CN219498934U - 一种剩余电流动作保护器及电子设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种剩余电流动作保护器及电子设备，该剩余电流动作保护器包括：功放单元，连接于控制单元与磁环之间；磁环，与功放单元和信号处理单元连接；信号处理单元，连接于控制单元与磁环之间，对采集电流信号进行处理后传输至控制单元；控制单元，与功放单元、信号处理单元分别连接，实时产生激励信号，接收采集电流信号，以及根据采集电流信号确定并发出输出信号；其中功放单元、信号处理单元和控制单元接入相同的供电单元。本实用新型实施例有效克服了电磁式漏电流传感器无法检测含直流分量的漏电流的缺点，同时采用单电源供电，有效简化电路，降低生产成本。

Description

一种剩余电流动作保护器及电子设备

技术领域

本实用新型涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种剩余电流动作保护器及电子设备。

背景技术

随着电动汽车的高速增长，相应的充电基础设施的安全性得到越来越高的关注，它不仅关乎消费者的生命和财产安全，更是影响社会公共安全的问题。充电基础设施的电气安全保护主要涉及短路、过载、故障电弧、剩余电流等要素的保护。

对于剩余电流动作保护器(简称漏电断路器)，现有漏电断路器可以按照剩余电流动作特性分为AC型漏电断路器、A型漏电断路器和B型漏电断路器。AC型漏电断路器对正弦交流剩余动作电流起保护作用，A型漏电断路器对正弦交流、脉动直流剩余动作电流起保护作用，B型漏电断路器对正弦交流、脉动直流、平滑直流剩余动作电流起保护作用。由于充电桩具有很多电力电子器件构成的整流和逆变电路，会产生高频剩余电流和直流剩余电流，AC型剩余电流动作保护器无法满足充电桩的要求。因此，基于充电桩的保护功能，需要逐渐采用A型、B型剩余电流动作保护器。随着充电桩标准的不断完善，后续对于交流充电将强制采用B型剩余电流动作保护器。

目前的B型漏电断路器一般采用双电源供电，磁芯采取包括激励线圈和采样线圈的双磁芯，电路较为复杂并且体积较大，不利于整机设计，对于应用场合有较大限制。

发明内容

本实用新型实施例为了解决上述问题，提供一种剩余电流动作保护器及电子设备。

根据本实用新型第一方面，提供了一种剩余电流动作保护器，所述剩余电流动作保护器包括：功放单元，连接于控制单元与磁环之间，用于对激励信号进行处理后传输至所述磁环，所述激励信号由所述控制单元实时产生；所述磁环，与所述功放单元和信号处理单元连接，用于采集待测电路的采集电流信号，并通过信号处理单元将所述采集电流信号传输至所述控制单元；信号处理单元，连接于所述控制单元与所述磁环之间，用于对所述采集电流信号进行处理后传输至所述控制单元；所述控制单元，与所述功放单元、所述信号处理单元分别连接，用于实时产生激励信号，接收所述采集电流信号，以及根据采集电流信号确定并发出输出信号；所述功放单元、所述信号处理单元和所述控制单元接入相同的供电单元。

根据本实用新型一实施方式，所述剩余电流动作保护器还包括：脱扣单元，与所述控制单元连接，用于从所述控制单元接收用于使得所述待测电路断路的脱扣信号，并驱动所述待测电路断路，所述控制单元在判定所述待测电路发生漏电时发出所述脱扣信号。

根据本实用新型一实施方式，所述脱扣单元包括：脱扣模块，与所述控制单元连接，从所述控制单元接收用于使得所述待测电路断路的脱扣信号；脱扣驱动电路，与所述脱扣模块连接，用于在接收到所述脱扣信号时，驱动所述待测电路断路。

根据本实用新型一实施方式，所述功放单元包括：功放驱动电路，与所述控制单元连接；功率放大电路，与所述功放驱动电路连接。

根据本实用新型一实施方式，所述磁环为非晶磁环。

根据本实用新型一实施方式，所述信号处理单元包括：滤波电路，连接于所述磁环与积分放大电路之间，用于对所述激励信号进行滤波；所述积分放大电路，连接于所述滤波电路和所述控制单元之间，用于对所述激励信号进行平滑处理；参考电压生成电路，与所述积分放大电路连接，用于生成对所述激励信号进行平滑处理所需的参考电压。

