉及一种断路器的漏电保护电路。
背景技术
智能微型断路器作为众多断路器中的一种，目前被广泛应用于工业、商业、高层和民用住宅等各种用电场所，其具有体积小，易操作，分断能力强，可靠性高等优点。而近些年来，随着智能电网技术的发展，用电设备不断增多呈现多样化，特别是电力电子技术的发展，使得微波炉、变频器、UPS电源等电器设备被广泛应用，这些设备发生漏电故障时，产生的漏电电流的波形往往十分复杂。此时，传统的智能微型断路器已经不能准确地对这种漏电电流进行保护，也就无法满足安全用电的要求。
发明内容
本发明实施例提供一种断路器的漏电保护电路，可以对漏电电流进行正确识别与有效保护。
一种断路器的漏电保护电路，包括电流采样电路、信号放大电路、整流电路和控制电路；
所述电流采样电路设置于被检测的火线和零线上，用于检测漏电电流信号，并将所述漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；
所述信号放大电路与所述电流采样电路连接，用于将所述交流漏电电压信号进行放大；
所述整流电路与所述信号放大电路连接，用于将所述交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；
所述控制电路与所述整流电路连接，用于比较所述直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，所述保护信号用于控制断路器的分合闸。
在一实施例中，所述电流采样电路包括：
电流互感器，设置于被检测的火线和零线上；
采样电阻，连接在所述电流互感器的二次侧绕组之间。
在一实施例中，所述信号放大电路包括第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与所述电流采样电路之间；
所述第二电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
所述第一运算放大器的负输入端接入第一基准电压。
在一实施例中，所述第一基准电压为直流1.65V。
在一实施例中，所述整流电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一电容；
所述第三电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端和第二基准电压之间；所述第四电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端和所述第二运算放大器的输出端之间；所述第五电阻连接在所述第二运算放大器的正输入端和第三基准电压之间；所述第六电阻连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述信号放大电路之间；所述第七电阻连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述第三运算放大器的输出端之间；所述第八电阻连接在所述第三运算放大器的正输入端和第四基准电压之间；
所述第一二极管连接在所述第二运算放大器的正输入端和所述信号放大电路之间；所述第二二极管连接在所述第二运算放大器的输出端和所述控制电路之间；所述第三二极管连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述信号放大电路之间，且和所述第六电阻串联；所述第四二极管连接在所述第三运算放大器的输出端和所述控制电路之间；
所述第一电容连接在所述第二运算放大器的上拉电压端和接地端之间。
在一实施例中，所述控制电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、可调电位器、第五二极管、第二电容、开关管和比较器；
所述第九电阻和所述第二电容并联连接在所述比较器的正输入端和接地端之间；所述第五二极管连接在所述整流电路的输出端和所述比较器的正输入端之间；所述可调电位器和所述第十电阻并联连接在所述比较器的负输入端和预设电压信号端之间；所述第十一电阻连接在所述比较器的负输入端和接地端之间；所述第十二电阻连接在所述开关管的源极端和接地端之间；所述开关管的漏极端连接所述比较器的负输入端，所述开关管的栅极端与所述第十三电阻串接在所述比较器的输出端。
在一实施例中，所述开关管设置为NMOS管。
在一实施例中，所述预设电压信号端的预设电压信号为直流5V。
在一实施例中，所述控制电路还包括单片机，所述单片机连接在所述比较器的输出端。
上述断路器的漏电保护电路，包括电流采样电路、信号放大电路、整流电路和控制电路；所述电流采样电路设置于被检测的火线和零线上，用于检测漏电电流信号，并将所述漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；所述信号放大电路与所述电流采样电路连接，用于将所述交流漏电电压信号进行放大；所述整流电路与所述信号放大电路连接，用于将所述交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；所述控制电路与所述整流电路连接，用于比较所述直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，在直流漏电电压信号大于预设电压信号的情况下，控制断路器分闸，从而实现了对漏电电流的正确识别与有效保护。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
其中：
图1为第一个实施例中断路器的漏电保护电路的结构示意图；
图2为一个实施例中电流采样电路和信号放大电路的结构示意图；
图3为一个实施例中整流电路的结构示意图；
图4为一个实施例中控制电路的结构示意图；
图5为另一个实施例中控制电路的结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在限制本发明。可以理解，本发明所使用的术语“第一”、“第二”等可在本文中用于描述各种元件，但这些元件不受这些术语限制。这些术语仅用于将第一个元件与另一个元件区分。举例来说，在不脱离本发明的范围的情况下，可以将第一电阻称为第二电阻，且类似地，可将第二电阻称为第一电阻。第一电阻和第二电阻两者都是电阻，但其不是同一电阻。
