专利名称：电源漏电监测装置和电源漏电保护系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及电路技术领域，具体涉及一种电源漏电监测装置和电源漏电保护系统。
背景技术：
当前，电源系统中使用的蓄电池内部多为化学产品，本身属于危险品，长时间工作下老化较快，可能会产生漏电、漏液等情况。尤其是当多个电池串联应用于电源系统中，其端口的直流电压往往都很高，一旦漏电，对人身的安全存在极大的隐患。因此，电源的漏电保护显得比较重要。现有的很多电器上通常是使用漏电断路器实现对电源的漏电保护。在现有的漏电断路器中，包含有一个用于检测漏电流的互感器，互感器检测到漏电流后，其副边绕阻输出给后级的晶间管一个驱动电流，该驱动电流若使得晶闸管导通，则晶间管驱动后级的二极管整流器导通，二极管整流器将一路交流电整流成直流电源驱动脱扣器工作，脱扣器使得电源空开脱扣以保护电源电路。在对现有技术研究和实践后发现，现有漏电断路器由于使用晶闸管和二极管整流器等驱动脱扣器，使得整个装置成本偏高。同时，由于晶闸管需要一个较大的驱动电流尖峰才能可靠导通，所以对于其漏电流相对较小的情况无法保护，使用场景也就相对有限。 例如假设晶闸管驱动电流至少需要100mA，互感器变比为N 1，此场景下若漏电流小于 N*100mA，则互感器的副边绕阻输出到晶闸管的门极电流会小于100mA，这就无法使得晶闸管正常导通，当然也就无法进行保护。
发明内容
本发明实施例提供一种电源漏电监测装置和电源漏电保护系统，以期降低漏电监测装置的制造成本，尽量扩大其应用场景。为解决上述技术问题，本发明实施例提供以下技术方案本发明实施例一方面提供一种电源漏电监测装置，包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电路和比较电路；其中，所述电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；所述有源采样电路，用于将所述电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；所述整流滤波处理电路，用于对所述第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；所述比较电路，用于比较漏电参考电压和所述第二电压信号，若所述第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号。本发明实施例另一方面提供一种电源漏电保护系统，包括电源漏电监测装置、脱扣器驱动电路和脱扣器；其中，所述电源漏电监测装置包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电
5路和比较电路；其中，所述电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；所述有源采样电路，用于将所述电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；所述整流滤波处理电路，用于对所述第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；所述比较电路，用于比较漏电参考电压和所述第二电压信号，若所述第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号以驱动所述脱扣器驱动电路导通工作；所述脱扣器在所述脱扣器驱动电路的驱动下工作使得电源空开脱扣。 由上可见，本发明实施例电源漏电监测装置选用有源采样电路来将电流互感器副边绕阻感应出的漏电流转换为电压信号输出到整流滤波处理电路，整流滤波处理电路将对输入的电压信号进行整流滤波处理后输出到比较电路，比较电路用于输入电压与漏电参考电压进行比较，若输入电压大于漏电参考电压则比较电路输出漏电故障指示信号。基于该结构的电源漏电监测装置，通过调节电流互感器的变比和比较电路的漏电参考电压，便可实现各种不同场景漏电流检测的精度需要，应用场景丰富；有源采样电路、整流滤波处理电路、比较电路等都可基于低成本的放大器构建，电源漏电监测装置的制造成本可有效降低； 并且电源漏电监测装置可与数控系统或非数控系统组合应用，有利于应用到各种不同的领域，如太阳能系统、电机控制系统等。
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图Ι-a是本发明实施例提供的一种电源漏电监测装置的示意图；图Ι-b是本发明实施例提供的另一种电源漏电监测装置的示意图；图1-c是本发明实施例提供的另一种电源漏电监测装置的示意图；图Ι-d是本发明实施例提供的另一种电源漏电监测装置的示意图；图Ι-e是本发明实施例提供的另一种电源漏电监测装置的示意图；图Ι-f是本发明实施例提供的另一种电源漏电监测装置的示意图；图2_a是本发明实施例提供的一种电源漏电保护系统的示意图；图2_b是本发明实施例提供的另一种电源漏电保护系统的示意图；图2-c是本发明实施例提供的另一种电源漏电保护系统的示意图；图2_d是本发明实施例提供的一种脱扣器的开关结构示意图。
