CN212780965U - 一种剩余电流检测电路 - Google Patents

Abstract

一种剩余电流检测电路，所述第一剩余电流检测电路与第一检测磁芯连接，第二剩余电流检测电路与第二检测磁芯连接，第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路分别与脱扣执行电路连接用于驱动执行机构动作；所述电源电路连接在断路器的主回路上为第一剩余电流检测电路供电；所述第二检测磁芯为电磁式电流互感器，所述第二剩余电流检测电路无需电源供电，为电磁式剩余电流保护电路；第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路。本实用新型中的电源电路仅为第一剩余电流检测电路供电，无论电源电路是否正常工作，主线路的剩余电流都有检测电路所对应，提高安全性。

Description

一种剩余电流检测电路

技术领域

本实用新型涉及电流保护装置，具体涉及一种剩余电流检测电路。

背景技术

目前，市场上大部分的剩余电流动作断路器只能对工频交流或脉动直流剩余电流进行保护，但随着新能源行业发展，控制系统复杂性的提高，在实际的线路中还可能存在平滑直流剩余电流、高频剩余电流，而且现有的部分全电流剩余电流保护断路器使用硬件、软件配合实现会受到电源部分干扰，特别是当电源电压过低时，不具有剩余电流保护的功能。

发明内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种受电源电路干扰低、稳定性高的剩余电流检测电路。

为实现上述目的，本实用新型采用了如下技术方案：

一种剩余电流检测电路，包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路、电源电路、脱扣执行电路以及承接在断路器的主回路上的第一检测磁芯、第二检测磁芯；所述第一剩余电流检测电路与第一检测磁芯连接，第二剩余电流检测电路与第二检测磁芯连接，第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路分别与脱扣执行电路连接用于驱动执行机构动作；

所述电源电路连接在断路器的主回路上为第一剩余电流检测电路供电；

所述第二检测磁芯为电磁式电流互感器，所述第二剩余电流检测电路无需电源供电，为电磁式剩余电流保护电路；

所述第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路；

所述磁调制振荡电路用于采样断路器主回路的电流并对第一检测磁芯进行正反向激磁并向外输出方波信号，所述积分电路提取方波信号中的方波占空比并将剩余电流与载波进行耦合调制后传递至滤波电路，滤波电路进行解调滤除载波后传递至整流放大电路，经过整流放大电路进行整流放大后传递至第一比较电路；

所述第一比较电路包括第一比较器，第一比较器将接收的信号与阈值比较电压进行比较后传递至第二比较电路；

所述第二比较电路包括第二比较器，第二比较器将所接收的信号与虚地电平比较后传递至脱扣执行电路。

进一步，还包括连接在电源电路与第二剩余电流检测电路之间的剩余电流保护切换电路，在电源电路正常工作时，剩余电流保护切换电路使第二剩余电流检测电路无检测功能；在电源电路异常工作时，剩余电流保护切换电路使第二剩余电流检测电路正常工作。

进一步，所述第一检测磁芯的次级绕组CT1、第二检测磁芯的次级绕组CT2 均并联有抗浪涌的双向TVS管。

进一步，所述磁调制振荡电路对第一检测磁芯进行正反向激磁使第一检测磁芯的次级绕组CT1产生交替振荡，所述交替振荡频率是剩余电流最高频率的 2～10倍。

进一步，所述第一比较电路还包括掉电误差补偿电路，所述掉电误差补偿电路用于设定第一比较器的阈值比较电压以及对掉电时的误差信号进行补偿。

进一步，所述第二比较电路还包括高频滤波电路，所述高频滤波电路用于滤除第一比较电路所传递信号中的高频脉冲杂波信号，第二比较器将已滤除高频脉冲的信号与虚地电平比较后传递至脱扣执行电路。

进一步，所述磁调制振荡电路包括第一检测磁芯的次级绕组CT1、双向TVS 管VR5、运算放大器U1A、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电容器C6、电容器C7，所述双向TVS 管VR5与次级绕组CT1并联后的一端与电阻R11、电阻R11*、电阻R14的一端连接，双向TVS管VR5与次级绕组CT1并联后的另一端与NPN三极管Q1、PNP 三极管Q2的发射极连接，电阻R11的另一端与电容器C6的正极、电阻R11*的另一端、电阻R15的一端连接，电容器C6的负极与电源电路的VSS端连接，电阻R11*的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与GND连接，NPN 三极管Q1的集电极与电源电路的VCC端连接，PNP三极管Q2的集电极与电源电路的VSS端连接；

所述运算放大器U1A的正向输入端与电阻R19、电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与积分电路连接，运算放大器U1A的反向输入端与电阻R14的另一端连接，运算放大器U1A的输出端与电阻R12、电容器C7的一端、电阻R16的另一端连接，电阻R12的另一端与电容器C7的另一端、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的基极连接。

