CN219831341U - 一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，它解决了小电流检测精度低等问题，其包括直流漏电检测电路和交流漏电检测电路，直流漏电检测电路通过磁调制电路通过信号调制电路与MCU模块连接，交流漏电检测电路通过交流互感电路和运算放大电路与MCU模块连接，MCU模块配备有自检电路。本实用新型具有检测精度高、方便调整检测阈值等优点。

Description

一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置

技术领域

本实用新型属于漏电检测设备技术领域，具体涉及一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置。

背景技术

漏电检测仪是指一种用来检测漏电现象设备仪器。能够检测电流型触电保安器的动作电流及检测小于电流型触电保安器动作的不平衡泄漏电流，还能区分对人体有害的泄漏电压及对人体无害的感应电压；能有效地检测用电器的漏电现象。目前对于直流测量主要是分流器测量、霍尔互感器测量、磁调制互感器测量。其中分流器测量需要破坏母线，对线路连接和阻抗都有影响，在很多场合无法使用。而霍尔互感器很容易收到外部信号干扰，同时对于小电流信号检测精度不高，无法满足漏电流测量要求。

为了解决现有技术存在的不足，人们进行了长期的探索，提出了各式各样的解决方案。例如，中国专利文献公开了一种直流漏电保护电路[201410335399.9]，其包括漏电断路器、第一可控开关和至少一个第一电阻、第二可控开关和至少一个第二电阻、以及用于控制第一可控开关和第二可控开关通断的开关控制电路，所述交流漏电断路器的进线N端和L端分别接电源端正母线和负母线，出线N端和L端分别接负载端正极和负极；第一可控开关和第一电阻串联在正母线和地线之间，第二可控开关和第二电阻串联在负母线和地线之间。

上述方案在一定程度上解决了电流检测需要破坏母线的问题，但是该方案依然存在着诸多不足，例如对小电流检测精度较低问题。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种设计合理，对于小电流检测精度较高的具有高频交流测量的交直流漏电检测装置。

为达到上述目的，本实用新型采用了下列技术方案：一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，包括直流漏电检测电路和交流漏电检测电路，直流漏电检测电路通过磁调制电路通过信号调制电路与MCU模块连接，交流漏电检测电路通过交流互感电路和运算放大电路与MCU模块连接，MCU模块配备有自检电路。利用直流漏电检测电路和交流漏电检测电路方便对母线交流和直流分别进行测量检测，同时采用MCU模块代替常规的交流采样专用芯片，利用交流互感电路和运算放大电路直接获取原始波形的频率响应，高速检测到漏电流信号的发生，对于小电流具有较高的检测精度。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，直流漏电检测电路包括设置在母线上的磁调制互感器，磁调制互感器与第一运放跟随电路和第二运放跟随电路连接。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，第一运放跟随电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的输出端与反相输入端之间连接有电阻R1，第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2与MCU模块和第二运放跟随电路连接，第一运算放大器的同相输入端通过电阻R5与第二运放跟随电路连接。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，第二运放跟随电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，第二运算放大器的同相输入端通过电阻R4接地并通过电阻R3与MCU模块连接。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，交流漏电检测电路包括交流互感器与第三运放跟随电路连接。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，第三运放跟随电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端与交流互感器通过电阻R24连接，第三运算放大器的反向输入端通过电阻R26与输出端连接，第三运算放大器的反向输入端通过电阻R25与MCU模块连接，第三运算放大器的输出端通过电阻R18与MCU模块连接并通过电容C12接地。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，自检电路包括输入电路，输入电路连接有通讯电路。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，输入电路包括三极管Q1，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射接连接且接地，三极管Q1的集电极与通讯电路连接，通讯电路与三极管Q3的集电极连接，三极管Q2的基极与通讯电路连接；三极管Q2的集电极与检测端连接并通过电阻R6与MCU模块连接，三极管Q1的基极通过电阻R7与继电器检测端连接，三极管Q1的基极与发射极通过电阻R9连接，三极管Q3的基极通过电阻R16与继电器连接，三极管Q3的基极筒电阻R15与发射极连接接地。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，通讯电路包括UART通讯接口J2，UART通讯接口J2通过电阻R10与三极管Q2连接且之间通过并联的电阻R11、R8接地，UART通讯接口J2通过电阻R12与三极管Q1连接，UART通讯接口J2通过电阻R13与三极管Q3连接，UART通讯接口J2通过电阻R14与TX/RX引脚连接。