根据本实用新型一实施方式，所述控制单元，包括：激励模块，与所述功放单元连接，用于实时产生激励信号；输入模块，与所述信号处理单元连接；以及输出模块，用于根据采集电流信号确定并发出输出信号。

根据本实用新型一实施方式，所述供电单元的供电电压为3V。

根据本实用新型第二方面，还提供了一种电子设备，所述电子设备包括上述剩余电流动作保护器。

根据本实用新型一实施方式，所述电子设备为充电桩。

本实用新型实施例剩余电流动作保护器及电子设备，有效克服了电磁式漏电流传感器无法检测含直流分量的漏电流的缺点，同时采用单电源供电，有效简化电路，降低了生产成本。

需要理解的是，本实用新型的教导并不需要实现上面所述的全部有益效果，而是特定的技术方案可以实现特定的技术效果，并且本实用新型的其他实施方式还能够实现上面未提到的有益效果。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本实用新型示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本实用新型的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器的组成结构示意图；

图2示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器功放单元的实现原理示意图；

图3示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器控制单元104所输出的PWM激励信号；

图4示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器控制单元104所输出的PWM激励信号的激励电流波形示意图；

图5示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器信号处理单元的实现原理示意图；

图6示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器信号处理单元的采样电阻的电压波形示意图；

图7示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器信号处理单元的实现原理示意图。

具体实施方式

下面将参考若干示例性实施方式来描述本实用新型的原理和精神。应当理解，给出这些实施方式仅仅是为使本领域技术人员能够更好地理解进而实现本实用新型，而并非以任何方式限制本实用新型的范围。相反，提供这些实施方式是为使本实用新型更加透彻和完整，并能够将本实用新型的范围完整地传达给本领域的技术人员。

下面结合附图和具体实施例对本实用新型的技术方案进一步详细阐述。

图1示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器的组成结构示意图；

参考图1，本实用新型实施例剩余电流动作保护器包括功放单元101、信号处理单元102、磁环103和控制单元104。功放单元101连接于控制单元104与磁环103之间，用于对激励信号进行处理后传输至磁环103，激励信号由控制单元104实时产生。磁环103与功放单元101和信号处理单元102连接，用于采集待测电路的采集电流信号，并通过信号处理单元102将采集电流信号传输至控制单元104。信号处理单元102连接于控制单元104与磁环103之间，用于对采集电流信号进行处理后传输至控制单元104。控制单元104与功放单元101、信号处理单元102分别连接，用于实时产生激励信号，接收采集电流信号，以及根据采集电流信号确定并发出输出信号。其中，功放单元101、信号处理单元102和控制单元104接入相同的供电单元。

本实用新型这一实施例中，控制单元104可以采用32位嵌入式处理器GD32F230芯片，实时产生PWM激励信号。将PWM激励信号通功放单元102进行放大后传输至磁环103。磁环103用于从待测电路获取采集电流信号。信号处理单元102可以实现信号放大以及滤波功能，将采集电流信号进行放大和滤波等处理后传输至控制单元104。

在本实用新型这一实施方式中，控制单元104可以包括激励模块1041、输入模块1042和输出模块1043。激励模块1041与功放单元101连接，用于实时产生激励信号。输入模块1042，与信号处理单元102连接。输出模块1043用于根据采集电流信号确定并发出输出信号。

具体的，控制单元104的激励模块1041实时产生PWM激励信号，将PWM激励信号通功放单元102进行放大后传输至磁环103。磁环103从待测电路获取采集电流信号。信号处理单元102将采集电流信号进行放大和滤波等处理后，传输至控制单元104的输入模块1042。控制模块104对采集电流信号做均方根有效值计算和波形识别等处理，达到识别B型漏电波形的目的。剩余电流动作保护器的输入模块1042可以是嵌入式处理器GD32F230芯片的ADC(模数转换端口)。

举例说明，控制模块104对采集电流信号做均方根有效值计算和波形识别等处理过程中所应用的B型漏电识别原理如下：

将IEC62423:2007及GB 22794-2008标准对B型剩余电流传感器的要求总结并简化为传感器动作逻辑，可以简化为：在剩余电流平均值大于6mA时，产生动作，以及在剩余电流有效值大于30mA时，产生动作。