进一步，所述积分电路包括运算放大器U1B、电阻R17、电容器C11、电容器C9、电阻R22和电阻R25；所述运算放大器U1B的反向输入端与输出端连接，运算放大器U1B的输出端与滤波电路连接，运算放大器U1B的正向输入端与电阻R17、电容器C11的一端连接，电阻R17的另一端与电阻R22、电阻R25、电容器C9的一端连接，电阻R22、电容器C9的另一端与磁调制振荡电路连接，电阻R25、电容器C11的另一端与GND连接。

进一步，所述滤波电路包括运算放大器U2A、电阻R10、电阻R9、电容器 C4和电容器C5；

运算放大器U2A的反向输入端与输出端连接，运算放大器U2A的输出端与整流放大电路连接，电容器C4的一端与运算放大器U2A的反向输入端连接，电容器C5、电阻R10的一端与运算放大器U2A的正向输入端连接，电容器C5的另一端与GND连接，电阻R10、电容器C4的另一端与电阻R9的一端连接，电阻 R9的另一端与积分电路连接。

进一步，所述整流放大电路包括运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、二极管D3和二极管D4；

所述运算放大器U3A的反向输入端与电阻R6的一端、二极管D4的阴极、电阻R7的一端连接，运算放大器U3A的输出端与二极管D4的阳极、二极管D3 的阴极连接，电阻R6的另一端与滤波电路连接；

运算放大器U3B的正向输入端与GND连接，运算放大器U3B的输出端与第一比较电路连接，运算放大器U3B的反向输入端与电阻R8的一端、电阻R5、电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R4 的另一端与滤波电路连接，电阻R8的另一端与电阻R7的另一端、二极管D3的阳极连接。

进一步，所述第一比较电路包括掉电误差补偿电路、作为第一比较器的运算放大器U4A、电阻R20、电容器C10、二极管D6、电阻R31；

掉电误差补偿电路包括三极管Q3、电阻R26、电阻R27、电阻R29、电阻R30、电阻R36、稳压二极管VR2；所述电阻R27与电阻R30并联后的一端与电源电路的VCC端连接，电阻R29与电阻R26并联后的一端与三极管Q3的集电极连接，电阻R27、电阻R30并联后的另一端与电阻R26、电阻R29并联后的另一端连接用于与运算放大器U4A的反向输入端连接，电阻R36的两端分别与三极管Q3的发射极、基极连接，三极管Q3的发射极与电源电路的VSS端连接，稳压二极管 VR2的阳极与三极管Q3的基极连接，稳压二极管VR2的阴极与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与电源电路的VCC端连接；

所述运算放大器U4A的反向输入端与掉电补偿电路连接，运算放大器U4A 的正向输入端与电容器C10的一端、电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与整流放大电路连接，电容器C10的另一端与电源电路的VSS端连接，运算放大器U4A的输出端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与第二比较电路连接；

所述第二比较电路包括作为第二比较器的运算放大器U4B、电阻R18、电阻 R21、电阻R23、电阻R24、电容器C8、二极管D5；所述运算放大器U4B的反向输入端与GND连接，运算放大器U4B的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管 D5的阴极与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与脱扣执行电路连接，运算放大器U4B的正向输入端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与电阻 R18、电阻R24、电容器C8的一端连接，电阻R24的另一端与第一比较电路连接，电容器C8的另一端、电阻R18的另一端与电源电路的VSS端连接。

进一步，所述第二剩余电流检测电路包括电阻R34、双向TVS管VR6、二极管D7、二极管D8，电容器C12和电容器C14，所述电阻R34与第二检测磁芯的次级绕组CT2并联，双向TVS管VR6与电阻R34并联，二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容器C12的正极与电阻R34的一端连接，二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、电容器C14的正极与电阻R34的另一端连接并与GND连接，电容器C12的负极、电容器C14的负极连接并与脱扣执行电路中的脱扣器的一端连接，电容器C14的正极与脱扣器的另一端连接并一个GND连接。

进一步，所述剩余电流保护切换电路包括电阻R32、电阻R35和NMOS管Q4，所述NMOS管Q4的源极和漏极分别与第二剩余电流检测电路连接，NMOS管Q4的栅极分别与电阻R32、电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与NMOS管Q4的源极连接，电阻R32的另一端与电源电路连接。

本实用新型的一种剩余电流检测电路，包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路和电源电路，其中电源电路仅为第一剩余电流检测电路供电，第二剩余电流检测电路为无需电源电路供电的电磁式剩余电流检测电路，在电源电路正常工作时第一剩余电流检测电路用于检测断路器主线路的剩余电流，第一剩余电流检测电路包括磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路，能够用于1KHz及以下的交流、脉动直流、平滑直流、复合剩余电流等全类型剩余电流检测，在电源电路异常时由第二剩余电流检测电路检测断路器主线路的剩余电流，能够实现工频交流及脉动直流剩余电流检测，即使电源电路故障或不稳定也能实现剩余电流的检测，提高安全性。

此外，在第一剩余电流检测电路与第二剩余电流检测电路之间设置有剩余电流保护切换电路，剩余电流保护切换电路由电源电路供电，在电源电路正常工作时，剩余电流保护切换电路使第二剩余电流检测电路不工作，在电源电路异常工作时，剩余电流保护切换电路使第二剩余电流检测电路工作，进一步避免了电源电路在检测主回路剩余电流时对检测电路的干扰。

