專利名稱：一種剩余電流相位的鑒相電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種三相剩余電流檢測電路，具體是一種剩余電流相位的鑒相電路，屬于剩余電流檢測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
剩余電流斷路器在市場應(yīng)用中越來越廣，其中模擬分立式依然占有大量市場，有的產(chǎn)品只能進(jìn)行剩余電流保護(hù)而沒有剩余電流顯示裝置，有的雖然有剩余電流顯示裝置，但是只能檢測出總的剩余電流，而不能準(zhǔn)確的檢測出剩余電流發(fā)生在其中的哪一相，然而，剩余電流通?；径际前l(fā)生在單相的，一旦發(fā)生剩余電流而導(dǎo)致大面積停電檢修時，特別是在農(nóng)村電網(wǎng)中，線路長，用電分散，且多分布在山區(qū)，檢修人員需要對A、B、C三相均進(jìn)行排查，大大增加了檢修人員的工作量，效率相對較低。
中國專利文獻(xiàn)CNlOl 162834A公開了消聲節(jié)電矢量型漏電檢測方法及漏電保護(hù)器，通過零序電流互感器檢測低壓配電線路對地漏電的矢量和即剩余電流。該現(xiàn)有技術(shù)的剩余電流經(jīng)整流放大后，一路送到單片機接口 PC4獲取漏電流的大小，另一路經(jīng)過相位檢測電路送到單片機接口 PC0，利用單片機測出兩個相鄰交流信號與相位基準(zhǔn)的差，從而得到兩個相鄰交流信號相位差。該現(xiàn)有技術(shù)的剩余電流的相位檢測方法對整流放大后的剩余電流只運用一個運算放大器來檢測相位，該運算放大器設(shè)計時，如果針對小電流進(jìn)行設(shè)計，需要設(shè)置較大的放大倍數(shù)，才能滿足小電流放大的需要，但是此時如果檢測出來的電流為大電流，則方法的倍數(shù)過大；如果針對大電流來設(shè)置，則不能滿足小電流的放大需求。也就是說該電路中的運算放大器的設(shè)置很難兼顧大電流和小電流。由于而實際中我們無法預(yù)測剩余電流的大小，所以這種剩余電流的相位檢測方法無法兼顧大、小剩余電流的檢測準(zhǔn)確性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是現(xiàn)有技術(shù)中對剩余電流的相位檢測無法兼顧大、小剩余電流的檢測準(zhǔn)確性，從而提供一種大、小漏電流都能夠進(jìn)行相位檢測的電路。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的
一種剩余電流相位的鑒相電路，包括供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路、剩余電流的信號方波生成電路和控制器，其中
所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路，包括
第一濾波電路其輸入端接交流電，對所述交流電進(jìn)行濾波后輸出；
隔離降壓電路與所述第一濾波電路的輸出端連接，對所述濾波后的電源電壓進(jìn)行降壓處理；
第一方波生成電路與所述隔離降壓電路的輸出端連接，將所述降壓后的電源電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，所述方波信號為供電電源電壓的基準(zhǔn)方波；
所述剩余電流的信號方波生成電路，包括剩余電流感應(yīng)電路、信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路、第二濾波電路、信號初級放大電路、信號次級放大電路和第二方波生成電路，其中剩余電流感應(yīng)電路其輸入端接在待測線路上，用于感應(yīng)線路中的剩余電流；
信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路其輸入端接所述剩余電流感應(yīng)電路的輸出端，將剩余電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸出；
第二濾波電路其輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端，將所述電壓信號進(jìn)行濾波后輸出；
信號初級放大電路將剩余電流信號轉(zhuǎn)換后的電壓信號抬高在O. 5倍的基準(zhǔn)電壓處，使該電壓信號有完整的正弦波形，所述信號初級放大電路包括兩個輸入端和一個輸出端，所述信號初級放大電路的第一輸入端接所述第二濾波電路的輸出端，所述信號初級放大電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓；
信號次級放大電路對所述信號初級放大電路放大后的電壓信號再次進(jìn)行放大，所述信號次級放大電路包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述信號次級放大電路的第一輸入端接所述信號初級放大電路的輸出端，所述信號次級放大電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電 壓；
第二方波生成電路將放大后的電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，所述第二方波生成電路包括兩個輸入端和一個輸出端，所述第二方波生成電路的第一輸入端接所述信號次級放大電路的第一輸出端，所述第二方波生成電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述輸出端的輸出信號為所述剩余電流的信號方波；
所述控制器，包括
AD轉(zhuǎn)換單元用于檢測剩余電流的大小,包括第一 AD轉(zhuǎn)換口和第二 AD轉(zhuǎn)換口，所述第一 AD轉(zhuǎn)換口接所述信號初級放大電路的輸出端，所述第二 AD轉(zhuǎn)換口接所述信號次級放大電路的第二輸出端；
中斷單元，包括用于接收供電電源電壓的基準(zhǔn)方波的第一中斷口和用于接收剩余電流的信號方波第二中斷口，所述第一中斷口接所述第一方波生成電路的輸出端，所述第二中斷口接所述第二方波生成電路的輸出端；