具体实施例方式本发明实施例提供一种电源漏电监测装置和电源漏电保护系统。下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。以下通过实施例分别进行详细说明。参见图Ι-a，本发明实施例提供的电源漏电监测装置100，可包括电流互感器 110、有源采样电路120、整流滤波处理电路130和比较电路140。其中，电流互感器110，用于感应出电源线缆的漏电流。电源接线一般为正、负两极或正、N、负三极。正常情况下，电源端口的输入与输出电流之和为零，若电流之和不为零则认为有漏电情况。因此，电流互感器110可加装在电源输出线缆上，当电源线缆存在漏电情况时，电流互感器110的原边绕阻便可感应出电源线缆的漏电流，而电流互感器110的副边绕阻亦可从其原边绕阻感应出电流，其中，电流互感器110的原边绕阻和副边绕阻感应出的电流大小的比值等于电流互感器110的变比。有源采样电路120，用于将电流互感器110的副边绕阻的感应电流(即图中示出的电流i)转换为第一电压信号并输出。整流滤波处理电路130，用于对第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出。在实际应用中，整流滤波处理电路130可能是能够对输入信号进行整流滤波处理的各种电路。例如参见图l_b，在一个实施例中，整流滤波处理电路130例如可包括隔直电路 131、绝对值电路132和滤波电路133。其中，隔直电路131的输入端与有源采样电路120的输出端连接，隔直电路131的输出端与绝对值电路132的输入端连接，绝对值电路132的输出端与滤波电路133的输入端连接，滤波电路133的输出端与比较电路140的输入端连接。 图l_b所示架构下，隔直电路131，用于滤除第一电压信号中的直流干扰信号后输出；绝对值电路132，用于对输入的电压信号进行整流处理后输出；滤波电路133，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。又例如参见图1-c，在另一个实施例中，整流滤波处理电路130例如可以包括隔直电路131、二极管整流电路134和滤波电路133。其中，隔直电路131的输入端与有源采样电路120的输出端连接，隔直电路131的输出端与二极管整流电路134的输入端连接，二极管整流电路134的输出端与滤波电路133的输入端连接，滤波电路133的输出端与比较电路140的输入端连接。图1-c所示架构下，隔直电路131，用于滤除第一电压信号中的直流干扰信号后输出；二极管整流电路134用于对输入的电压信号进行整流处理后输出；滤波电路133，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。又例如参见图Ι-d，在另一个实施例中，整流滤波处理电路130例如可以包括绝对值电路132和滤波电路133 ；其中，绝对值电路132的输入端与有源采样电路120的输出端连接，绝对值电路132的输出端与滤波电路133的输入端连接，滤波电路133的输出端与比较电路140的输入端连接；在图Ι-d所示架构下，绝对值电路132，用于对第一电压信号进行整流处理后输出；滤波电路133，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。又例如参见图Ι-e，在另一个实施例中，整流滤波处理电路130例如可能包括二极管整流电路134和滤波电路133 ；其中，二极管整流电路134的输入端与有源采样电路 120的输出端连接，二极管整流电路134的输出端与滤波电路133的输入端连接，滤波电路 133的输出端与比较电路140的输入端连接；在图Ι-e所示架构下，二极管整流电路134，用于对第一电压信号进行整流处理后输出；滤波电路133，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。比较电路140，用于比较漏电参考电压和第二电压信号，若第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号(比较电路140输出漏电故障指示信号，则表明电源线缆存在漏电问题)。其中，该漏电参考电压可根据具体应用场景和检测精度需求具体设定。漏电故障指示信号例如可以是一个高电平的数字信号或模拟信号。当然，比较电路140 若比较出第二电压信号小于漏电参考电压，则可输出安全指示信号。安全指示信号例如可以是一个低电平的数字信号或模拟信号。为便于更好的理解和实施本发明实施例的上述方案，参见图l_f，下面还提供电源漏电监测装置100的各个电路的一种具体举例结构。在实际应用中，为了加大漏电流的保护范围，可以适当的提高电流互感器的变比， 电流互感器110的精度越高，电流感应的准确性也就越高。图Ι-f所示的电源漏电监测装置的工作过程可如下，例如电流互感器110的原边绕阻感应到漏电流，有源采样电路120便可将电流互感器110副边绕阻相应感应到的电流信号转换成电压信号Va输出；该电压信号Va经过隔直电路131滤除其中的直流干扰成份并输出Vb，再经过绝对值电路132将交流电压信号转化成直流电压信号，并经过滤波电路 133将该直流电压信号最终转化成相对平滑的直流电压信号Vc并输出，比较电路140将故障参考电平Vref和输入的Vc进行比较，若Vc > Vref,比较电路140输出漏电故障指示信号。