CN110907797A - 用于电路检测的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本公开的实施例涉及一种电路检测方法。所述方法包括以下步骤：获取压敏电阻两端的电压在采样周期内的多个采样值；获取流过压敏电阻的漏电流在采样周期内的多个采样值；基于电压的多个采样值和漏电流的多个采样值，确定压敏电阻在采样周期内的有功功率值和电压的有效值；以及基于所确定的有功功率值和电压的有效值确定压敏电阻的阻性漏电流值以用于电路的故障检测。借助于根据本公开的实施例的电路检测方法，可以实现压敏电阻的早期失效检测。本公开的实施例还涉及一种电路检测装置。

Description

用于电路检测的方法和装置
技术领域
本公开的实施例总体上涉及电路检测方法和电路检测装置，更具体地涉及用于检测压敏电阻的阻性漏电流的方法和装置。
背景技术
当前，在电力线路的防护领域常常使用金属氧化物的压敏电阻(MOV)构成的浪涌保护设备(SPD)来对线路上的其他设备进行保护。在实际应用中，浪涌保护设备并联在被保护的线路上，当被保护的线路遭受浪涌电流的冲击时，浪涌保护设备将启动并且将线路中电压钳位，从而对线路和连接在线路上的设备实现过压保护。
发明内容
如上所述，当电路中出现浪涌电流时，浪涌保护设备启动并使浪涌电流流过浪涌保护设备。作为浪涌保护设备的重要部件，压敏电阻会受到浪涌电流的冲击，并且可能发生失效。一般来说，压敏电阻的失效可以包括浪涌电流失效和过电压失效，其中浪涌电流失效的压敏电阻一般在失效前没有明显特征，而过电压失效的压敏电阻在失效前一般会出现阻性电流增大的特征。本发明主要涉及压敏电阻的过电压失效。
在交流状态下，流过压敏电阻的漏电流包括容性漏电流和阻性漏电流两部分。容性漏电流由于是压敏电阻的阀片寄生的电容产生的，而该电容一般保持不变，所以容性漏电流在压敏电阻的失效周期内基本保持不变。而阻性漏电流一般远小于容性漏电流的值。特别是在失效的早期，阻性漏电流在总电流中占比很小，阻性漏电流的增加并不会带来压敏电阻的总漏电流的明显增加。尽管随着阻性漏电流进一步增加，在总漏电流中的占比越来越高，总漏电流也会出现明显的增加，但是此时压敏电阻已经到了老化较为严重的程度。
因此，为了能够在压敏电阻的失效早期就发现问题，从而为问题的解决赢得更多时间，在此提出采用阻性漏电流的检测。
在第一方面，本公开的实施例提供了一种电路检测方法。该方法包括：获取压敏电阻两端的电压在采样周期内的多个采样值；获取流过所述压敏电阻的漏电流在所述采样周期内的多个采样值；基于所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值，确定所述压敏电阻在所述采样周期内的有功功率值和所述电压的有效值；以及基于所确定的所述有功功率值和所述电压的有效值确定所述压敏电阻的阻性漏电流值以用于电路的故障检测。
根据本公开的实施例，通过对压敏电阻两端的电压和流过压敏电阻的漏电流进行测量，从而得到压敏电阻的阻性漏电流值。以此方式，在压敏电阻发生失效的早期，便可以通过阻性漏电流值的检测判断其发生失效。
在一些实施例中，所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值是通过数模转换器来获取的。
在一些实施例中，确定所述有功功率值包括：基于所述采样周期内的所述电压的所述多个采样值和所述漏电流的所述多个采样值确定多个有功功率样本值；以及通过对所述多个有功功率样本值求平均来计算所述有功功率值。
在一些实施例中，确定所述电压的有效值包括：通过计算所述电压的所述多个采样值的均方根来计算所述电压的所述有效值。
在一些实施例中，确定所述阻性漏电流值包括：通过计算所述有功功率值和所述电压的所述有效值的比值来计算所述阻性漏电流值。
在一些实施例中，电路的所述故障检测包括：将所确定的所述阻性漏电流值与阻性漏电流的预先设定的阈值相比较；并且响应于所确定的所述阻性漏电流值大于所述阈值，发出提醒。