基于此，本实用新型实施例采用如下操作进行计算和处理：

a)在通过磁环103获取待测电路的采集电流信号的原始数组后，通过识别算法，筛选出其中待测电路的采集电流信号包含的所有波峰值、波谷值，分别组成数组。这里的识别算法采用通用的电流信号识别处理方法即可实现。

b)将识别得到的采集电流信号的波峰值减去标准波峰，采集电流信号的波谷值减去标准波谷值，得到波峰差值数组、波谷差值数组，这两个数组可以作为对剩余电流波形的间接采样。

c)对剩余电流波形分别求取平均值及方均根值，平均值可以体现剩余电流平均值大小，方均根值可以体现剩余电流有效值的大小。

d)最后，通过标定确定出6mA对应的平均值的实际值，30mA对应的方均根的实际值。

以上，即为控制单元104由原始数据到剩余电流检测及动作的基本逻辑。

在本实用新型这一实施方式中，功放单元101、信号处理单元102和控制单元104接入相同的供电单元(图1中未示出，其他图中以VCC示出)的供电电压可以为3V。

在本实用新型这一实施方式中，磁环103为非晶磁环。

图2示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器功放单元的实现原理示意图。

参考图2，在本实用新型这一实施方式中，功放单元101包括功放驱动电路(图2中以Q21和R21示出)和功率放大电路(图2中以U1A2和U1B2等元件示出)。功放驱动电路与控制单元104连接，功率放大电路与功放驱动电路连接。

具体的，Q21可以为NPN三极管，与电阻R21作为MOS管的驱动电路。U1A2为P沟道MOS(场效应管)，U1B为N沟道MOS。电阻R22作为限流电阻，电阻R25作为采样电阻。三极管Q21的基极输入信号为控制单元104所输出的PWM激励信号，例如：嵌入式处理器GD32F230芯片所输出端PWM激励信号。PWM激励信号可以为方波信号，图3示出了控制单元104所输出的PWM激励信号，图4示出了控制单元104所输出的PWM激励信号的激励电流波形示意图。

当控制单元104所输出的PWM激励信号为低电平时，Q21关断，由于电阻R21的上拉作用，Q21的集电极输出电压为3V。当输入电平为高时，Q21导通，与上拉电阻R21的阻值相比，Q21的导通电阻可以忽略不记，可以认为Q21集电极的输出电压为0V。

图5示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器信号处理单元的实现原理示意图。

参考图5，在本实用新型这一实施方式中，信号处理单元102包括滤波电路1021、积分放大电路1022和参考电压生成电路1023。滤波电路1021连接于磁环103与积分放大电路之间，用于PWM激励信号进行滤波。积分放大电路1022连接于滤波电路1021和控制单元104之间，用于对PWM激励信号进行平滑处理。参考电压生成电路1023，与积分放大电路连接，用于生成对PWM激励信号进行平滑处理所需的参考电压。

具体的，电阻R54、R55和电容C52、C53共同组成滤波电路1021，对从通过磁环103所采集的采集电流信号RS IN+和RS IN-进行滤波。电阻R51、R52和三极管U1B5组成参考电压生成电路1023，产生参考电压Vref。采样电阻R25的电压波形如图6所示，其中，U_r1表示波形的峰峰值，U_r2表示表示波形的峰谷值。电阻R53、电容C51、电阻R56、电容C54和三极管U1A5组成积分放大电路1022，积分放大电路1022结合参考电压Vref，对滤波电路1021所输入的信号做平滑处理，输出对采集电流信号进行处理后得到的信号SAMPLE。

在本实用新型这一实施方式中，剩余电流动作保护器还包括脱扣单元105。返回参考图1，脱扣单元105与控制单元104连接，用于从控制单元104接收用于使得待测电路断路的脱扣信号，并驱动待测电路断路。控制单元104在判定待测电路发生漏电时发出脱扣信号。

图7示出了本实用新型实施例剩余电流动作保护器信号处理单元的实现原理示意图。

参考图7，在本实用新型这一实施方式中，脱扣单元105包括脱扣模块1051和脱扣驱动电路1052。具体的，电阻R71、R72、电容C71和SCR(Silicon Controlled Rectifier，可控硅整流器)组成脱扣模块1051的脱扣驱动电路1052。当控制单元104识别到待测电路的有B型漏电流产生时，控制单元104通过输出模块1043输出高电平信号，SCR导通，驱动脱扣模块1051实现脱扣。输出模块1043可以为IO口。

本实用新型实施例剩余电流动作保护器及电子设备，有效克服了传统的电磁式漏电流传感器无法检测含直流分量的漏电流的缺点，同时在传统的双电源剩余电流动作保护器基础上进一步改进供电方式，采用电源供电方式，简化电路，有效降低生产成本。进一步的，采用本实用新型剩余电流动作保护器，检测误差符合漏电保护的标准要求，能满足对平滑直流、脉动直流以及不同频率交流漏电流的检测。

