CN202770942U

CN202770942U - 电气火灾监控探测器及剩余电流传感器故障检测电路

Info

Publication number: CN202770942U
Application number: CN 201220346316
Authority: CN
Inventors: 张喜平; 张荣奎
Original assignee: SHENZHEN FORSAFE SYSTEM TECHNOLOGY CO LTD
Current assignee: SHENZHEN FORSAFE SYSTEM TECHNOLOGY CO LTD
Priority date: 2012-07-17
Filing date: 2012-07-17
Publication date: 2013-03-06
Anticipated expiration: 2022-07-17

Abstract

本实用新型属于低压电力电网领域，尤其涉及一种电气火灾监控探测器及其剩余电流传感器故障检测电路。本实用新型提供的剩余电流传感器的故障检测电路及其相对应的电气火灾监控探测器，根据剩余电流传感器本身具有非常小的直流阻抗和较大电感量的特性，在需要检测线路故障的时候将一个幅度和频率符合要求的正弦波加载在剩余电流传感器上，由电气火灾监控探测器的MCU控制输出各种情况下所需要的正弦波。模拟切换开关单元根据需要检查的情况进行开关电路的切换，由检测耦合单元根据需要检查的剩余电流和故障情况对信号进行滤波和放大，完成信号检查和故障检查的功能，提高整个电气火灾监控系统的安全性和可靠性。

Description

电气火灾监控探测器及剩余电流传感器故障检测电路

技术领域

本实用新型属于低压电力电网领域，尤其涉及一种电气火灾监控探测器及其剩余电流传感器故障检测电路。

背景技术

通过对近些年火灾发生原因的调查，发现50%以上的起因与电气火灾有关。线路老化、漏电、局部温度过高等是造成电气火灾的重要原因。随着对电气火灾进行监控需求的提出，国家也陆续出台了相关产品的标准，各厂家所生产的电气火灾监控产品均需满足国家标准的相关技术要求，而剩余电流传感器的线路故障检测也作为新的要求被提出来。

传感器属于电气火灾监控系统中最前端的感知器件，目前绝大数传感器与探测器采用外部连线的方式进行组合探测，因安装现场的线路较多，传感器与探测器之间的连线可能会存在短路、断路，线路破损，接触不实等现象，这将直接影响探测的结果，进而影响整个系统的可靠程度。目前正在执行的GB14287-2005《电气火灾监控系统》标准中，未对电气火灾监控探测器的传感器连线故障提出要求，所以绝大多数厂家的产品不具备传感器线路故障检测的功能。从系统的安全性和可靠性上考虑，电气火灾监控探测器应具备检测外部传感器线路故障的功能。

由于剩余电流传感器属于典型的感性器件，作为被动器件，本身无电流输出，其模型为等效内阻、等效电感和等效分布电容综合在一起的较为纯粹的感性器件，因此在检测其故障（如连线开路，短路等）问题会出现传统检测方法难以解决的问题。传感器本身的低阻抗和高感抗特性使得其在开路和短路检测时的状态与传感器本身工作在低电流的模式下的状态相差无几，难以区分。如果增加分压检测电路，又会造成电路工作的异常，因此目前市面上还没有出现过带剩余电流传感器故障检测的电气火灾监控探测器。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种剩余电流传感器故障检测电路，以克服现有电气火灾监控探测器缺乏对剩余电流传感器的线路故障检测功能的不足，以提高整个电气火灾监控系统的安全性和可靠性。

本实用新型是这样实现的，一种剩余电流传感器的故障检测电路，连接在电气火灾监控探测器的MCU电路与所述剩余电流传感器之间，所述故障检测电路包括：

与所述MCU相连、根据实际需要输出不同幅度和频率的正弦波、加载在所述剩余电流传感器上的正弦波发生器；

连接在所述剩余电流传感器与所述MCU之间、对剩余电流和故障情况进行检测的检测耦合单元；以及

连接在所述正弦波发生器与所述检测耦合单元之间、根据故障检查的需要对所述正弦波发生器与检测耦合单元的通断进行控制的模拟切换开关单元。

具体地，所述正弦波发生器包括供电芯片U1、运算放大器芯片U2、跟随器U3、PNP型三极管Q1、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7；