在第二方面，本公开的实施例提供了一种电路检测装置。该装置包括：电压测量模块，被配置为测量压敏电阻两端的电压在采样周期内的多个采样值；漏电流测量模块，被配置为测量流过所述压敏电阻的漏电流在所述采样周期内的多个采样值；数模转换器，耦接至所述电压测量模块和所述漏电流测量模块，并且被配置为分别从所述电压测量模块和所述漏电流测量模块获取所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值；以及中央处理单元，耦接至所述数模转换器并且被配置为：基于所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值，确定所述压敏电阻在所述采样周期内的有功功率值和所述电压的有效值；基于所确定的所述有功功率值和所述电压的有效值确定所述压敏电阻的阻性漏电流值以用于电路的故障检测。
在一些实施例中，所述漏电流测量模块包括用于测量所述漏电流的放大器以及与所述放大器并联的瞬态抑制二极管。
在一些实施例中，所述漏电流测量模块还包括与所述放大器并联的肖特基二极管。
在一些实施例中，所述漏电流测量模块还包括与所述放大器并联的两个肖特基二极管，并且所述两个肖特基二极管的极性相反。
在一些实施例中，所述漏电流测量模块还包括电流互感器，用以将所述阻性漏电流感应到所述漏电流测量模块。
附图说明
图1示出了根据本公开的示例性实施例的电路检测装置的示意图；
图2示出了根据本公开的示例性实施例的电路检测方法的流程图；
图3示出了根据本公开的示例性实施例的电压检测模块的示意图；并且
图4示出了根据本公开的示例性实施例的漏电流检测模块的示意图。
具体实施方式
现在将参照附图中所示的各种示例性实施例对本公开的原理进行说明。应当理解，这些实施例的描述仅仅为了使得本领域的技术人员能够更好地理解并进一步实现本公开，而并不意在以任何方式限制本公开的范围。应当注意的是，在可行情况下可以在图中使用类似或相同的附图标记，并且类似或相同的附图标记可以表示类似或相同的功能。本领域的技术人员将容易地认识到，从下面的描述中，本文中所说明的结构和方法的替代实施例可以被采用而不脱离通过本文描述的本发明的原理。
在本公开内容的实施例的描述中，术语“包括”及其类似用语应当理解为开放性包含，即“包括但不限于”。术语“基于”应当理解为“至少部分地基于”。术语“一个实施例”或“该实施例”应当理解为“至少一个实施例”。术语“第一”、“第二”等等可以指代不同的或相同的对象。下文还可能包括其他明确的和隐含的定义。
现在将参照图1和图2来描述一些根据本公开的示例实施例。图1示出了根据本公开的示例性实施例的电路检测装置10的示意图，图2示出了根据本公开的示例性实施例的电路检测方法200的流程图。
如图1所示，电路测量装置10包括用于测量压敏电阻R两端的电压U和流过压敏电阻R的漏电流I的数模转换器(ADC)13。数模转换器13被耦接到电压测量模块11，用于对电压U进行采样测量。数模转换器13还被耦接到漏电流测量模块12，用于对漏电流I进行采样测量。
电路测量装置10还包括中央处理单元(CPU)14。中央处理单元14被耦接到数模转换器13，并且被配置为接收从数模转换器13获取的电压U的采样值Uk和漏电流I的采样值Ik。中央处理单元14利用所接收的电压U的采样值Uk和漏电流I的采样值Ik计算得到压敏电阻R的阻性漏电流值IR。电路测量装置10中的各个模块的示例实现将在下文参照图3至图4描述。
下面参照图2来描述本公开的示例性实施例的电路检测方法200。该方法200可以在中央处理单元14中被执行。
在框202，获取压敏电阻R两端的电压U在采样周期内的多个采样值Uk。在本示例中，可以利用数模转换器13来对该电压U进行采样，并且将得到的电压U的采样值Uk提供至中央处理单元14。
采样的周期可以是压敏电阻R所耦接的电路中的交流电的周期的整数倍。例如，在频率f为50Hz的交流电路中，交流电的周期为20ms。相应地，采样周期可以是20ms的整数倍，例如20ms、40ms、60ms等。在一些实施例中，采样周期也可以是1s、2s等。
在框204，获取流过压敏电阻R的漏电流I在采样周期内的多个采样值Ik。同样地，可以利用数模转换器13来对漏电流I进行采样，并且将得到的漏电流I的采样值Ik提供至中央处理单元14。
在框206，基于电压U的多个采样值Uk和漏电流I的多个采样值Ik，确定压敏电阻R在采样周期内的有功功率值Pp和电压U的有效值Up。在框208，基于所确定的有功功率值Pp和电压U的有效值Up确定压敏电阻R的阻性漏电流值IR以用于电路的故障检测。
由此得到压敏电阻R的阻性漏电流值IR。以此方式，由于从漏电流I中排除容性漏电流IC的影响，当压敏电阻R处于失效的早期阶段时，通过检测所获得的阻性漏电流值IR的增加，可以判断压敏电阻发生早期失效。
