CN210347754U - 一种剩余电流检测电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种剩余电流检测电路，包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈的信号输入端与电力线路电连接，所述罗氏线圈的信号输出端与一积分放大电路信号输入端电连接，所述积分放大电路的信号输出端连接第一放大电路的信号输入端，所述第一放大电路的信号输出端与第二放大电路的信号输入端电连接。当需要对电力线路中毫安级别的剩余电流进行实时采集时，采用罗氏线圈对剩余电流进行初步获取，然后依次经过积分放大电路、第一放大电路和第二放大电路，最后输出稳定的电压波形信号，实现了对微弱剩余电流信号的检测。

Description

一种剩余电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种剩余电流检测技术领域，具体涉及一种剩余电流检测电路。

背景技术

剩余电流，是指低压配电线路中各相(含中性线)电流矢量和不为零的电流。通俗讲当用电侧发生了事故,电流从带电体通过人体流到大地,使主电路进出线中的电流大小不相等,此时电流的瞬时矢量合成有效值称为剩余电流Z值，俗称漏电。

现有技术中对于剩余电流的检测一般是对一段时间内的漏电电流的有效值进行检测，即剩余电流的有效值。如果需要获取剩余电流的波形等，则需要对剩余电流实时检测。但是当剩余电流非常微小时，例如毫安级别的剩余电流现有技术不能实现。

实用新型内容

本实用新型为了解决上述技术问题，提出了如下技术方案：

第一方面，本实用新型实施例提供了一种剩余电流检测电路，包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈的信号输入端与电力线路电连接，所述罗氏线圈的信号输出端与一积分放大电路信号输入端电连接，所述积分放大电路的信号输出端连接第一放大电路的信号输入端，所述第一放大电路的信号输出端与第二放大电路的信号输入端电连接。

采用上述实现方式，当需要对电力线路中剩余电流进行实时采集时，采用罗氏线圈对剩余电流信号进行初步获取，然后依次经过积分放大电路、第一放大电路和第二放大电路，最后输出稳定的幅度较大的与剩余电流相关的电压信号，实现了对微弱剩余电流信号的检测。

结合第一方面，在第一方面第一种可能的实现方式中，所述积分放大电路，包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一运算放大器包括第一信号输入端、第二信号输入端和第一信号输出端，所述罗氏线圈的一个信号输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一信号输入端电连接，所述罗氏线圈的另一个信号输出端与所述第二信号输入端电连接；所述第二电阻的两端和所述第一电容的两端分别与所述第一信号输入端和所述第一信号输出端电连接，所述第二信号输入端接地，所述第一信号输出端与第一放大电路电连接。

结合第一方面第一种可能的实现方式，在第一方面第二种可能的实现方式中，所述第一放大电路包括：第二运算放大器、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第二运算放大器包括第三信号输入端、第四信号输入端和第二信号输出端，所述第三电阻的第一端与所述第三信号输入端电连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第四电阻的第一端与所述第四信号输入端电连接，所述第四电阻的第二端接地；所述第五电阻的两端分别与所述第三信号输入端和所述第二信号输出端电连接，所述第一信号输出端与第四信号输入端电连接。

结合第一方面第二种可能的实现方式，在第一方面第三种可能的实现方式中，所述第二放大电路包括：第三运算放大器、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第三运算放大器包括第五信号输入端、第六信号输入端和第三信号输出端，所述第六电阻的第一端与所述第五信号输入端电连接，所述第六电阻的第二端与参考电位信号源电连接，所述第七电阻的第一端与所述第六信号输入端电连接，所述第七电阻的第二端与所述参考电位信号源电连接；所述第八电阻的两端分别与所述第五信号输入端和所述第三信号输出端电连接,所述第二信号输出端与所述第六信号输入端电连接。