附图说明

图1是本实用新型一种剩余电流检测电路的示意图；

图2是本实用新型一种剩余电流检测电路中自平衡转换电路的电路图；

图3是本实用新型一种剩余电流检测电路中磁调制振荡电路的电路图；

图4-5是本实用新型一种剩余电流检测电路中积分电路的电路图；

图6-7是本实用新型一种剩余电流检测电路中滤波电路的电路图；

图8是本实用新型一种剩余电流检测电路中整流放大电路的电路图；

图9是本实用新型一种剩余电流检测电路中第一比较电路的电路图；

图10是本实用新型一种剩余电流检测电路中第二比较电路的电路图；

图11是本实用新型一种剩余电流检测电路中第二剩余电流检测电路的电路图；

图12是本实用新型一种剩余电流检测电路中剩余电流保护切换电路的电路图。

图13是本实用新型一种剩余电流检测电路中第一比较电路输出波形图。

具体实施方式

以下结合附图1至13给出的实施例，进一步说明本实用新型的一种剩余电流检测电路的具体实施方式。本实用新型的一种剩余电流检测电路不限于以下实施例的描述。

一种剩余电流检测电路，其特征在于：包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路、电源电路、脱扣执行电路以及承接在断路器的主回路上的第一检测磁芯、第二检测磁芯；所述第一剩余电流检测电路与第一检测磁芯连接，第二剩余电流检测电路与第二检测磁芯连接，第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路分别与脱扣执行电路连接用于驱动执行机构动作；

所述电源电路连接在断路器的主回路上为第一剩余电流检测电路供电；

所述第二检测磁芯为电磁式电流互感器，所述第二剩余电流检测电路无需电源供电，为电磁式剩余电流保护电路；

所述第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路；

所述磁调制振荡电路用于采样断路器主回路的电流并对第一检测磁芯进行正反向激磁并向外输出方波信号，所述积分电路提取方波信号中的方波占空比并将剩余电流与载波进行耦合调制后传递至滤波电路，滤波电路进行解调滤除载波后传递至整流放大电路，经过整流放大电路进行整流放大后传递至第一比较电路；

所述第一比较电路包括第一比较器，第一比较器将接收的信号与阈值比较电压进行比较后传递至第二比较电路；

所述第二比较电路包括第二比较器，第二比较器将所接收的信号与虚地电平比较后传递至脱扣执行电路。

本实用新型的一种剩余电流检测电路，包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路和电源电路，其中电源电路仅为第一剩余电流检测电路供电，第二剩余电流检测电路为无需电源电路供电的电磁式剩余电流保护电路，在电源电路正常工作时第一剩余电流检测电路用于检测断路器主线路的剩余电流，第一剩余电流检测电路包括磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路，能够用于交流、脉动直流、直流、复合电流剩余电流实现全类型剩余电流检测，在电源电路异常时由第二剩余电流检测电路检测断路器主线路的剩余电流，能够实现工频交流及脉动直流剩余电流检测，即使电源电路故障或不稳定也能实现剩余电流的检测，提高安全性。

结合图1-13提供一种实施例，一种剩余电流检测电路包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路、电源电路、脱扣执行电路以及承接在断路器的主回路上的第一检测磁芯、第二检测磁芯，断路器主回路的电源线充当初级绕组，优选在第一检测磁芯的次级绕组CT1、第二检测磁芯的次级绕组CT2均并联有抗浪涌的双向TVS管；所述第一剩余电流检测电路通过第一检测磁芯连接于断路器的主回路用于检测断路器的主回路的1KHz及以下的交流、脉动直流、平滑直流、复合电流剩余电流，电源电路连接在断路器的主回路上仅用于为第一剩余电流检测电路供电。第二剩余电流检测电路为电磁式检测电路，不需要由电源电路供电，第二剩余电流检测电路通过第二检测磁芯连接在断路器的主回路上用于检测工频交流及脉动直流剩余电流，第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路分别与脱扣执行电路连接用于驱动执行机构动作；优选在第二剩余检测电路设置剩余电流保护切换电路，在检测断路器主回路的剩余电流时，剩余电流保护电路用于在第一剩余电流检测电路和第二剩余电流检测电路之间切换，优选剩余电流保护电路的切换依赖于电源电路的驱动。

所述第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路；

所述磁调制振荡电路用于采样断路器主回路的电流并对第一检测磁芯进行正反向激磁使第一检测磁芯的次级绕组CT1产生交替振荡，优选其振荡频率是剩余电流频率的2～10倍，当断路器的主回路中的某一方向存在剩余电流时，第一检测磁芯磁场强度会在这一方向提前进入饱和，磁调制振荡电路所输出的方波信号中的方波占空比发生变化，方波占空比变化可体现剩余电流的方向及大小。

所述积分电路包括高通滤波电路，积分电路接收到的信号先经过高通滤波电路滤除低频信号，随后提取方波信号中的方波占空比并将剩余电流与载波进行耦合调制后传递至滤波电路，其中载波为三角形波形的载波，剩余电流为基波波形。