所述电阻R1的第一端接所述MCU的输出端，所述电阻R1的第二端同时接所述电阻R2的第一端与所述PNP型三极管Q1的基极，所述电阻R2的第二端同时接所述PNP型三极管Q1的发射极与直流电源，所述PNP型三极管Q1的集电极同时接所述电容C1的第一端、所述供电芯片U1的电源端与所述电容C2的第一端，所述电容C1的第二端、所述供电芯片U1的接地端与所述电容C2的第二端都接地，所述电阻R3连接在所述PNP型三极管Q1的集电极与所述运算放大器芯片U2的同相输入端之间，所述运算放大器芯片U2的同相输入端依次通过所述电容C4、电容C3和电阻R4形成正反馈电路接所述运算放大器芯片U2的输出端，所述电阻R6连接在所述运算放大器芯片U2的同相输入端与地之间，所述电阻R5、电容C5分别接在所述电容C4和电容C3的公共连接端与地之间，所述运算放大器芯片U2的反相输入端同时接所述电阻R7、电阻R8的第一端，所述电阻R7的第二端通过所述电容C6接地，所述电阻R8的第二端同时接所述电阻R9的第一端、所述二极管D1的阳极和所述二极管D2的阴极，所述电阻R9的第二端、所述二极管D1的阴极和所述二极管D2的阳极共接在所述运算放大器芯片U2的输出端上，所述运算放大器芯片U2的输出端同时接所述跟随器U3的同相输入端，所述跟随器U3的反相输入端与输出端共接在一起后接所述电容C7的第一端，所述电容C7的第二端为所述正弦波发生器的输出端。

进一步地，所述模拟切换开关单元包括：模拟开关切换芯片U7和电容C18；

所述模拟开关切换芯片U7的电源端同时接直流电源和所述电容C18的第一端，所述电容C18的第二端接地，所述模拟开关切换芯片U7的第二常开端NO2与所述正弦波发生器的输出端相连；

更进一步地，所述检测耦合单元包括：供电芯片U4、供电芯片U5、运算放大器芯片U6、磁珠FB1、磁珠FB2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；

所述供电芯片U4的电源端、供电芯片U5的电源端同时接直流电源和所述电阻R10的第一端，所述供电芯片U4的接地端、供电芯片U5的接地端都接地，所述电容C8连接在所述供电芯片U4的电源端与地之间，所述电容C9连接在所述供电芯片U5的电源端与地之间，所述电阻R10的第二端依次通过所述电阻R11、电阻R13同时接所述运算放大器芯片U6的同相输入端、所述模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2，所述电容C10、电容C11分别接在所述电阻R10的第二端与地之间，所述电阻R12接在所述电阻R11、电阻R13的公共连接端与地之间，所述电阻R16与电容C14依次串接在所述模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与地之间，所述电容C15接在所述模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与地之间，所述电阻R15、电容C12和电容C13分别连接在所述模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与第一公共端NC1之间；

所述磁珠FB1的第一端、磁珠FB2的第一端分别为所述检测耦合单元的第一输入端和第二输入端，所述磁珠FB2的第二端接所述模拟开关切换芯片U7的第二常闭端COM2，所述磁珠FB1的第二端同时接所述模拟开关切换芯片U7的第一常闭端COM1和所述电阻R14的第一端，所述电阻R14的第二端接所述运算放大器芯片U6的反相输入端，所述电容C16、电阻R17分别连接在所述运算放大器芯片U6的反相输入端与输出端之间，所述运算放大器芯片U6的输出端为所述检测耦合单元的输出端、与所述MCU相接，所述电容C17接在所述运算放大器芯片U6的输出端与地之间。

本实用新型的另一目的在于提供一种电气火灾监控探测器，包括剩余电流传感器与MCU，并且，所述电气火灾监控探测器还包括上述任意一种形式的剩余电流传感器的故障检测电路。