结合第一方面第三种可能的实现方式，在第一方面第四种可能的实现方式中，所述罗氏线圈与所述积分放大电路之间还设置有第九电阻，所述罗氏线圈信号输出端包括第四信号输出端和第五信号输出端，所述第九电阻的第一端分别与所述第四信号输出端和所述第一电阻的第一端电连接，所述第五信号输出端和所述第九电阻的第二端均与所述第二信号输入端电连接。

结合第一方面第四种可能的实现方式，在第一方面第五种可能的实现方式中，所述积分放大电路与所述第一放大电路之间还设置有第二电容，所述第二电容的两端分别与所述第一信号输出端和所述第四信号输入端电连接。

结合第一方面第五种可能的实现方式，在第一方面第六种可能的实现方式中，所述第一放大电路与所述第二放大电路之间还设置有第三电容，所述述第三电容的两端分别与所述第二信号输出端和所述第六信号输入端电连接。

结合第一方面第三至六种任一可能的实现方式，在第一方面第七种可能的实现方式中，还包括滤波电路，所述滤波电路的信号输入端与所述第三信号输出端电连接。

结合第一方面第七种可能的实现方式，在第一方面第八种可能的实现方式中，所述滤波电路包括第十电阻和第四电容，所述第十电阻的两端分别与所述第三信号输出端和剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容的的第一端与所述剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容的第二端接地。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的一种剩余电流检测电路的框架示意图；

图2为本实用新型实施例提供的一种剩余电流检测电路的结构示意图；

图1-2中，符号表示为：

P1-罗氏线圈，Q1-第一运算放大器，Q2-第二运算放大器，Q3-第三运算放大器，R1-第一电阻，R2-第二电阻，R3-第三电阻，R4-第四电阻，R5-第五电阻，R6-第六电阻，R7-第七电阻，R8-第八电阻，R9-第九电阻，R10-第十电阻，C1-第一电容，C2-第二电容，C3-第三电容，C4-第四电容，M-参考电位信号源。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本方案进行阐述。

图1为本实用新型实施例提供的一种剩余电流检测电路的框架示意图，参见图1，本实施例中的剩余电流检测电路包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈的信号输入端与电力线路电连接，所述罗氏线圈的信号输出端与一积分放大电路信号输入端电连接，所述积分放大电路的信号输出端连接第一放大电路的信号输入端，所述第一放大电路的信号输出端与第二放大电路的信号输入端电连接。

其中，罗氏线圈为又叫电流测量线圈、微分电流传感器，是一个均匀缠绕在非铁磁性材料上的环形线圈。输出信号是电流对时间的微分。通过一个对输出的电压信号进行积分的电路，就可以真实还原输入电流。

参见图2，本实施例提供的剩余电流检测电路中的所述积分放大电路，包括：第一运算放大器Q1、第一电阻R1、第二电阻R2和第一电容C1，所述第一运算放大器Q1包括第一信号输入端、第二信号输入端和第一信号输出端，所述罗氏线圈P1的一个信号输出端与所述第一电阻R1的第一端电连接，所述第一电阻R1的第二端与所述第一信号输入端电连接，所述罗氏线圈P1的另一个信号输出端与所述第二信号输入端电连接；所述第二电阻R2的两端和所述第一电容C1的两端分别与所述第一信号输入端和所述第一信号输出端电连接，所述第二信号输入端接地，所述第一信号输出端与第一放大电路电连接。

所述第一放大电路包括：第二运算放大器Q2、第三电阻R3、第四电阻R4和第五电阻R5，所述第二运算放大器Q2包括第三信号输入端、第四信号输入端和第二信号输出端，所述第三电阻R3的第一端与所述第三信号输入端电连接，所述第三电阻R3的第二端接地，所述第四电阻R4的第一端与所述第四信号输入端电连接，所述第四电阻R4的第二端接地；所述第五电阻R5的两端分别与所述第三信号输入端和所述第二信号输出端电连接，所述第一信号输出端与第四信号输入端电连接。