在一些实施例中，可以通过数模转换器13来获取电压的多个采样值和漏电流的多个采样值。数模转换器13可以是高分辨率数模转换器。在一些实施例中，数模转换器13可以例如是
Figure BDA0001804044270000051
公司的MCP 3914的Sigma-Delta型数模转换器。当然，这仅仅是示例性的，在其他实施例中，数模转换器13可以是除了MCP 3914之外的其他数模转换器，只要其可以实现电压U和漏电流I的准确测量即可。
在一些实施例中，基于采样周期内的电压U的每个采样值Uk和所述漏电流I的每个采样值Ik，可以得到下式(1)：
Pk＝Uk×Ik (1)
其中Pk表示有功功率的样本值。
将有功功率的样本值Pk求平均而得到下式(2)：
Figure BDA0001804044270000061
其中PP表示所述有功功率值，N表示所述采样周期内的采样值的数目。
在本示例中，N可以为40。然而，将会理解，可以根据对采样精度的不同需求以及不同的采样周期对N的数值进行改变。N的具体数值不受到于本公开的实施例的限制。
在一些实施例中，可以通过电压U的多个采样值Uk的均方根计算得到下式(3)：
Figure BDA0001804044270000062
其中Up表示电压的有效值。
在一些实施例中，可以通过有功功率值PP和电压的有效值Up的比值计算得到下式(4)：
Figure BDA0001804044270000063
其中IR表示压敏电阻的阻性漏电流值。
在一些实施例中，可以预先设定阻性漏电流的阈值15，并且将所确定的阻性漏电流值IR与该阈值15进行比较。阈值15的设定可以通过计算或者根据经验来确定。在本示例中，该阈值15可以为60μA。当然，可以根据压敏电阻的实际工作状况为不同的压敏电阻设置不同的阈值15。
如果所确定的阻性漏电流值IR大于该阈值15，则可以判断该压敏电阻发生早期失效。此时，中央处理单元可以向用户发出提醒16，以更换发生失效的压敏电阻。这样的提醒16可以例如包括声音提醒、视觉提醒或者其他方式的提醒。
下面结合图3和图4来描述根据本公开的示例性实施例的电路检测装置10的示例实现方式。图3示出了根据本公开的示例性实施例的电压检测模块11的示意图；并且图4示出了根据本公开的示例性实施例的漏电流检测模块12的示意图。
图3示出了电压检测模块11的示例电路实现。该电路至少包括电阻R1、电阻R2。通过适当地设定电阻R1、电阻R2的阻值的比例，可以将压敏电阻R两端的较大的电压U减小为可以由数模转换器13直接测量的较小电压。例如，可以将电阻R1的阻值设定为4MΩ，将电阻R2的阻值设定为121KΩ，由此得到的较小的电压可例如是1V。
当然，这仅仅是示意性的，具体的电阻的阻值、电阻的数目和电阻的布置方式不受到图3所示的方式的限制。例如，电阻R1可以由多个电阻串联或者并联而成，只要所得到的阻值可以实现将较大电压减小成可以被数模转换器13直接检测的电压的功能即可。由于电路中的电阻R1、电阻R2阻值是已知的，通过得到数模转换器所测得的电压，可以通过阻值比例来得到压敏电阻R两端的电压U。
图4示出了漏电流检测模块12的示例电路实现。该电路至少包括电流互感器L。电流互感器L用于将流过压敏电阻R中的漏电流I感应至该漏电流检测模块12，以便于对流过压敏电阻R中的电流I进行测量。由于压敏电阻的漏电流I很小，一般为μA级别，所以使用的电流互感器L一般为高磁导率电流互感器。为了得到较大的副边输出电流，电流互感器L的匝数可以为50匝至100匝。
漏电流检测模块12还包括负载电阻R3和放大器(AMP)。负载电阻R3一般为kΩ级别，例如可以为24kΩ，而电流互感器L对应的等效电感和电阻都比较小。在图4所示的实例中，由放大器驱动负载电阻R3，而电流互感器L则起到电流源的作用。因此，这样的放大器适合于μA级别的电流测量。
在一些实施例中，如图4所示，漏电流检测模块12还包括与放大器并联的瞬态抑制二极管(TVS)D1。由于压敏电阻是用于浪涌保护设备中，因此可能会受到浪涌电流的冲击。浪涌电流频率很高，因此会在副边产生一个较大的浪涌电流。瞬态抑制二极管D1可以吸收高达数千瓦的浪涌功率，使两极间的电压箝位于某个预定值。以此方式，通过在漏电流测量模块12中并联瞬态抑制二极管D1，可以有效地保护线路中的放大器免受浪涌电流的损坏，从而大大地增加电路检测装置10的使用寿命。