在上述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置中，MCU模块选用32位RISC-V架构。

与现有的技术相比，本实用新型的优点在于：采样双线圈分别对母线的交直流进行检测并进行运算放大，同时利用MCU模块代替专业测量芯片，避免了芯片内部采样速率限制的影响，从而提高了小信号电流漏电检测精度；自检电路通过自检输入的状态，实现警告分类输出，用户可方便地获知是自检信号产生的警告还是真实漏电警告；预留单线UART接口，在预设值状态下，可通过单线通讯方便地对产品进行阈值的修改。

附图说明

图1是本实用新型的直流漏电检测电路的电路原理图；

图2是本实用新型的交流漏电检测电路的电路原理图；

图3是本实用新型的自检电路的电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型做进一步详细的说明。

如图1-3所示，一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，包括直流漏电检测电路和交流漏电检测电路，直流漏电检测电路和交流漏电检测电路分别内置磁芯线圈，分别对母线中交流和直流成分进行测量检测。直流漏电检测电路通过磁调制电路通过信号调制电路与MCU模块连接，直流漏电检测电路通过磁调制电路产生自激荡激励波形，实现信号调制。交流漏电检测电路通过交流互感电路和运算放大电路与MCU模块连接，MCU模块配备有自检电路。通过运放放大电路对信号放大，将交流信号送入MCU模块的AD检测口。

具体地，直流漏电检测电路包括设置在母线上的磁调制互感器，磁调制互感器与第一运放跟随电路和第二运放跟随电路连接。当被测母线通过有直流电流时，线圈调制信号发生变化，通过MCU脉冲测定方式，实现对母线电流的检测。

深入地，第一运放跟随电路包括第一运算放大器，第一运算放大器的输出端与反相输入端之间连接有电阻R1，第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2与MCU模块和第二运放跟随电路连接，第一运算放大器的同相输入端通过电阻R5与第二运放跟随电路连接。当R1＝R2的时候，实现线圈充放电比较电压周期性变化相等，从而实现在无母线电流状态下，实现激励信号1:1的方波输出。当母线电流经过直流电流时，产生一个方向的磁场作用于磁芯，导致本身平衡的状态被打破，一直一遍因为额外的磁场存在，更快进行饱和状态，从反应到波形上，方波将不再1:1输出。

进一步地，第二运放跟随电路包括第二运算放大器，第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，第二运算放大器的同相输入端通过电阻R4接地并通过电阻R3与MCU模块连接。通过高精度轨到轨运放，实现直流偏置，当R3＝R4的时候，实现第二运算放大器输出电压为供电电压的一半，从而实现运放单电压供电下，信号以1/2Vmcu电压的正负变化。

更进一步地，交流漏电检测电路包括交流互感器与第三运放跟随电路连接。MUC模块通过高速信号转化，分析波形状态，实现对母线中交流漏电流的测量。通过互感器采用原始交流波形，通过运放进行信号放大，输入到MCU模块内部，并通过内部算法，实现对低频交流和高频交流测算同时进行补偿运算。

除此之外，第三运放跟随电路包括第三运算放大器，第三运算放大器的同相输入端与交流互感器通过电阻R24连接，第三运算放大器的反向输入端通过电阻R26与输出端连接，第三运算放大器的反向输入端通过电阻R25与MCU模块连接，第三运算放大器的输出端通过电阻R18与MCU模块连接并通过电容C12接地。第三运放跟随电路通过交流互感器对原始信号获取，中间没有采用交流电流的专业测量芯片，避免芯片内部采样速率限位的影响，从而有能力获取到更高频率的信号。MUC模块通常集成相关算法，对1k以上的高频信号进行特殊算法处理，从而实现了最大20k交流频率的检测。通过信号测定后，根据预设阈值，实现相关报警输出，本申请中交流报警和直流报警采用合并报警的方式输出，只要任何一个报警达到设置的阈值，都会在报警信号上有输出。

同时，自检电路包括输入电路，输入电路连接有通讯电路。通过对自检输入的状态，实现警告分类输出，用户可以方波的获知是通过自检信号产生的警告还是真实漏电警告，检测电流通过外部的电压高低进行控制。