所述第二放大电路包括第三运算放大器Q3、第六电阻R6、第七电阻R7和第八电阻R8，所述第三运算放大器Q3包括第五信号输入端、第六信号输入端和第三信号输出端，所述第六电阻R6的第一端与所述第五信号输入端电连接，所述第六电阻R6的第二端与参考电位信号源M电连接，所述第七电阻R7的第一端与所述第六信号输入端电连接，所述第七电阻R7的第二端与所述参考电位信号源M电连接；所述第八电阻R8的两端分别与所述第五信号输入端和所述第三信号输出端电连接,所述第二信号输出端与所述第六信号输入端电连接。

所述罗氏线圈P1与所述积分放大电路之间还设置有第九电阻R9，所述罗氏线圈P1信号输出端包括第四信号输出端和第五信号输出端，所述第九电阻R9的第一端分别与所述第四信号输出端和所述第一电阻R1的第一端电连接，所述第五信号输出端和所述第九电阻R9的第二端均与所述第二信号输入端电连接。

所述积分放大电路与所述第一放大电路之间还设置有第二电容C2，所述第二电容C2的两端分别与所述第一信号输出端和所述第四信号输入端电连接。

所述第一放大电路与所述第二放大电路之间还设置有第三电容C3，所述述第三电容C3的两端分别与所述第二信号输出端和所述第六信号输入端电连接。

本实施例提供的剩余电流检测电路还包括滤波电路，所述滤波电路的信号输入端与所述第三信号输出端电连接。

所述滤波电路包括第十电阻R10和第四电容C4，所述第十电阻R10的两端分别与所述第三信号输出端和剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容C4的的第一端与所述剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容C4的第二端接地。

上述剩余电流检测电路中，罗氏线圈P1为优化设计后的罗氏线圈，使得其能够应用于毫安级及以下剩余电流信号采集电路中。

第九电阻R9为采样电阻，为电路通用配置。第一电阻R1、第二电阻R2、第一电容C1和第一运算放大器Q1组成有源积分电路。第一运算放大器Q1为低漂移运算放大器、可以保证毫安及以下的电流信号不会淹没在漂移中。第一电容C1采用1nF/1％的电容，可以具有较大的增益和较高的信号稳定性；第一电阻R1配合第一电容C1进行积分放大，第二电阻R2用于消除积分电路的电压漂移。

第二电容C2为交流耦合电容，进一步消除漂移的影响。

第三电阻R3、第四电阻R4、第五电阻R5和第二运算放大器Q2组成通用双极性放大电路，对第二电容C2输入的信号进行初级放大，且能很好的抑制漂移对信号的影响。第二运算放大器Q2为低漂移运算放大器、可以保证毫安及以下的电流信号不会淹没在漂移中，第三电阻R3和第五电阻R5用于控制放大倍数，第四电阻R4用于提供信号参考点，抑制信号漂移。

第三电容C3为交流耦合电容，能消除漂移的影响、且把双极性信号转换为单极性信号，方便后面电路对信号进行处理。

第六电阻R6、第七电阻R7、第八电阻R8和第三运算放大器Q3组成通用单极性放大电路，对第三电容C3输入的信号进行二级放大，使得后端采集的信号具有足够的增益和精度。

第十电阻R10和第四电容C4组成的滤波电路为无源RC滤波电路，滤除电路可能引入的高频干扰。Ileak为该电路调理的信号输出,通过调节电路的增益，可以应用于更大剩余电流信号采集电路。

由上述实施例可知，本实施例提供了一种剩余电流检测电路，包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈的信号输入端与电力线路电连接，所述罗氏线圈的信号输出端与一积分放大电路信号输入端电连接，所述积分放大电路的信号输出端连接第一放大电路的信号输入端，所述第一放大电路的信号输出端与第二放大电路的信号输入端电连接。当需要对电力线路中剩余电流进行实时采集时，采用罗氏线圈对剩余电流进行初步获取，然后依次经过积分放大电路、第一放大电路和第二放大电路，最后输出稳定的幅度较大的与剩余电流相关的电压信号，实现了对微弱剩余电流信号的检测。

