CN115588964B - 一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，属于漏电保护技术领域，包括电源稳压电路，基准电路，正波段漏电信号检测器，负波段漏电信号检测器，低通滤波器电路，逻辑处理及延迟电路,锁存输出电路。本发明具有三个特点：一是电路具有阈值电压可修正整，二是可实现交流电中零、火线之间的全波段漏电信号的检测与识别，三是全波段检测电路可扩展进行地线异常检测之使用。这使得漏电保护电路在应用中更符合实际漏电保护的要求，尽最大可能保护用电安全。

Description

一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路
技术领域
本发明涉及漏电保护技术领域，具体是一种对正弦交流电实施全波段检测的漏电保护电路。
背景技术
漏电保护器发展至今，已形成一个产品序列。在低压电网的安全保护中起着至关重要的作用。目前普遍使用的AC型漏电保护器如M54123电路仅能对正弦交流电中的半波漏电信号实施有效的检测，根据零序互感器中的漏电流线圈的绕制方向进行正版波或负半波信号实施检测，能力比较差，无法对交流电中可能随时出现的漏电信号进行有效检测，因此也无法充分保护用电安全。
同时工艺的偏差所带来的漏电保护器的漏电电流精度无法精确控制，目前通常的做法是对电路进行测试分档，这就提高了整个电路的成本，也有公司对漏电流实施了修正处理，但是该修正技术仅仅实施的是单向修正，若遇到工艺偏差极大的生产批次，则无法通过修正得到合适的漏电电流值。
发明内容
本发明的目的在于提供一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，包括稳压电路、基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器；
所述稳压电路，分别连接基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器，用于给这些电路模块提供稳定的工作电压；
所述基准电路，经信号低通滤波器处理后接入正波检测运放的正向输入端，经信号低通滤波器处理后接入负波检测运放的负向输入端，用于给正波检测运放和负波检测运放提供基准电压；其中，信号低通滤波器可以内部设置，也可以外部设置。
所述正波检测运放，对接入的IN信号中的正半周的信号幅度小于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口A；
所述负波检测运放，对接入的IN信号中的负半周的信号幅度的大于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口B；
所述逻辑处理及延迟电路模块，对正波检测运放的输出端口A及负波检测运放的输出端口B进行信号延迟，并做“与非”处理，并由Y端口输出至锁存器的输入端口；
所述锁存器，用于检测所述逻辑处理及延迟电路的输出端口Y信号的高电平，并对该高电平信号进行放大，进而驱动外部的可控硅电路。
作为本发明的进一步技术方案：所述信号低通滤波器对输入的信号进行低频通过、高频截止处理，信号低通滤波器可以内置与电路内部实现，也可以放置于电路外部使用。具体的，运用本专利下该发明内容的本公司的产品，低通滤波器由传统的RC低通滤波器放置于电路内部构成。
作为本发明的进一步技术方案：所述正波检测运放的基准信号与负波检测运放的基准信号共用同一个基准电路，以保证所述正波检测运放与所述负波检测运放的失修正电压一致性。
作为本发明的进一步技术方案：所述正波检测运放与所述负波检测运放的结构相同，相位相反，即正相检测运放的负输入端接入基准电压的输出端，负相检测运放的正输入端接入基准电压的输出端，且均由差分放大器构成，正波检测运放的和负波检测运放的阈值电压绝对值可实现完全相当，以保证全波检测漏电流的绝对值相等。
作为本发明的进一步技术方案：正波电信号检测运放，用于交流电正半轴漏电流的门限，正波检测运放的负极输入端输入漏电检测信号，正波检测运放的正端输入基准电路提供的基准电压，当漏电流达到翻转门限时，正波检测运放输出翻转。
作为本发明的进一步技术方案：负波电信号检测运放，用于交流电负半轴漏电流的门限，负波检测运放的正极输入端输入漏电检测信号，负波检测运放的负端输入基准电路提供的基准电压，当漏电流达到翻转门限时，负波检测运放输出翻转。
作为本发明的进一步技术方案：所述正波检测运放包括电阻R5、电阻R6、晶体管Q2和晶体管Q3，负波检测运放包括电阻R7、电阻R8、晶体管Q4和晶体管Q5，晶体管Q2和晶体管Q3构成正波检测运放的差分对管，晶体管Q4和晶体管Q5构成负波检测运放差分对管，电阻R5和电阻R6为正波检测运放输入管的集电极偏置电阻；电阻R7和电阻R8为负波检测运放输入管的集电极电阻，所述正波检测运放的正相输入管Q3的基极与所述负波检测运放的负相输入管的Q4管的基极相连，所述正波检测运放的负相输入管Q2管的基极与所述负波检测运放的正相输入管Q5管的基极相连。