基于上述剩余电流动作保护器，本实用新型还提供了一种电子设备，电子设备包括上述剩余电流动作保护器。

在本实用新型这一实施方式中，电子设备为充电桩。

这里需要指出的是：以上对针对电子设备实施例的描述，与前述图1至7所示的剩余电流动作保护器实施例的描述是类似的，具有同前述图1至7所示的剩余电流动作保护器实施例相似的有益效果，因此不做赘述。对于本实用新型电子设备实施例中未披露的技术细节，请参照本实用新型前述图1至7所示的剩余电流动作保护器实施例的描述而理解，为节约篇幅，因此不再赘述。

需要说明的是，在本文中，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、物品或者装置不仅包括那些要素，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、物品或者装置所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括该要素的过程、方法、物品或者装置中还存在另外的相同要素。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的设备和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的设备实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，如：多个单元或组件可以结合，或可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另外，所显示或讨论的各组成部分相互之间的耦合、或直接耦合、或通信连接可以是通过一些接口，设备或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性的、机械的或其它形式的。

上述作为分离部件说明的单元可以是、或也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是、或也可以不是物理单元；既可以位于一个地方，也可以分布到多个网络单元上；可以根据实际的需要选择其中的部分或全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各实施例中的各功能单元可以全部集成在一个处理单元中，也可以是各单元分别单独作为一个单元，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中；上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用硬件加软件功能单元的形式实现。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成，前述的程序可以存储于计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，执行包括上述方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：移动存储设备、只读存储器(Read Only Memory，ROM)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

或者，本实用新型上述集成的单元如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本实用新型实施例的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机、服务器、或者网络设备等)执行本实用新型各个实施例方法的全部或部分。而前述的存储介质包括：移动存储设备、ROM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本实用新型的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种剩余电流动作保护器，其特征在于，所述剩余电流动作保护器包括：

功放单元，连接于控制单元与磁环之间，用于对激励信号进行处理后传输至所述磁环，所述激励信号由所述控制单元实时产生；

所述磁环，与所述功放单元和信号处理单元连接，用于采集待测电路的采集电流信号，并通过信号处理单元将所述采集电流信号传输至所述控制单元；

信号处理单元，连接于所述控制单元与所述磁环之间，用于对所述采集电流信号进行处理后传输至所述控制单元；

所述控制单元，与所述功放单元、所述信号处理单元分别连接，用于实时产生激励信号，接收所述采集电流信号，以及根据采集电流信号确定并发出输出信号；

所述功放单元、所述信号处理单元和所述控制单元接入相同的供电单元。

2.根据权利要求1所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述剩余电流动作保护器还包括：

脱扣单元，与所述控制单元连接，用于从所述控制单元接收用于使得所述待测电路断路的脱扣信号，并驱动所述待测电路断路，所述控制单元在判定所述待测电路发生漏电时发出所述脱扣信号。

3.根据权利要求2所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述脱扣单元包括：

脱扣模块，与所述控制单元连接，从所述控制单元接收用于使得所述待测电路断路的脱扣信号；

脱扣驱动电路，与所述脱扣模块连接，用于在接收到所述脱扣信号时，驱动所述待测电路断路。

4.根据权利要求1所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述功放单元包括：

功放驱动电路，与所述控制单元连接；

功率放大电路，与所述功放驱动电路连接。

5.根据权利要求1所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述磁环为非晶磁环。

6.根据权利要求1所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述信号处理单元包括：

滤波电路，连接于所述磁环与积分放大电路之间，用于对所述激励信号进行滤波；

所述积分放大电路，连接于所述滤波电路和所述控制单元之间，用于对所述激励信号进行平滑处理；

参考电压生成电路，与所述积分放大电路连接，用于生成对所述激励信号进行平滑处理所需的参考电压。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述控制单元，包括：

激励模块，与所述功放单元连接，用于实时产生激励信号；

输入模块，与所述信号处理单元连接；以及

输出模块，用于根据采集电流信号确定并发出输出信号。

8.根据权利要求1-6中任一项所述的剩余电流动作保护器，其特征在于，所述供电单元的供电电压为3V。

9.一种电子设备，所述电子设备包括权利要求1-8中任一项所述的剩余电流动作保护器。

10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于，所述电子设备为充电桩。