本发明一实施例的断路器的漏电保护电路，如图1所示，一种断路器的漏电保护电路，包括电流采样电路100、信号放大电路200、整流电路300和控制电路400。其中，电流采样电路100设置于被检测的火线L和零线N上，用于检测漏电电流信号，并将漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；信号放大电路200与电流采样电路100连接，用于将交流漏电电压信号进行放大；整流电路300与信号放大电路200连接，用于将交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；控制电路400与整流电路300连接，用于比较直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，所述保护信号用于控制断路器的分合闸。
上述断路器的漏电保护电路对漏电电流进行正确识别与有效保护。
应当理解地，断路器(智能微型断路器)大致可以分为2P(单相2级断路器)和3p+n(三相电用断路器)两种规格。2P指同时控制火线、零线，且都具有热脱扣功能，模数为2*18mm＝36mm；3p+n是指用于三相线路，具有三相火线再加一根零线的4个接线。这两种规格的智能微型断路器，其漏电保护电路都是相同的，在此以3p+n规格的智能微型断路器的单相漏电保护电路为例作说明解释。
在一实施例中，如图2所示，电流采样电路100包括：电流互感器CT，设置于被检测的火线L和零线N上。采样电阻R0，连接在电流互感器CT的二次侧绕组之间。
本实施例中，电流互感器CT设置于被检测的火线L和零线N上，其二次侧绕组之间连接采样电阻R0。可以理解地，电流互感器CT用于检测漏电电流值，采样电阻R0将检测到的电流转换为电压信号，即交流漏电电压信号。因此，采样电阻R0可以为可调电阻，通过调节采样电阻R0的阻值，可以调节漏电电流的采样值，从而保证采样精度。
在一实施例中，如图2所示，信号放大电路200包括第一运算放大器U1、第一电阻R1和第二电阻R2。其中，第一电阻R1连接在第一运算放大器U1的负输入端与电流采样电路100之间；第二电阻R2连接在第一运算放大器U1的负输入端和第一运算放大器U1的输出端之间；第一运算放大器U1的负输入端接入第一基准电压VREF1。
本实施例中，电流采样电路100经采样电阻R0输出漏电电压信号，通过第一信号放大器U1中接入第一基准电压VREF1，将采样到的交流漏电电压信号的电压值抬高，从而将交流漏电电压信号整体抬高到零点以上。第一信号放大器U1再将交流漏电电压信号的幅值放大。可以理解地，测量的精度与输入电压的大小有关，信号经过放大后再测量，可以提高测量精度。
具体地，以检测到的漏电电流信号为30mA为例，第一信号放大器U1设置为LM2902PT，其可实现漏电电压信号的11倍放大。
具体地，第一基准电压VREF1设置为直流1.65V。该值可以将漏电电压信号整体抬高到零点以上。
在一实施例中，如图3所示，整流电路300包括第二运算放大器U2、第三运算放大器U3、第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3、第四二极管D4、第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5、第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第一电容C1。
其中，第三电阻R3连接在第二运算放大器U2的负输入端和第二基准电压之间；第四电阻R4连接在第二运算放大器U2的负输入端和第二运算放大器U2的输出端之间；第五电阻R5连接在第二运算放大器U2的正输入端和第三基准电压之间；第六电阻R6连接在第三运算放大器U3的负输入端和信号放大电路之间；第七电阻R7连接在第三运算放大器U3的负输入端和第三运算放大器U3的输出端之间；第八电阻R8连接在第三运算放大器U3的正输入端和第四基准电压之间。
其中，第一二极管D1连接在第二运算放大器U2的正输入端和信号放大电路之间；第二二极管D2连接在第二运算放大器U2的输出端和控制电路之间；第三二极管D3连接在第三运算放大器U3的负输入端和信号放大电路之间，且和第六电阻R6串联；第四二极管D4连接在第三运算放大器U3的输出端和控制电路之间。
其中，第一电容C1连接在第二运算放大器U2的上拉电压端和接地端之间。
本实施例中，整流电路300采用四个二极管(第一二极管D1、第二二极管D2、第三二极管D3和第四二极管D4)全桥推挽的方案，将交流漏电电压信号的负半轴的信号翻转到正半轴，从而得到直流漏电电压信号。
具体地，第一电容C1的作用是减小上拉电压对第二运算放大器U2的影响，即减小引入运放的高频干扰。
具体地，第二运算放大器U2和第三运算放大器U3采用LM2902PT运算放大器。其具有低噪声、高输入电阻、高增益的特性。
在一实施例中，如图4所示，控制电路400包括第九电阻R9、第十电阻R10、第十一电阻R11、第十二电阻R12、第十三电阻R13、可调电位器RX、第五二极管D5、第二电容C2、开关管Q1和比较器CMP。
其中，第九电阻R9和第二电容C2并联连接在比较器CMP的正输入端和接地端之间；第五二极管D5连接在整流电路的输出端和比较器CMP的正输入端之间；可调电位器RX和第十电阻R10并联连接在比较器CMP的负输入端和预设电压信号端VCC之间；第十一电阻R11连接在比较器CMP的负输入端和接地端之间；第十二电阻R12连接在开关管Q1的源极端和接地端之间；开关管Q1的漏极端连接比较器CMP的负输入端，开关管Q的栅极端与第十三电阻R13串接在比较器CMP的输出端。
本实施例中，控制电路400中的比较器CMP将从整流电路得到的直流漏电电压信号和预设电压信号端VCC的预设电压信号进行比较，如果直流漏电电压信号大于预设电压信号，则比较器CMP输出高电平，驱动开关管Q1导通，进而拉低预设电压信号端VCC的预设电压信号，实现闭锁。同时，比较器CMP输出的高电平送给单片机和继电器(图未显示)，控制智能微型断路器分闸，以起到漏电保护作用。
在一实施例中，开关管设置为NMOS管。
应当理解地，NMOS管的特性为：栅极与源极的电压差VGS大于一定的值就会导通，反之断开。因此，当比较器CMP输出高电平时，则开关管Q1导通。