作为本发明的进一步技术方案：所述正波检测运放与所述负波检测运放内部设有修正点，通过修正点对漏电流检测点进行设置。
作为本发明的进一步技术方案：所述修正点有多个，用于正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的双向修正，对正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的单向修正。
作为本发明的进一步技术方案：修正比例为1:2:4:8:16，其中16的修正方向与1，2，4，8的修正方向相反。
作为本发明的进一步技术方案：所述修正点共n+1级修正，第一级修正在测试点T1和测试点T2之间进行反向修正：第二级修正在测试点T2和测试点T3之间进行反向2倍修正，第n级修正在Tn-1和Tn之间进行反向2n-1次方修正，第n+1级修正在Tn与Tn+1之间进行正相2n次方修正，具体地在于修正位于正波检测运放的门限电压和负波检测运放的门限电压实现。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、电路具备交流电中全波段任意相位的漏电信号检测功能。2、设置修正电路用于精确修正电路的漏电电流检测点，减小电路生产和修正时的难度。使得本专利所制作的漏电保护电路更符合实际漏电保护要求。
附图说明
图1为本发明的电路结构示意图。
图2为本发明的稳压电路的电路图。
图3为本发明的基准电路图。
图4为本发明的全波段检测运放的电路图。
图5为漏电保护电路的阈值电压修正实施方式的电路图。
实施方式
下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1，如图1所示，一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，包括稳压电路、基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器；
其中，稳压电路分别连接基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器。稳压电路用于将外部电压（5.7V到30V）钳位在漏电保护电路工作电压（5V或8V）的典型值，给这些电路模块提供稳定的工作电压；
基准电路经信号低通滤波器处理后接入正波检测运放的正向输入端，经信号低通滤波器处理后接入负波检测运放的负向输入端，用于给正波检测运放和负波检测运放提供基准电压；
信号低通滤波器分为LPF+和LPF-两个滤波器，分别对应正波检测运放和负波检测运放；信号低通滤波器对输入的信号进行低频通过、高频截止处理，信号低通滤波器可以内置与电路内部实现，也可以放置于电路外部使用。具体的，运用本专利下该发明内容的本公司的产品，低通滤波器由传统的RC低通滤波器放置于电路内部构成；
正波检测运放对接入的IN信号中的正半周的信号幅度小于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口A；负波检测运放对接入的IN信号中的负半周的信号幅度的大于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口B，正波检测运放的基准信号与负波检测运放的基准信号共用同一个基准电路，以保证所述正波检测运放与所述负波检测运放的失修正电压一致性，正波检测运放的和负波检测运放的阈值电压绝对值可实现完全相当，以保证全波检测漏电流的绝对值相等，正波电信号检测运放，用于交流电正半轴漏电流的门限，正波检测运放的负极输入端输入漏电检测信号，正波检测运放的正端输入基准电路提供的基准电压，当漏电流达到翻转门限时，正波检测运放输出翻转。负波电信号检测运放，用于交流电负半轴漏电流的门限，负波检测运放的正极输入端输入漏电检测信号，负波检测运放的负端输入基准电路提供的基准电压，当漏电流达到翻转门限时，负波检测运放输出翻转；
逻辑处理及延迟电路模块对正波检测运放的输出端口A及负波检测运放的输出端口B进行信号延迟，并做“与非”处理，并由Y端口输出至锁存器的输入端口；锁存器用于检测所述逻辑处理及延迟电路的输出端口Y信号的高电平，并对该高电平信号进行放大，进而驱动外部的可控硅电路SCR。