本实用新型提供的剩余电流传感器的故障检测电路及其相对应的电气火灾监控探测器，根据剩余电流传感器本身具有非常小的直流阻抗和较大电感量的特性，在需要检测线路故障的时候将一个幅度和频率符合要求的正弦波加载在剩余电流传感器上。正弦波发生器本身拥有较高的阻抗，由电气火灾监控探测器的MCU控制输出各种情况下所需要的正弦波。模拟切换开关单元根据需要检查的情况进行开关电路的切换，由检测耦合单元根据需要检查的剩余电流和故障情况对信号进行滤波和放大，完成信号检查和故障检查的功能，提高整个电气火灾监控系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路的结构框图；

图2是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的正弦波发生器的示例电子元器件图；

图3是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的检测耦合单元的示例电子元器件图；

图4是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的模拟切换开关单元的示例电子元器件图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。

图1是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路的结构框图；为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，如图所示：

一种剩余电流传感器的故障检测电路，连接在电气火灾监控探测器的MCU500与剩余电流传感器100之间，包括：正弦波发生器200、模拟切换开关单元300和检测耦合单元400；

其中，正弦波发生器200与电气火灾监控探测器的MCU500相连，可以根据实际需要输出不同幅度和频率的正弦波、加载在剩余电流传感器100上；检测耦合单元400连接在剩余电流传感器100与电气火灾监控探测器的MCU500之间、对剩余电流和故障情况进行检测；模拟切换开关单元300则是连接在正弦波发生器200与检测耦合单元400之间，根据故障检查的需要对前述二者的通断进行控制。

图2是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的正弦波发生器200的示例电子元器件图；为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，如图所示：

正弦波发生器200包括供电芯片U1、运算放大器芯片U2、跟随器U3、PNP型三极管Q1、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7；

电阻R1的第一端接电气火灾监控探测器的MCU500的输出端VCTRL，该VCTRL端为正弦波发生器200的控制端，控制整个正弦波发生器200的通断以及输出的正弦波的幅度与频率。电阻R1的第二端同时接电阻R2的第一端与PNP型三极管Q1的基极（需要说明的是，这里的PNP型三极管Q1是一个开关管，由开关管的通断影响整个正弦波发生器200的工作与否），电阻R2的第二端同时接PNP型三极管Q1的发射极与直流电源，PNP型三极管Q1的集电极同时接电容C1的第一端、供电芯片U1的电源端与电容C2的第一端，电容C1的第二端、供电芯片U1的接地端与电容C2的第二端都接地，电阻R3连接在PNP型三极管Q1的集电极与运算放大器芯片U2的同相输入端之间，运算放大器芯片U2的同相输入端依次通过电容C4、电容C3和电阻R4形成正反馈电路接运算放大器芯片U2的输出端，电阻R6连接在运算放大器芯片U2的同相输入端与地之间，电阻R5、电容C5分别接在电容C4和电容C3的公共连接端与地之间，运算放大器芯片U2的反相输入端同时接电阻R7、电阻R8的第一端，电阻R7的第二端通过电容C6接地，电阻R8的第二端同时接电阻R9的第一端、二极管D1的阳极和二极管D2的阴极，电阻R9的第二端、二极管D1的阴极和二极管D2的阳极共接在运算放大器芯片U2的输出端上，运算放大器芯片U2的输出端同时接跟随器U3的同相输入端，跟随器U3的反相输入端与输出端共接在一起后接电容C7的第一端，电容C7的第二端为正弦波发生器200的输出端TS，根据电气火灾监控探测器的MCU500输出端VCTRL的调控，产生输出不同的频率和幅度的正弦波形。

图3是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的检测耦合单元400的示例电子元器件图，图4是本实用新型实施例提供的剩余电流传感器故障检测电路中的模拟切换开关单元的示例电子元器件图；为了便于说明，仅示出了与本实用新型实施例相关的部分，如上述两图所示：

图4中的模拟切换开关单元300包括模拟开关切换芯片U7和电容C18；模拟开关切换芯片U7为一个至少包括两路模拟切换开关的芯片，至少包括两个控制端、两个敞开段、两个常闭端和两个控制端；其中，模拟开关切换芯片U7的两个控制端分别为IN1和IN2，模拟开关切换芯片U7的电源端V+同时接直流电源和电容C18的第一端，电容C18的第二端接地，模拟开关切换芯片U7的第一常开端NO1悬空、接地端GND接地，模拟开关切换芯片U7的第二常开端NO2与图2中的正弦波发生器200的输出端TS相连；