在一些实施例中，如图4所示，漏电流检测模块12还包括与放大器并联的肖特基二极管D2、D3。当电路检测装置10受到浪涌电流的冲击时，浪涌电流流过瞬态抑制二极管D1之后会产生残压，通过被耦接在瞬态抑制二极管D1和肖特基二极管D2、D3之间的电阻R4以及肖特基二极管D2、D3，可以限制放大器正负输入端口的电压。肖特基二极管D2、D3的导通电压低，因此在放大器输入端口产生的电压差低，可以有效的保护放大器的输入端口。如图4所示，电阻R4耐受瞬态抑制二极管D1和肖特基二极管D2、D3之间的电压差，而肖特基二极管D2、D3耐受对应的泄放电流。
在一些实施例中，如图4所示，肖特基二极管D2、D3的数目为两个，并且极性相反。这在交流电的使用环境中是有利的。以此方式，可以更加有效地保护放大器的输入端口，从而提高放大器对浪涌电流冲击的抵抗能力。
从上文中可以理解，为了说明的目的而在本文中列出的数值都是假设性的和示例性的，例如采样周期的长度、电阻的阻值等。在不偏离本公开的实施例的精神的情况下，可以对这些数值进行修改。
虽然在本申请中权利要求书已针对特征的特定组合而制定，但是应当理解，本公开的范围还包括本文所公开的明确或隐含或对其任何概括的任何新颖特征或特征的任何新颖的组合，不论它是否涉及目前所要求保护的任何权利要求中的相同方案。

Claims (11)

1.一种电路检测方法，包括：
获取压敏电阻两端的电压在采样周期内的多个采样值；
获取流过所述压敏电阻的漏电流在所述采样周期内的多个采样值；
基于所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值，确定所述压敏电阻在所述采样周期内的有功功率值和所述电压的有效值；以及
基于所确定的所述有功功率值和所述电压的有效值确定所述压敏电阻的阻性漏电流值以用于电路的故障检测。
2.根据权利要求1所述的方法，其中所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值是通过数模转换器来获取的。
3.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述有功功率值包括：
基于所述采样周期内的所述电压的所述多个采样值和所述漏电流的所述多个采样值确定多个有功功率样本值；以及
通过对所述多个有功功率样本值求平均来计算所述有功功率值。
4.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述电压的有效值包括：
通过计算所述电压的所述多个采样值的均方根来计算所述电压的所述有效值。
5.根据权利要求1所述的方法，其中确定所述阻性漏电流值包括：
通过计算所述有功功率值和所述电压的所述有效值的比值来计算所述阻性漏电流值。
6.根据权利要求1至5中任一项所述的方法，其中电路的所述故障检测包括：
将所确定的所述阻性漏电流值与阻性漏电流的预先设定的阈值相比较；并且
响应于所确定的所述阻性漏电流值大于所述阈值，发出提醒。
7.一种电路检测装置，包括：
电压测量模块，被配置为测量压敏电阻两端的电压在采样周期内的多个采样值；
漏电流测量模块，被配置为测量流过所述压敏电阻的漏电流在所述采样周期内的多个采样值；
数模转换器，耦接至所述电压测量模块和所述漏电流测量模块，并且被配置为分别从所述电压测量模块和所述漏电流测量模块获取所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值；以及
中央处理单元，耦接至所述数模转换器并且被配置为：
基于所述电压的多个采样值和所述漏电流的多个采样值，确定所述压敏电阻在所述采样周期内的有功功率值和所述电压的有效值；
基于所确定的所述有功功率值和所述电压的有效值确定所述压敏电阻的阻性漏电流值以用于电路的故障检测。
8.根据权利要求7所述的装置，其中所述漏电流测量模块包括用于测量所述漏电流的放大器以及与所述放大器并联的瞬态抑制二极管(D1)。
9.根据权利要求8所述的装置，其中所述漏电流测量模块还包括与所述放大器并联的肖特基二极管。
10.根据权利要求8或9所述的装置，其中所述漏电流测量模块还包括与所述放大器并联的两个肖特基二极管(D2、D3)，并且所述两个肖特基二极管的极性相反。
11.根据权利要求7至9中任一项所述的装置，其中所述漏电流测量模块还包括电流互感器(L)，用以将所述阻性漏电流感应到所述漏电流测量模块。
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