举例来说，假设电流互感器110变比为η 1，当有电源漏电故障时，流过电流互感器Iio的电流I不为0，电流互感器110副边绕组的感应出电流i = I/n ；其副边绕组的电流经过有源采样电路120得到一个电压信号Va(可通过调整电阻Rl的阻值来调整Va的大小，Rl的阻值越大，Va就越大)，再经过隔直电路131去除有源采样电路120中放大器电路直流偏置产生的直流干扰信号，得到电压信号Vb并输出；Vb经过绝对值电路132和滤波电路133处理后形成一个平滑的直流电压信号Vc(Vc = Rl*I/n)并输出，比较电路140比较 Vc与故障参考电压Vref，当Vc = Rl*I/n > Vref,即I > Vref*n/Rl时，比较电路140输出漏电故障指示信号，假设Vref = 1. 5V，n = 230，Rl = 560ohms,即漏电流I > 0. 61A时，表示电源线缆存在漏电故障。在实际应用中，电源漏电监测装置100可将漏电故障指示信号输出到后级装置， 该后级装置例如可以是数控系统(该数控系统可在漏电故障指示信号的驱动下进行自动进行电源漏电保护)或故障指示灯电路(漏电故障指示信号可驱动故障指示灯电路导通， 进而点亮该故障指示灯，即当故障指示灯点亮时表明电源线缆存在漏电故障，操作员便可手动检修故障)。由上可见，本实施例电源漏电监测装置选用有源采样电路来将电流互感器副边绕阻感应出的漏电流转换为电压信号输出到整流滤波处理电路，整流滤波处理电路将对输入的电压信号进行整流滤波处理后输出到比较电路，比较电路用于输入电压与漏电参考电压进行比较，若输入电压大于漏电参考电压则比较电路输出漏电故障指示信号。基于该结构的电源漏电监测装置，通过调节电流互感器的变比和比较电路的漏电参考电压，便可实现各种不同场景漏电流检测的精度需要，应用场景丰富；有源采样电路、整流滤波处理电路、 比较电路等都可基于低成本的放大器构建，电源漏电监测装置的制造成本可有效降低；并且电源漏电监测装置可与数控系统或非数控系统组合应用，有利于应用到各种不同的领域，如太阳能系统、电机控制系统等。参见图2_a，本发明实施例提供的电源漏电保护系统，可包括电源漏电监测装置 100、脱扣器驱动电路200和脱扣器300。其中，电源漏电监测装置100可包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电路和比较电路；其中，电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；有源采样电路，用于将电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；整流滤波处理电路，用于对第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；比较电路，用于比较漏电参考电压和所述第二电压信号，若第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号以驱动脱扣器驱动电路200导通工作(例如，比较电路输出漏电故障指示信号可直接输入驱动脱扣器驱动电路200，以驱动脱扣器驱动电路200导通工作，或者，比较电路输出漏电故障指示信号可输入一控制芯片或控制电路，而该控制芯片或控制电路可在输入的漏电故障指示信号的触发下，驱动脱扣器驱动电路200 导通工作)；脱扣器300在脱扣器驱动电路200的驱动下工作使得电源空开脱扣。脱扣器300工作使得电源空开脱扣后，电源线缆便断开，也就对电源系统起到自动保护的作用。其中，本实施例的电源漏电监测装置100的内部结构如上述实施例(例如图 Ι-a 图Ι-f所示)的描述，可相应参考，此处不在赘述。参见图2-b和图2-c，图2-b和图2-c举例示出的两种脱扣器驱动电路200的具体电路结构。当然，本领域技术人员基于该思想，还可获得其它附图，而其它情况此处不在
一一举例。参见图2_b，在本发明的一个实施例中，电源漏电保护系统还可包括控制芯片 210，而脱扣器驱动电路200可包括继电器电路220、脱扣器供电电路230 ；其中，控制芯片 210的故障监测端口与比较电路140的输出端连接，控制芯片210的脱扣信号输出端口与继电器电路200的启动控制端连接。其中，控制芯片210，用于在其故障监测端口接收到漏电故障指示信号时，通过其脱扣信号输出端口输出脱扣信号(例如一个高电平信号)，以驱动继电器电路220中的继电器221工作(脱扣信号使得三极管Ql导通，进而使得继电器221 工作)，继电器221工作产生的吸附力使得脱扣器供电电路230中的开关231闭合，进而使得脱扣器供电电路230导通工作；脱扣器供电电路230驱动脱扣器300工作使得电源空开脱扣。参见图2-c，在本发明的一个实施例中，脱扣器驱动电路200可包括继电器电路220、脱扣器供电电路230 ；其中，比较电路140的输出端与继电器电路220的启动控制端连接；其中，比较电路140输出的漏电故障指示信号(例如一个高电平信号)驱动继电器电路 220中的继电器221工作(漏电故障指示信号使得三极管Ql导通，进而使得继电器221工作)，继电器221工作产生的吸附力使得脱扣器供电电路230中的开关231闭合，进而使得脱扣器供电电路230导通工作；脱扣器供电电路230驱动脱扣器300工作使得电源空开脱扣。