所述滤波电路包括有源滤波电路，滤波电路的截至频率设定为2kHz用于滤除将接收的信号进行解调滤除所接收信号中的高频载波，此时向整流放大电路传递的信号中包括剩余电流的波形。

整流放大电路用于将接收的信号进行放大并向第一比较电路输出全部为正值的信号，第一比较电路将接收的信号与第一比较器比较电压阈值进行比较并且在大于比较电压阈值时向第二比较电路输出正值的信号，第一比较电路用于将解调后的剩余电流采样值与设定阈值进行比较，确定剩余电流动作值。优选所述第一比较电路包括掉电误差补偿电路和第一比较器，所述掉电误差补偿电路用于设定第一比较器的阈值比较电压以及对掉电时的误差信号进行补偿，第一比较器将接收的信号与阈值比较电压进行比较后传递至第二比较电路。在不设置掉电误差补偿电路时，第一比较电路虽然能够实现比较功能，但是偶尔会产生误动情况。

优选所述第二比较电路包括高频滤波电路和第二比较器，第二比较电路将接收的信号经过高频滤波电路滤除高频杂波后经过第二比较器与虚地电平比较后向脱扣执行电路输出信号用于驱动执行机构动作。在第二比较电路的前期处理中，可能会存在高频毛刺信号未完全被处理，导致第一比较电路可能会被误触发，因而在第二比较器进行比较之前通过高频滤波电路将可能会误触发第一比较电路的脉冲信号滤除后再进行比较，防止产生误动作。

作为为第一剩余电流检测电路供电的电源电路，所述电源电路由开关电源对断路器的主回路电压进行降压产生单极性电源，单极性电源经过自平衡转换电路转换为正负双极性电源用于为第一剩余电流检测电路、剩余电流保护切换电路供电。

结合图2，提供一种自平衡转换电路的具体连接方式，所述自反馈平衡电路包括运算放大器U2B、电阻R28、电阻R33、电阻R37、电容器C13和电容器C15，所述运算放大器U2B的正向输入端分别与电阻R33、电阻R37、电容器C15的一端连接，电阻R37的另一端作为自反馈平衡电路的VCC端，电容器C13的一端、电容器C15的另一端与电阻R33的另一端连接且电阻R33的另一端作为自反馈平衡电路的VSS端；运算放大器U2B的反向输入端与输出端连接，电阻R28的一端与运算放大器U2B的反向输入端连接，电阻R28的另一端与电容器C13的另一端连接并与GND连接。

如图1所示，所述第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路。

所述磁调制振荡电路如图3所示，所述磁调制振荡电路包括由电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电容器C6和电容器C7组成的RL多谐振荡电路和作为滞回比较器的运算放大器U1A；在运算放大器U1A的同向输入端连接电阻R16、电阻R19，电阻R16、电阻R19用于调节滞回电压的宽度，运算放大器U1A的反向输入端与电阻R14连接，第一检测磁芯的次级绕组CT1与双向TVS管VR5并联后的一端分别与电阻R14、电阻R11的一端连接；电阻R15与电阻R11串联作为电压采样电阻，采样电阻两端的电压作为运算放大器U1A反向输入端的输入电压，其电压值与运算放大器U1A所设定的滞回电压阈值进行比较，在采样电阻两端的电压超过运算放大器U1A设定的滞回电压阈值时，运算放大器U1A的输出发生反转，输出的方波信号通过电阻R12、电容器C7交替导通NPN三极管Q1和PNP三极管Q2对第一检测磁芯进行正反向激磁并使第一检测磁芯的次级绕组CT1产生交替振荡，其振荡频率使剩余电流最高频率的2～5倍，当断路器的主回路中的某一方向存在剩余电流时，第一检测磁芯磁场强度会在这一方向提前进入饱和，运算放大器U1A输出端所输出的信号 V1中的方波占空比发生变化，方波占空比变化可体现剩余电流的方向及大小。

结合图3提供一种磁调制振荡电路的具体连接方式，所述磁调制振荡电路包括第一检测磁芯的次级绕组CT1、双向TVS管VR5、运算放大器U1A、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电容器C6、电容器C7，所述双向TVS管VR5与次级绕组CT1并联后的一端与电阻R11、电阻R11*、电阻R14的一端连接，双向TVS管VR5与次级绕组CT1并联后的另一端与NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的发射极连接，电阻 R11的另一端与电容器C6的正极、电阻R11*的另一端、电阻R15的一端连接，电容器C6的负极与电源电路的VSS端连接，电阻R11*的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与GND连接，NPN三极管Q1的集电极与电源电路的VCC端连接，PNP三极管Q2的集电极与电源电路的VSS端连接；其中电阻R11 与电阻R11*形成并联，利于对整体阻值进行调节，当某一需求电阻不是标准规格时，可通过两个标准规格电阻并联实现。