需要说明的是，在本文中，诸如“第一”和“第二”等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

当然，上述说明也并不仅限于上述举例，本实用新型未经描述的技术特征可以通过或采用现有技术实现，在此不再赘述；以上实施例及附图仅用于说明本实用新型的技术方案并非是对本实用新型的限制，如来替代，本实用新型仅结合并参照优选的实施方式进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，本技术领域的普通技术人员在本实用新型的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换都不脱离本实用新型的宗旨，也应属于本实用新型的权利要求保护范围。

Claims (9)

1.一种剩余电流检测电路，其特征在于，包括：罗氏线圈，所述罗氏线圈的信号输入端与电力线路电连接，所述罗氏线圈的信号输出端与一积分放大电路信号输入端电连接，所述积分放大电路的信号输出端连接第一放大电路的信号输入端，所述第一放大电路的信号输出端与第二放大电路的信号输入端电连接。

2.根据权利要求1所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述积分放大电路，包括：第一运算放大器、第一电阻、第二电阻和第一电容，所述第一运算放大器包括第一信号输入端、第二信号输入端和第一信号输出端，所述罗氏线圈的一个信号输出端与所述第一电阻的第一端电连接，所述第一电阻的第二端与所述第一信号输入端电连接，所述罗氏线圈的另一个信号输出端与所述第二信号输入端电连接；所述第二电阻的两端和所述第一电容的两端分别与所述第一信号输入端和所述第一信号输出端电连接，所述第二信号输入端接地，所述第一信号输出端与第一放大电路电连接。

3.根据权利要求2所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述第一放大电路包括：第二运算放大器、第三电阻、第四电阻和第五电阻，所述第二运算放大器包括第三信号输入端、第四信号输入端和第二信号输出端，所述第三电阻的第一端与所述第三信号输入端电连接，所述第三电阻的第二端接地，所述第四电阻的第一端与所述第四信号输入端电连接，所述第四电阻的第二端接地；所述第五电阻的两端分别与所述第三信号输入端和所述第二信号输出端电连接，所述第一信号输出端与第四信号输入端电连接。

4.根据权利要求3所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述第二放大电路包括：第三运算放大器、第六电阻、第七电阻和第八电阻，所述第三运算放大器包括第五信号输入端、第六信号输入端和第三信号输出端，所述第六电阻的第一端与所述第五信号输入端电连接，所述第六电阻的第二端与参考电位信号源电连接，所述第七电阻的第一端与所述第六信号输入端电连接，所述第七电阻的第二端与所述参考电位信号源电连接；所述第八电阻的两端分别与所述第五信号输入端和所述第三信号输出端电连接,所述第二信号输出端与所述第六信号输入端电连接。

5.根据权利要求4所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述罗氏线圈与所述积分放大电路之间还设置有第九电阻，所述罗氏线圈信号输出端包括第四信号输出端和第五信号输出端，所述第九电阻的第一端分别与所述第四信号输出端和所述第一电阻的第一端电连接，所述第五信号输出端和所述第九电阻的第二端均与所述第二信号输入端电连接。

6.根据权利要求5所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述积分放大电路与所述第一放大电路之间还设置有第二电容，所述第二电容的两端分别与所述第一信号输出端和所述第四信号输入端电连接。

7.根据权利要求6所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述第一放大电路与所述第二放大电路之间还设置有第三电容，所述述第三电容的两端分别与所述第二信号输出端和所述第六信号输入端电连接。

8.根据权利要求4-7任一项所述的剩余电流检测电路，其特征在于，还包括滤波电路，所述滤波电路的信号输入端与所述第三信号输出端电连接。

9.根据权利要求8所述的剩余电流检测电路，其特征在于，所述滤波电路包括第十电阻和第四电容，所述第十电阻的两端分别与所述第三信号输出端和剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容的第一端与所述剩余电流检测电路信号输出端电连接，所述第四电容的第二端接地。

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