在实际应用中，脱扣器300的内部开关结构可如图2-d所示，脱扣器300控制开关的断开，使得电源空开脱扣。由上可见，本实施例电源漏电保护系统包括电源漏电监测装置、脱扣器驱动电路和脱扣器，其中，电源漏电监测装置选用有源采样电路来将电流互感器副边绕阻感应出的漏电流转换为电压信号输出到整流滤波处理电路，整流滤波处理电路将对输入的电压信号进行整流滤波处理后输出到比较电路，比较电路用于输入电压与漏电参考电压进行比较， 若输入电压大于漏电参考电压，则比较电路输出漏电故障指示信号以驱动脱扣器驱动电路导通工作；脱扣器在脱扣器驱动电路的驱动下工作使得电源空开脱扣。基于该结构的电源漏电保护系统，通过调节电流互感器的变比和比较电路的漏电参考电压，便可实现各种不同场景漏电流检测的精度需要，应用场景丰富；有源采样电路、整流滤波处理电路、比较电路等都可基于低成本的放大器构建，电源漏电监测装置的制造成本可有效降低；并且，由于实现了控制电和功率电的隔离，可靠性提高；电源漏电保护系统应用到各种不同的领域，如太阳能系统、电机控制系统等。在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。以上对本发明实施例所提供的电源漏电监测装置和电源漏电保护系统进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式
及应用范围上均会有改变之处，综上，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
10
权利要求
1.一种电源漏电监测装置，其特征在于，包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电路和比较电路； 其中，所述电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；所述有源采样电路，用于将所述电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；所述整流滤波处理电路，用于对所述第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；所述比较电路，用于比较漏电参考电压和所述第二电压信号，若所述第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号。
2.根据权利要求1所述的电源漏电监测装置，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括隔直电路、绝对值电路和滤波电路；其中，所述隔直电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述隔直电路的输出端与所述绝对值电路的输入端连接，所述绝对值电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接；所述隔直电路，用于滤除所述第一电压信号中的直流干扰信号后输出；所述绝对值电路，用于对输入的电压信号进行整流处理后输出；所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
3.根据权利要求1所述的电源漏电监测装置，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括隔直电路、二极管整流电路和滤波电路；其中，所述隔直电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述隔直电路的输出端与所述二极管整流电路的输入端连接，所述二极管整流电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接； 所述隔直电路，用于滤除所述第一电压信号中的直流干扰信号后输出； 所述二极管整流电路，用于对输入的电压信号进行整流处理后输出； 所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
4.根据权利要求1所述的电源漏电监测装置，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括绝对值电路和滤波电路；其中，所述绝对值电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述绝对值电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接；所述绝对值电路，用于对第一电压信号进行整流处理后输出；所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