所述运算放大器U1A的正向输入端与电阻R19、电阻R16的一端连接，电阻 R16的另一端与积分电路连接，运算放大器U1A的反向输入端与电阻R14的另一端连接，运算放大器U1A的输出端与电阻R12、电容器C7的一端、电阻R16的另一端连接，电阻R12的另一端与电容器C7的另一端、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的基极连接。

所述积分电路如图4、5所示，积分电路包括由电容器C9、电阻R22、电阻 R25组成的高通滤波电路、电阻R17和电容器C11，所述高通滤波电路用于滤除由磁调制振荡电路所输出的信号V1中的低频信号，电阻R17、电容器C11用于提取信号V1中的方波占空比信息，并且将方波转换为波形为三角形的载波，剩余电流作为基波，载波和基波耦合调制为信号V2，优选运算放大器U1B作为跟随器，运算放大器U1将信号V2输出至滤波电路中。当然，积分电路也可以省略运算放大器U1B，直接由电阻R17、电容器C11向滤波电路输出信号V2。

结合4图，提供一种积分电路的具体连接方式，所述积分电路包括运算放大器U1B、电阻R17、电容器C11、电容器C9、电阻R22和电阻R25；所述运算放大器U1B的反向输入端与输出端连接，运算放大器U1B的输出端与滤波电路连接，运算放大器U1B的正向输入端与电阻R17、电容器C11的一端连接，电阻 R17的另一端与电阻R22、电阻R25、电容器C9的一端连接，电阻R22、电容器 C9的另一端与磁调制振荡电路连接，电阻R25、电容器C11的另一端与GND连接。

结合图5，提供一种省略作为跟随器的运算放大器U1B的积分电路连接方式，所述积分电路包括电阻R17、电容器C11、电容器C9、电阻R22、电阻R25，所述电阻R22并联在电容器C9的两端，电容器C9的一端与磁调制振荡电路连接，电容器C9的另一端与电阻R17、电阻R25的一端连接，电阻R17的另一端与电容器C11的一端、滤波电路连接，电阻R17的另一端用于输出信号V2,电阻R25、电容器C11的另一端与GND连接。

如图6、7所示，所述滤波电路由运算放大器U2A以及由电阻R9、电阻R10、电容器C4、电容器C5组成的有源滤波电路，滤波电路的截至频率设定为2kHz 用于滤除积分电路所输出信号V2中的高频载波部分，得到解调后的信号V3并向整流放大电路传递，在信号V3中包括剩余电流的波形。进一步的，优选如图 7所示，通过两个有源滤波电路串联以增强滤波效果。

结合图6、7提供一种滤波电路的具体连接方式，所述滤波电路包括运算放大器U2A、电阻R10、电阻R9、电容器C4、电容器C5；运算放大器U2A的反向输入端与输出端连接，运算放大器U2A的输出端与整流放大电路连接，电容器C4的一端与运算放大器U2A的反向输入端连接，电容器C5、电阻R10的一端与运算放大器U2A的正向输入端连接，电容器C5的另一端与GND连接，电阻R10、电容器C4的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与积分电路连接。如图7所示，两个滤波电路通过电阻R9的一端与运算放大器U2A的输出端串联在一起，形成滤波效果较强的滤波电路。

如图8所示，所述整流放大电路包括运算放大器U3A、运算放大器U3B、二极管D3、二极管D4、电阻R4、电阻R5、电阻R6、电阻R7和电阻R8，整流放大电路用于将信号V3进行整流放大处理使输出的信号全部为正值，整流放大电路向第一比较电路输出的信号为V4，其中R6＝R7，R8＝1/2R4，信号V3的放大倍数为R5/R4。

结合图8提供一种整流放大电路的具体连接方式，所述整流放大电路包括运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、二极管D3、二极管D4；所述运算放大器U3A的反向输入端与电阻R6的一端、二极管D4的阴极、电阻R7的一端连接，运算放大器U3A的输出端与二极管D4的阳极、二极管D3的阴极连接，电阻R6的另一端与滤波电路连接；

运算放大器U3B的正向输入端与GND连接，运算放大器U3B的输出端与第一比较电路连接，运算放大器U3B的反向输入端与电阻R8的一端、电阻R5、电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R4 的另一端与滤波电路连接，电阻R8的另一端与电阻R7的另一端、二极管D3的阳极连接。

如图9所示，所述第一比较电路包括掉电误差补偿电路、运算放大器U4A、电阻R20和电容器C10，所述掉电误差补偿电路包括电阻R26、电阻R27、电阻 R29、电阻R30、电阻R31、电阻R36、稳压二极管VR2、NPN三极管Q3，运算放大器U4A作为电压比较器，掉电误差补偿电路既可以用于调整比较电压阈值，又可以对掉电进行补偿。在电源电压关断时，RL多谐振荡电路会产生掉电脉冲信号导致误动作，此时掉电误差补偿电路中的NPN三极管Q3也产生了一个较大的脉冲信号，该信号接入运算放大器U4A的反向输入端从而补偿误差信号，如图13所示，图中上方的波形上方的波形是补偿脉冲信号，图中下方的波形是掉电误差脉冲信号。掉电误差补偿电路在电源断开时输出一个上升沿快于且高于主电路(的掉电误差脉冲信号)的脉冲信号(补偿脉冲信号)。掉电误差补偿电路中的电阻R31作为限流电阻，在正常工作时，由于VCC端的电压大于稳压二极管VR2的电压，此时稳压二极管VR2反向导通，为三极管Q3提供偏置电压及电流，此时三极管Q3导通，根据分压原理，运算放大器U4A反向输入端电压可通过电阻R26、电阻R27、电阻R29、电阻R30的阻值进行调节，从而设定电压比较器的阈值比较电压，当输入信号V4的电压大于设定阈值比较电压时，运算放大器输U4A出为正值，此时运算放大器U4A输出信号为V5。