实施例2，在实施例1的基础上，如图2所示，稳压电路包括晶体管Q0、电阻R0和稳压管D，晶体管Q0的集电极连接电压VCC，晶体管Q0的基极连接电阻R0，电阻R0的另一端连接晶体管Q0的发射极、稳压管D的阴极和信号VIN，稳压管D的阳极接地，晶体管Q0是电源开关管，为内部电路提供偏置电压。偏置电压是由电阻R0、稳压管D决定。数值在8.0V或5V附近（具体数值由所选择的二极管D的类型决定，例如使用齐纳二极管，则稳定输出为5V，使用传统EB结二极管，则输出稳定在8V左右）。电源稳压电路给所有其它模块供电，确保内部所有模块的器件工作在安全工作区。
实施例3，在实施例2的基础上，如图3所示，本设计中基准电路包括晶体管Q1、电阻R1-R4和电流源I1，电阻R1的一端连接电阻R3和信号VIN，电阻R1的另一端连接电阻R2和晶体管Q1的基极，晶体管Q1的集电极连接电阻R3的另一端，电阻R2的另一端连接电流源I1，电流源I1的另一端连接电阻R4和接地端，晶体管Q1的发射极连接信号Vref和电阻R4的另一端，晶体管Q1为开关管，它的发射极电压输出基准电压。电阻R1和电阻R2的电阻分压的电压值，减去晶体管Q1的EB结压降等于最终输出的基准电压。电流源I1用来为正波检测运放和负波检测运放提供相等的偏置电压。
实施例4，在实施例3的基础上，如图4所示，正波检测运放与负波检测运放结构相同，相位相反。由差分放大器构成，正波检测运放包括电阻R5、电阻R6、晶体管Q2和晶体管Q3，负波检测运放包括电阻R7、电阻R8、晶体管Q4和晶体管Q5，晶体管Q2和晶体管Q3构成正波检测运放的差分对管，晶体管Q4和晶体管Q5构成负波检测运放差分对管，电阻R5和电阻R6为正波检测运放输入管的集电极偏置电阻；电阻R7和电阻R8为负波检测运放输入管的集电极电阻，所述正波检测运放的正相输入管Q3的基极与所述负波检测运放的负相输入管的Q4管的基极相连，所述正波检测运放的负相输入管Q2管的基极与所述负波检测运放的正相输入管Q5管的基极相连，晶体管Q2和晶体管Q3构成正波检测运放的差分对管，晶体管Q4和晶体管Q5构成负波检测运放差分对管，电阻R5，R6为正波检测运放输入管的集电极偏置，可变电阻R4为正相检测运放阈值电压修正值使用；电阻R7，R8为负波检测运放输入管的集电极电阻，可变电阻R9为负相检测运放阈值电压修正值使用。正波检测运放的正相输入管Q3的基极与负波检测运放的负相输入管的Q4管的基极相连，正波检测运放的负相输入管Q2管的基极与负波检测运放的正相输入管Q5管的基极相连，电阻R4与电阻R5串联后连接在供电电源与晶体管Q2的集电极之间，电阻R7与电阻R9串联后连接在供电电源与晶体管Q4的集电极之间，晶体管Q3的集电极连接二极管D1的阴极，二极管D1的阳极连接电阻R6，电阻R6的另一端连接供电电源，晶体管Q5的集电极连接二极管D2的阴极，二极管D2的阳极连接电阻R8，电阻R8的另一端连接供电电源。
实施例5，在实施例4的基础上，正波检测运放与负波检测运放内部设有修正点，通过修正点对漏电流检测点进行设置。修正点有多个，用于正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的双向修正，对正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的单向修正。修正比例为1:2:4:8:16，其中16的修正方向与1，2，4，8的修正方向相反。修正点共n+1级修正，第一级修正在测试点T1和测试点T2之间进行反向修正：第二级修正在测试点T2和测试点T3之间进行反向2倍修正，第n级修正在Tn-1和Tn之间进行反向2n-1次方修正，第n+1级修正在Tn与Tn+1之间进行正相2n次方修正，具体地在于修正位于正波检测运放的门限电压和负波检测运放的门限电压实现。
工作原理如下：稳压电路给整个电路供电，正波检测是由基准电路和正波检测运放组成，基准电路给正波检测运放提供一个电流源和一个正相基准电压；负波检测是由基准电路和负波检测运放组成，基准电路给负波检测运放提供一个电流源和一个负相基准电压；具体的，全波段检测的实施方式：初始状态，Vref端和IN端的电位相等。其中，Vref端为参考电压端，IN端为输入信号端，当线路中出现正半轴漏电流时，通过零电流转换在Vref端和IN端产生一个IN电位绝对值小于Vref的感应电压，当该电压达到正波检测运放的门限电压下限时，正波检测运放输出端A呈现低电平，逻辑处理即延迟电路检测到A端口的低电平信号，则Y端口电位由初始的低电位（小于0.1V）反转为高电位（大于0.7V）；当线路中出现负半轴漏电流时，通过零电流转换在Vref端和IN端产生一个IN电位绝对值大于Vref的感应电压，当该电压达到负波检测运放的门限电压上限时，负波检测运放输出端B呈现低电平，逻辑处理即延迟电路检测到B端口的低电平信号，则Y端口电位由初始的低电位（小于0.1V）反转为高电位（大于0.7V）。