5.一种电源漏电保护系统，其特征在于，包括 电源漏电监测装置、脱扣器驱动电路和脱扣器；其中，所述电源漏电监测装置包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电路和比较电路；其中，所述电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；所述有源采样电路，用于将所述电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；所述整流滤波处理电路，用于对所述第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；所述比较电路，用于比较漏电参考电压和所述第二电压信号，若所述第二电压信号大于所述漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号以驱动所述脱扣器驱动电路导通工作； 所述脱扣器在所述脱扣器驱动电路的驱动下工作使得电源空开脱扣。
6.根据权利要求5所述的电源漏电保护系统，其特征在于，所述电源漏电保护系统还包括控制芯片；所述脱扣器驱动电路包括继电器电路、脱扣器供电电路；其中，所述控制芯片的故障监测端口与所述比较电路的输出端连接，所述控制芯片的脱扣信号输出端口与所述继电器电路的启动控制端连接；其中，所述控制芯片，用于在其故障监测端口接收到漏电故障指示信号时，通过其脱扣信号输出端口输出脱扣信号，以驱动所述继电器电路中的继电器工作，所述继电器工作产生的吸附力使得脱扣器供电电路中的开关闭合，进而使得所述脱扣器供电电路导通工作； 所述脱扣器供电电路驱动所述脱扣器工作使得电源空开脱扣。
7.根据权利要求5所述的电源漏电保护系统，其特征在于，所述脱扣器驱动电路包括 继电器电路、脱扣器供电电路；其中，所述比较电路的输出端与所述继电器电路的启动控制端连接；其中，所述比较电路输出的漏电故障指示信号驱动所述继电器电路中的继电器工作， 所述继电器工作产生的吸附力使得脱扣器供电电路中的开关闭合，进而使得所述脱扣器供电电路导通工作；所述脱扣器供电电路驱动所述脱扣器工作使得电源空开脱扣。
8.根据权利要求5至7任一项所述的电源漏电保护系统，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括隔直电路、绝对值电路和滤波电路；其中，所述隔直电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述隔直电路的输出端与所述绝对值电路的输入端连接，所述绝对值电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接；所述隔直电路，用于滤除所述第一电压信号中的直流干扰信号后输出；所述绝对值电路，用于对输入的电压信号进行整流处理后输出；所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
9.根据权利要求5至7任一项所述的电源漏电保护系统，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括隔直电路、二极管整流电路和滤波电路；其中，所述隔直电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述隔直电路的输出端与所述二极管整流电路的输入端连接，所述二极管整流电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接； 所述隔直电路，用于滤除所述第一电压信号中的直流干扰信号后输出； 所述二极管整流电路，用于对输入的电压信号进行整流处理后输出； 所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
10.根据权利要求5至7任一项所述的电源漏电保护系统，其特征在于，所述整流滤波处理电路包括绝对值电路和滤波电路；其中，所述绝对值电路的输入端与所述有源采样电路的输出端连接，所述绝对值电路的输出端与所述滤波电路的输入端连接，所述滤波电路的输出端与所述比较电路的输入端连接；所述绝对值电路，用于对第一电压信号进行整流处理后输出；所述滤波电路，用于对输入的电压信号进行滤波处理得到第二电压信号并输出。
全文摘要
本发明实施例公开了电源漏电监测装置和电源漏电保护系统。其中，一种电源漏电监测装置，可包括电流互感器、有源采样电路、整流滤波处理电路和比较电路；其中，电流互感器，用于感应出电源线缆的漏电流；有源采样电路，用于将电流互感器的副边绕阻的感应电流转换为第一电压信号并输出；整流滤波处理电路，用于对第一电压信号进行整流滤波处理后得到第二电压信号并输出；比较电路，用于比较漏电参考电压和第二电压信号，若第二电压信号大于漏电参考电压，则输出漏电故障指示信号。本发明实施例提供的技术方案有利于降低漏电监测装置的制造成本，尽量扩大其应用场景。
文档编号G01R19/165GK102360037SQ20111017537
公开日2012年2月22日 申请日期2011年6月27日 优先权日2011年6月27日
发明者夏小荣 申请人:深圳市英威腾电气股份有限公司, 深圳市英威腾电源有限公司
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