结合图9，提供一种第一比较电路的具体连接方式，所述第一比较电路包括掉电误差补偿电路、作为第一比较器的运算放大器U4A、电阻R20、电容器C10、二极管D6和电阻R31。

掉电误差补偿电路包括三极管Q3、电阻R26、电阻R27、电阻R29、电阻R30、电阻R36、稳压二极管VR2；所述电阻R27与电阻R30并联后的一端与电源电路的VCC端连接，电阻R29与电阻R26并联后的一端与三极管Q3的集电极连接，电阻R27、电阻R30并联后的另一端与电阻R26、电阻R29并联后的另一端连接用于与运算放大器U4A的反向输入端连接，电阻R36的两端分别与三极管Q3的发射极、基极连接，三极管Q3的发射极与电源电路的VSS端连接，稳压二极管 VR2的阳极与三极管Q3的基极连接，稳压二极管VR2的阴极与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与电源电路的VCC端连接；

所述运算放大器U4A的反向输入端与掉电补偿电路连接，运算放大器U4A 的正向输入端与电容器C10的一端、电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与整流放大电路连接，电容器C10的另一端与电源电路的VSS端连接，运算放大器U4A的输出端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与第二比较电路连接。

如图10所示，所述第二比较电路包括高频滤波电路、运算放大器U4B、电阻21和二极管D5，所述高频滤波电路由电阻R18、电阻R23、电阻R24和电容器C8组成，高频滤波电路用于滤除信号V5中的高频杂波信号，运算放大器U4B 将经过滤波后的信号与虚地平进行比较输出，运算放大器U4B的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管D5的负极与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与脱扣执行电路连接，电阻R21用于对运算放大器U4B输出信号进行调节，二极管D5的正向导通用于与第二剩余电流检测电路所输出的驱动信号相隔离。

结合图10提供一种第二比较电路的具体连接方式，所述第二比较电路包括作为第二比较器的运算放大器U4B、电阻R18、电阻R21、电阻R23、电阻R24、电容器C8、二极管D5；所述运算放大器U4B的反向输入端与GND连接，运算放大器U4B的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与脱扣执行电路连接，运算放大器U4B的正向输入端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与电阻R18、电阻R24、电容器C8 的一端连接，电阻R24的另一端与第一比较电路连接，电容器C8的另一端、电阻R18的另一端与电源电路的VSS端连接。

所述第二剩余电流检测电路为独立于电网电压的电磁式剩余电流检测电路，可进行工频交流及脉动直流剩余电流检测，并且直接与脱扣执行电路连接向脱扣执行电路输出驱动信号。如图11、12所示，所述第二剩余电流检测电路包括第二检测磁芯的次级绕组CT2、电阻R34、双向TVS管VR6、二极管D7、二极管 D8、电容器C12、电容器C14，其中双向TVS管VR6以及二极管D7、二极管D8 作为浪涌保护与第二检测磁芯的次级绕组CT2并联，电容器C12、电容器C14用于对剩余电流信号的相位调节，可直接作为脱扣执行电路的驱动信号。

结合图11提供一种第二剩余电流检测电路的具体连接方式，所述第二剩余电流检测电路包括电阻R34、双向TVS管VR6、二极管D7、二极管D8，电容器 C12和电容器C14，所述电阻R34与第二检测磁芯的次级绕组CT2并联，双向TVS 管VR6与电阻R34并联，二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容器C12的正极与电阻R34的一端连接，二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、电容器C14 的正极与电阻R34的另一端连接并与GND连接，电容器C12的负极、电容器C14 的负极连接并与脱扣执行电路中的脱扣器的一端连接，电容器C14的正极与脱扣器的另一端连接并一个GND连接。

优选还包括用于切换第一剩余电流检测电路和第二剩余电流检测电路的剩余电流保护切换电路，所述剩余切换电路连接在第二剩余电流检测电路与电源电路之间，在电源电路正常工作或异常工作时，剩余切换电路供电实现第一剩余电流检测电路和第二剩余电流检测之间的切换。