图3中的检测耦合单元400包括供电芯片U4、供电芯片U5、运算放大器芯片U6、磁珠FB1、磁珠FB2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；

供电芯片U4的电源端、供电芯片U5的电源端同时接直流电源和电阻R10的第一端，供电芯片U4的接地端、供电芯片U5的接地端都接地，电容C8连接在供电芯片U4的电源端与地之间，电容C9连接在供电芯片U5的电源端与地之间，电阻R10的第二端依次通过电阻R11、电阻R13同时接运算放大器芯片U6的同相输入端、模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2，电容C10、电容C11分别接在电阻R10的第二端与地之间，电阻R12接在电阻R11、电阻R13的公共连接端与地之间，电阻R16与电容C14依次串接在模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与地之间，电容C15接在模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与地之间，电阻R15、电容C12和电容C13分别连接在模拟开关切换芯片U7的第二公共端NC2与第一公共端NC1之间；

磁珠FB1的第一端、磁珠FB2的第一端分别为检测耦合单元400的第一输入端IP1和第二输入端IN1，接合在剩余电流传感器上，磁珠FB2的第二端接模拟开关切换芯片U7的第二常闭端COM2，磁珠FB1的第二端同时接模拟开关切换芯片U7的第一常闭端COM1和电阻R14的第一端，电阻R14的第二端接运算放大器芯片U6的反相输入端，电容C16、电阻R17分别连接在运算放大器芯片U6的反相输入端与输出端之间，运算放大器芯片U6的输出端为检测耦合单元的输出端IPO、与电气火灾监控探测器的MCU500相接，电容C17接在运算放大器芯片U6的输出端与地之间。

本实用新型还提供一种电气火灾监控探测器，包括剩余电流传感器与MCU，并且，所述电气火灾监控探测器还包括上述任意实施例提供的剩余电流传感器的故障检测电路。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了较详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改、或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种剩余电流传感器的故障检测电路，连接在电气火灾监控探测器的MCU与所述剩余电流传感器之间，其特征在于，所述故障检测电路包括：

2.如权利要求1所述的故障检测电路，其特征在于：所述正弦波发生器包括供电芯片U1、运算放大器芯片U2、跟随器U3、PNP型三极管Q1、二极管D1、二极管D2、电阻R1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7、电阻R8、电阻R9、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、电容C5、电容C6和电容C7；

3.如权利要求1或2所述的故障检测电路，其特征在于：

所述模拟切换开关单元包括：模拟开关切换芯片U7和电容C18；

所述检测耦合单元包括：供电芯片U4、供电芯片U5、运算放大器芯片U6、磁珠FB1、磁珠FB2、电阻R10、电阻R11、电阻R12、电阻R13、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R17、电容C8、电容C9、电容C10、电容C11、电容C12、电容C13、电容C14、电容C15、电容C16和电容C17；

所述供电芯片U4的电源端、供电芯片U5的电源端同时接直流电源和所述电阻R10的第一端，所述供电芯片U4的接地端、供电芯片U5的接地端都接地，所述电容C8连接在所述供电芯片U4的电源端与地之间，所述电容C9连接在所述供电芯片U5的电源端与地之间，所述电阻R10的第二端依次通过所述电阻R11、电阻R13同时接所述运算放大器芯片U6的同相输入端、所述模拟切换开关单元的第二公共端NC2，所述电容C10、电容C11分别接在所述电阻R10的第二端与地之间，所述电阻R12接在所述电阻R11、电阻R13的公共连接端与地之间，所述电阻R16与电容C14依次串接在所述模拟切换开关单元的第二公共端NC2与地之间，所述电容C15接在所述模拟切换开关单元的第二公共端NC2与地之间，所述电阻R15、电容C12和电容C13分别连接在所述模拟切换开关单元的第二公共端NC2与第一公共端NC1之间；

4.一种电气火灾监控探测器，包括剩余电流传感器与MCU电路，其特征在于，所述电气火灾监控探测器还包括如权利要求1-3任一项所述的剩余电流传感器的故障检测电路。