漏电保护电路的阈值电压可修正实施方式：请参阅图5，正相检测运放的负输入端集电极电阻共设置n个修正点，第一级修正在测试点T1和测试点T2之间进行反向修正：第二级修正在测试点T2和测试点T3之间进行反向2倍修正，第n-1级修正在测试点Tn-1和测试点Tn之间进行反向2n-1次方修正，第n级修正在测试点Tn与测试点Tn+1之间进行正相2n次方修正。负相检测运放的负输入端集电极电阻共设置n个修正点，第一级修正在测试点T1和测试点T2之间进行反向修正：第二级修正在测试点T2和测试点T3之间进行反向2倍修正，第n-1级修正在测试点Tn-1和测试点Tn之间进行反向2n-1次方修正，第n级修正在测试点Tn与测试点Tn+1之间进行正相2n次方修正。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (9)

1.一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，包括稳压电路、基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器；
所述稳压电路，分别连接基准电路、正波检测运放、负波检测运放、信号低通滤波器、逻辑处理及延迟电路和锁存器，用于给这些电路模块提供稳定的工作电压；
所述基准电路，经信号低通滤波器处理后接入正波检测运放的正向输入端，经信号低通滤波器处理后接入负波检测运放的负向输入端，用于给正波检测运放和负波检测运放提供基准电压；
所述正波检测运放，对接入的IN信号中的正半周的信号幅度小于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口A；
所述负波检测运放，对接入的IN信号中的负半周的信号幅度的大于基准电压的信号进行运放放大并接入所述逻辑处理及延迟电路的输入端口B；
所述逻辑处理及延迟电路模块，对正波检测运放的输出端口A及负波检测运放的输出端口B进行信号延迟，并做“与非”处理，并由Y端口输出至锁存器的输入端口；
所述锁存器，用于检测所述逻辑处理及延迟电路的输出端口Y信号的高电平，并对该高电平信号进行放大，进而驱动外部的可控硅电路。
2.根据权利要求1所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述信号低通滤波器对输入的信号进行低频通过、高频截止处理。
3.根据权利要求1所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述正波检测运放的基准信号与负波检测运放的基准信号共用同一个基准电路。
4.根据权利要求3所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述正波检测运放与所述负波检测运放的结构相同，相位相反，均由差分放大器构成。
5.根据权利要求4所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述正波检测运放包括电阻R5、电阻R6、晶体管Q2和晶体管Q3，负波检测运放包括电阻R7、电阻R8、晶体管Q4和晶体管Q5，晶体管Q2和晶体管Q3构成正波检测运放的差分对管，晶体管Q4和晶体管Q5构成负波检测运放差分对管，电阻R5和电阻R6为正波检测运放输入管的集电极偏置电阻；电阻R7和电阻R8为负波检测运放输入管的集电极电阻，所述正波检测运放的正相输入管Q3的基极与所述负波检测运放的负相输入管的Q4管的基极相连，所述正波检测运放的负相输入管Q2管的基极与所述负波检测运放的正相输入管Q5管的基极相连。
6.根据权利要求5所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述正波检测运放与所述负波检测运放内部设有修正点，通过修正点对漏电流检测点进行设置。
7.根据权利要求6所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述修正点有多个，用于正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的双向修正，对正波检测运放和负波检测运放的阈值电压的单向修正。
8.根据权利要求7所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，修正比例为1:2:4:8:16，其中16的修正方向与1，2，4，8的修正方向相反。
9.根据权利要求8所述的一种阈值电压可修正的全波段漏电检测保护电路，其特征在于，所述修正点共n+1级修正，第一级修正在测试点T1和测试点T2之间进行反向修正：第二级修正在测试点T2和测试点T3之间进行反向2倍修正，第n级修正在Tn-1和Tn之间进行反向2n-1次方修正，第n+1级修正在Tn与Tn+1之间进行正相2n次方修正。
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