在一实施例中，预设电压信号端VCC的预设电压信号设置为直流5V。
本实施例中，预设电压信号直流5V，预设电压信号端VCC连接可调电位器RX后进入比较器CMP的反向端(即负输入端)，通过调节可调电位器RX，可以调节预设电压信号的幅值，继而调整漏电流保护动作的幅值。
在一实施例中，如图5所示，控制电路400还包括单片机，单片机连接在比较器CMP的输出端。
本实施例中，比较器CMP输出的高电平送给单片机，控制智能微型断路器分闸，以起到漏电保护作用。
上述断路器的漏电保护电路，包括电流采样电路100、信号放大电路200、整流电路300和控制电路400；电流采样电路100设置于被检测的火线和零线上，用于检测漏电电流信号，并将漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；信号放大电路200与电流采样电路100连接，用于将交流漏电电压信号进行放大；整流电路300与信号放大电路200连接，用于将交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；控制电路400与整流电路300连接，用于比较直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，从而实现了对漏电电流的正确识别与有效保护。
以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (9)
1.一种断路器的漏电保护电路，其特征在于，包括电流采样电路、信号放大电路、整流电路和控制电路；
所述电流采样电路设置于被检测的火线和零线上，用于检测漏电电流信号，并将所述漏电电流信号转换为交流漏电电压信号；
所述信号放大电路与所述电流采样电路连接，用于将所述交流漏电电压信号进行放大；
所述整流电路与所述信号放大电路连接，用于将所述交流漏电电压信号转换为直流漏电电压信号；
所述控制电路与所述整流电路连接，用于比较所述直流漏电电压信号与预设电压信号，并输出保护信号，所述保护信号用于控制断路器的分合闸。
2.根据权利要求1所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述电流采样电路包括：
电流互感器，设置于被检测的火线和零线上；
采样电阻，连接在所述电流互感器的二次侧绕组之间。
3.根据权利要求1所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述信号放大电路包括第一运算放大器、第一电阻和第二电阻；
所述第一电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端与所述电流采样电路之间；
所述第二电阻连接在所述第一运算放大器的负输入端和所述第一运算放大器的输出端之间；
所述第一运算放大器的负输入端接入第一基准电压。
4.根据权利要求3所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述第一基准电压为直流1.65V。
5.根据权利要求1所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述整流电路包括第二运算放大器、第三运算放大器、第一二极管、第二二极管、第三二极管、第四二极管、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第六电阻、第七电阻、第八电阻和第一电容；
所述第三电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端和第二基准电压之间；所述第四电阻连接在所述第二运算放大器的负输入端和所述第二运算放大器的输出端之间；所述第五电阻连接在所述第二运算放大器的正输入端和第三基准电压之间；所述第六电阻连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述信号放大电路之间；所述第七电阻连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述第三运算放大器的输出端之间；所述第八电阻连接在所述第三运算放大器的正输入端和第四基准电压之间；
所述第一二极管连接在所述第二运算放大器的正输入端和所述信号放大电路之间；所述第二二极管连接在所述第二运算放大器的输出端和所述控制电路之间；所述第三二极管连接在所述第三运算放大器的负输入端和所述信号放大电路之间，且和所述第六电阻串联；所述第四二极管连接在所述第三运算放大器的输出端和所述控制电路之间；
所述第一电容连接在所述第二运算放大器的上拉电压端和接地端之间。
6.根据权利要求1所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述控制电路包括第九电阻、第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、可调电位器、第五二极管、第二电容、开关管和比较器；
所述第九电阻和所述第二电容并联连接在所述比较器的正输入端和接地端之间；所述第五二极管连接在所述整流电路的输出端和所述比较器的正输入端之间；所述可调电位器和所述第十电阻并联连接在所述比较器的负输入端和预设电压信号端之间；所述第十一电阻连接在所述比较器的负输入端和接地端之间；所述第十二电阻连接在所述开关管的源极端和接地端之间；所述开关管的漏极端连接所述比较器的负输入端，所述开关管的栅极端与所述第十三电阻串接在所述比较器的输出端。
7.根据权利要求6所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述开关管设置为NMOS管。
8.根据权利要求6所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述预设电压信号端的预设电压信号为直流5V。
9.根据权利要求6所述的断路器的漏电保护电路，其特征在于，所述控制电路还包括单片机，所述单片机连接在所述比较器的输出端。
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