所述剩余电流保护切换电路由电阻R32、电阻R35和NMOS管Q4组成，当电源电压正常时，电源电压经过电阻R32和电阻R35分压后使NMOS管Q4导通，则将第二检测磁性的次级绕组CT2短路，此时第二剩余电流检测电路无剩余电流检测功能，第一剩余电流检测电路正常工作，具备全类型剩余电流保护功能；当电源电压异常时，因第一剩余电流检测电路需要电源供电，此时第一剩余电流检测电路不能正常工作，同时NMOS管Q4无法导通，此时第二剩余电流检测电路正常工作，具备工频交流及脉动直流剩余电路保护功能。

结合图12提供一种具体的剩余电流保护切换电路的连接方式，所述剩余电流保护切换电路包括电阻R32、电阻R35和NMOS管Q4，所述NMOS管Q4的源极和漏极分别与第二剩余电流检测电路连接，NMOS管Q4的栅极分别与电阻R32、电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与NMOS管Q4的源极连接，电阻R32 的另一端与电源电路连接，如图12，将NMOS管的Q4的源极、漏极与第二剩余电流检测电路的电阻R34的两端连接，形成与第二剩余电流检测电路连接在一起的形式。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本实用新型所作的进一步详细说明，不能认定本实用新型的具体实施只局限于这些说明。对于本实用新型所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (14)

1.一种剩余电流检测电路，其特征在于：包括第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路、电源电路、脱扣执行电路以及承接在断路器的主回路上的第一检测磁芯、第二检测磁芯；所述第一剩余电流检测电路与第一检测磁芯连接，第二剩余电流检测电路与第二检测磁芯连接，第一剩余电流检测电路、第二剩余电流检测电路分别与脱扣执行电路连接用于驱动执行机构动作；

所述电源电路连接在断路器的主回路上为第一剩余电流检测电路供电；

所述第二检测磁芯为电磁式电流互感器，所述第二剩余电流检测电路无需电源供电，为电磁式剩余电流保护电路；

所述第一剩余电流检测电路包括依次连接的磁调制振荡电路、积分电路、滤波电路、整流放大电路、第一比较电路和第二比较电路；

所述磁调制振荡电路用于采样断路器主回路的电流并对第一检测磁芯进行正反向激磁并向外输出方波信号，所述积分电路提取方波信号中的方波占空比并将剩余电流与载波进行耦合调制后传递至滤波电路，滤波电路进行解调滤除载波后传递至整流放大电路，经过整流放大电路进行整流放大后传递至第一比较电路；

所述第一比较电路包括第一比较器，所述第一比较器将接收的信号与阈值比较电压进行比较后传递至第二比较电路；

所述第二比较电路包括第二比较器，第二比较器将所接收的信号与虚地电平比较后传递至脱扣执行电路。

2.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：还包括连接在电源电路与第二剩余电流检测电路之间的剩余电流保护切换电路，在电源电路正常工作时，剩余电流保护切换电路使第二剩余电流检测电路无检测功能；在电源电路异常工作时，剩余切换电路使第二剩余电流检测电路正常工作。

3.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第一检测磁芯的次级绕组CT1、第二检测磁芯的次级绕组CT2均并联有抗浪涌的双向TVS管。

4.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述磁调制振荡电路对第一检测磁芯进行正反向激磁使第一检测磁芯的次级绕组CT1产生交替振荡，所述交替振荡频率是剩余电流最高频率的2～10倍。

5.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第一比较电路还包括掉电误差补偿电路，所述掉电误差补偿电路用于设定第一比较器的阈值比较电压以及对掉电时的误差信号进行补偿。

6.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第二比较电路还包括高频滤波电路，所述高频滤波电路用于滤除第一比较电路所传递信号中的高频脉冲杂波信号，第二比较器将已滤除高频脉冲的信号与虚地电平比较后传递至脱扣执行电路。

7.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述磁调制振荡电路包括第一检测磁芯的次级绕组CT1、双向TVS管VR5、运算放大器U1A、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2、电阻R11、电阻R12、电阻R14、电阻R15、电阻R16、电阻R19、电容器C6、电容器C7，所述双向TVS管VR5与次级绕组CT1并联后的一端与电阻R11、电阻R11*、电阻R14的一端连接，双向TVS管VR5与次级绕组CT1并联后的另一端与NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的发射极连接，电阻R11的另一端与电容器C6的正极、电阻R11*的另一端、电阻R15的一端连接，电容器C6的负极与电源电路的VSS端连接，电阻R11*的另一端与电阻R15的一端连接，电阻R15的另一端与GND连接，NPN三极管Q1的集电极与电源电路的VCC端连接，PNP三极管Q2的集电极与电源电路的VSS端连接；

所述运算放大器U1A的正向输入端与电阻R19、电阻R16的一端连接，电阻R16的另一端与积分电路连接，运算放大器U1A的反向输入端与电阻R14的另一端连接，运算放大器U1A的输出端与电阻R12、电容器C7的一端、电阻R16的另一端连接，电阻R12的另一端与电容器C7的另一端、NPN三极管Q1、PNP三极管Q2的基极连接。