可见地，输入电路包括三极管Q1，三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射接连接且接地，三极管Q1的集电极与通讯电路连接，通讯电路与三极管Q3的集电极连接，三极管Q2的基极与通讯电路连接；三极管Q2的集电极与检测端连接并通过电阻R6与MCU模块连接，三极管Q1的基极通过电阻R7与继电器检测端连接，三极管Q1的基极与发射极通过电阻R9连接，三极管Q3的基极通过电阻R16与继电器连接，三极管Q3的基极筒电阻R15与发射极连接接地。

很明显，通讯电路包括UART通讯接口J2，UART通讯接口J2通过电阻R10与三极管Q2连接且之间通过并联的电阻R11、R8接地，UART通讯接口J2通过电阻R12与三极管Q1连接，UART通讯接口J2通过电阻R13与三极管Q3连接，UART通讯接口J2通过电阻R14与TX/RX引脚连接。

优选地，MCU模块选用32位RISC-V架构，具有较高的运行主频，可实现快速的波形测定，同时对高频交流能够更高精度的频率测量。

综上所述，本实施例的原理在于：直流漏电检测电路和交流漏电检测电路代替传统低通滤波器实现对信号变化的滤波和积分操作，通过32位高速MCU模块实现快速波形测定，通过内部周期对比、脉冲占空比计算、抗干扰电子滤波、多数据差值平均滤波等算法，实现对外部母线的精确测量。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了MCU模块、自检电路等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，包括直流漏电检测电路和交流漏电检测电路，所述的直流漏电检测电路通过磁调制电路通过信号调制电路与MCU模块连接，所述的交流漏电检测电路通过交流互感电路和运算放大电路与MCU模块连接，所述的MCU模块配备有自检电路。

2.根据权利要求1所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的直流漏电检测电路包括设置在母线上的磁调制互感器，所述的磁调制互感器与第一运放跟随电路和第二运放跟随电路连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的第一运放跟随电路包括第一运算放大器，所述的第一运算放大器的输出端与反相输入端之间连接有电阻R1，所述的第一运算放大器的反相输入端通过电阻R2与MCU模块和第二运放跟随电路连接，所述的第一运算放大器的同相输入端通过电阻R5与第二运放跟随电路连接。

4.根据权利要求3所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的第二运放跟随电路包括第二运算放大器，所述的第二运算放大器的反相输入端与输出端连接，所述的第二运算放大器的同相输入端通过电阻R4接地并通过电阻R3与MCU模块连接。

5.根据权利要求1所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的交流漏电检测电路包括交流互感器与第三运放跟随电路连接。

6.根据权利要求5所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的第三运放跟随电路包括第三运算放大器，所述的第三运算放大器的同相输入端与交流互感器通过电阻R24连接，所述的第三运算放大器的反向输入端通过电阻R26与输出端连接，所述的第三运算放大器的反向输入端通过电阻R25与MCU模块连接，所述的第三运算放大器的输出端通过电阻R18与MCU模块连接并通过电容C12接地。

7.根据权利要求1所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的自检电路包括输入电路，所述的输入电路连接有通讯电路。

8.根据权利要求7所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的输入电路包括三极管Q1，所述的三极管Q1的发射极与三极管Q2的发射接连接且接地，所述的三极管Q1的集电极与通讯电路连接，所述的通讯电路与三极管Q3的集电极连接，所述的三极管Q2的基极与通讯电路连接；所述的三极管Q2的集电极与检测端连接并通过电阻R6与MCU模块连接，所述的三极管Q1的基极通过电阻R7与继电器检测端连接，所述的三极管Q1的基极与发射极通过电阻R9连接，所述的三极管Q3的基极通过电阻R16与继电器连接，所述的三极管Q3的基极筒电阻R15与发射极连接接地。

9.根据权利要求8所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的通讯电路包括UART通讯接口J2，所述的UART通讯接口J2通过电阻R10与三极管Q2连接且之间通过并联的电阻R11、R8接地，所述的UART通讯接口J2通过电阻R12与三极管Q1连接，所述的UART通讯接口J2通过电阻R13与三极管Q3连接，所述的UART通讯接口J2通过电阻R14与TX/RX引脚连接。

10.根据权利要求1所述的一种具有高频交流测量的交直流漏电检测装置，其特征在于，所述的MCU模块选用32位RISC-V架构。