8.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述积分电路包括运算放大器U1B、电阻R17、电容器C11、电容器C9、电阻R22和电阻R25；所述运算放大器U1B的反向输入端与输出端连接，运算放大器U1B的输出端与滤波电路连接，运算放大器U1B的正向输入端与电阻R17、电容器C11的一端连接，电阻R17的另一端与电阻R22、电阻R25、电容器C9的一端连接，电阻R22、电容器C9的另一端与磁调制振荡电路连接，电阻R25、电容器C11的另一端与GND连接。

9.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述滤波电路包括运算放大器U2A、电阻R10、电阻R9、电容器C4和电容器C5；

运算放大器U2A的反向输入端与输出端连接，运算放大器U2A的输出端与整流放大电路连接，电容器C4的一端与运算放大器U2A的反向输入端连接，电容器C5、电阻R10的一端与运算放大器U2A的正向输入端连接，电容器C5的另一端与GND连接，电阻R10、电容器C4的另一端与电阻R9的一端连接，电阻R9的另一端与积分电路连接。

10.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述整流放大电路包括运算放大器U3A、运算放大器U3B、电阻R4、电阻R5、电阻R7、电阻R8、二极管D3和二极管D4；

所述运算放大器U3A的反向输入端与电阻R6的一端、二极管D4的阴极、电阻R7的一端连接，运算放大器U3A的输出端与二极管D4的阳极、二极管D3的阴极连接，电阻R6的另一端与滤波电路连接；

运算放大器U3B的正向输入端与GND连接，运算放大器U3B的输出端与第一比较电路连接，运算放大器U3B的反向输入端与电阻R8的一端、电阻R5、电阻R4的一端连接，电阻R5的另一端与运算放大器U3B的输出端连接，电阻R4的另一端与滤波电路连接，电阻R8的另一端与电阻R7的另一端、二极管D3的阳极连接。

11.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第一比较电路包括掉电误差补偿电路、作为第一比较器的运算放大器U4A、电阻R20、电容器C10、二极管D6、电阻R31；

掉电误差补偿电路包括三极管Q3、电阻R26、电阻R27、电阻R29、电阻R30、电阻R36、稳压二极管VR2；所述电阻R27与电阻R30并联后的一端与电源电路的VCC端连接，电阻R29与电阻R26并联后的一端与三极管Q3的集电极连接，电阻R27、电阻R30并联后的另一端与电阻R26、电阻R29并联后的另一端连接用于与运算放大器U4A的反向输入端连接，电阻R36的两端分别与三极管Q3的发射极、基极连接，三极管Q3的发射极与电源电路的VSS端连接，稳压二极管VR2的阳极与三极管Q3的基极连接，稳压二极管VR2的阴极与电阻R31的一端连接，电阻R31的另一端与电源电路的VCC端连接；

所述运算放大器U4A的反向输入端与掉电补偿电路连接，运算放大器U4A的正向输入端与电容器C10的一端、电阻R20的一端连接，电阻R20的另一端与整流放大电路连接，电容器C10的另一端与电源电路的VSS端连接，运算放大器U4A的输出端与二极管D6的阳极连接，二极管D6的阴极与第二比较电路连接；

所述第二比较电路包括作为第二比较器的运算放大器U4B、电阻R18、电阻R21、电阻R23、电阻R24、电容器C8、二极管D5；所述运算放大器U4B的反向输入端与GND连接，运算放大器U4B的输出端与二极管D5的阳极连接，二极管D5的阴极与电阻R21的一端连接，电阻R21的另一端与脱扣执行电路连接，运算放大器U4B的正向输入端与电阻R23的一端连接，电阻R23的另一端与电阻R18、电阻R24、电容器C8的一端连接，电阻R24的另一端与第一比较电路连接，电容器C8的另一端、电阻R18的另一端与电源电路的VSS端连接。

12.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第二剩余电流检测电路包括电阻R34、双向TVS管VR6、二极管D7、二极管D8，电容器C12和电容器C14，所述电阻R34与第二检测磁芯的次级绕组CT2并联，双向TVS管VR6与电阻R34并联，二极管D7的阳极、二极管D8的阴极、电容器C12的正极与电阻R34的一端连接，二极管D7的阴极、二极管D8的阳极、电容器C14的正极与电阻R34的另一端连接并与GND连接，电容器C12的负极、电容器C14的负极连接并与脱扣执行电路中的脱扣器的一端连接，电容器C14的正极与脱扣器的另一端连接并一个GND连接。

13.根据权利要求2所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述剩余电流保护切换电路包括电阻R32、电阻R35和NMOS管Q4，所述NMOS管Q4的源极和漏极分别与第二剩余电流检测电路连接，NMOS管Q4的栅极分别与电阻R32、电阻R35的一端连接，电阻R35的另一端与NMOS管Q4的源极连接，电阻R32的另一端与电源电路连接。

14.根据权利要求1所述的一种剩余电流检测电路，其特征在于：所述第一剩余电流检测电路通过第一检测磁芯连接于断路器的主回路用于检测断路器的主回路的1KHz及以下的交流、脉动直流、平滑直流、复合电流剩余电流，第二剩余电流检测电路通过第二检测磁芯连接在断路器的主回路上用于检测工频交流及脉动直流剩余电流。

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