定時單元，記錄所述第一中斷口接收到所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波與所述第二中斷口接收到所述剩余電流的信號方波的上升沿或者下降沿的時間差，剩余電流滯后于基準(zhǔn)相的相位差通過公式Φ=2π *tl / Tl得到，Tl為工頻周期，由基準(zhǔn)信號整形后的方波啟動計時，剩余電流信號整形后的方波停止計時，所計時間即為tl。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述剩余電流的信號方波生成電路還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路的輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路，所述保護(hù)電路的輸出端接所述第二濾波電路。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述第一濾波電路包括壓敏電阻U1，共模電感Tl，電容Cl，交流電接所述壓敏電阻Ul的兩端，所述壓敏電阻Ul的兩端接所述共模電感Tl的兩個輸入端，所述共模電感Tl的兩個輸出端與所述電容Cl的兩端連接后共同接所述隔離降壓電路的輸入端。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述隔離降壓電路包括雙繞組變壓器SI。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述第一方波生成電路包括電阻Rl、R2、R3、R4，電容C2，二極管D1，三極管Q1，所述隔離降壓電路的輸出端通過電阻Rl與所述三極管Ql的基極連接，所述電容C2、二極管D1、電阻R2并聯(lián)后一端接在所述電阻Rl與所述三極管Ql基極的連接端，另一端與所述三極管Ql的發(fā)射極連接后接地，所述三極管Ql的集電極接所述電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端接直流電源，所述電阻R4的一端接在所述三極管Ql的集電極與所述電阻R3的連接端，所述電阻R4的另一端與所述控制器的第一中斷口相連。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述剩余電流感應(yīng)電路包括零序電流互感器。
所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路包括電阻R5。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述第二濾波電路包括電容C3，所述電容C3的兩端同時接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端、所述信號初級放大電路的第一輸入端。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述信號初級放大電路包括電阻R6、R7、R8、R9，電容C4，運算放大器UlC，所述電阻R6的一端接第二濾波電路的第一輸出端，另一端接所述運算放大器UlC的反向輸入端，所述電阻R7 —端的接第二濾波電路的第二輸出端，另一端接所述運算放大器UlC的同向輸入端，所述運算放大器UlC的輸出端與反向輸入端之間連接所述電阻R8，所述輸出端同時接所述信號次級放大電路第一輸入端、第一 AD轉(zhuǎn)換口， 所述電容C4的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，所述電容C4的另一端接地，所述電阻R9的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，另一端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述信號次級放大電路包括電阻R10、R11、R12、R13，電容C5、C6，運算放大器UlD ;所述運算放大器UlD的反向輸入端通過所述電阻RlO與所述信號初級放大電路的輸出端連接，所述運算放大器UlD的同向輸入端通過所述電阻Rll接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述運算放大器UlD的同向輸入端與反向輸入端之間連接電容C5，所述運算放大器UlD的輸出端與反向輸入端之間通過所述電阻R12連接，所述運算放大器UlD的輸出端與所述第二方波生成電路的第一輸入端連接，所述運算放大器UlD的輸出端通過所述電阻R13與所述電容C6連接后再接地，所述電阻R13與所述電容C6的連接端接第二 AD轉(zhuǎn)換口。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述第二方波生成電路包括電阻R14、R15，運算放大器UlB ;所述運算放大器UlB的同向輸入端通過所述電阻R14與所述信號次級放大電路的第一輸出端連接，所述運算放大器UlB的反向輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述運算放大器UlB的輸出端通過所述電阻R15接所述第二中斷口。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述控制器為單片機。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述保護(hù)電路包括二極管D2、D3，所述二極管D2的負(fù)極與所述二極管D3的正極連接后接地，所述二極管D2的正極接所述二極管D3的負(fù)極，并共同接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端。所述的剩余電流相位的鑒相電路，所述基準(zhǔn)電壓為控制器的工作電壓。所述的剩余電流相位的鑒相電路，單片機的工作電壓為5V。所述的剩余電流相位的鑒相電路，單片機的工作電壓為3. 3V。本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點
(I)本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路，包括供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路、剩余電流的信號方波生成電路和控制器，該供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路，包括第一濾波電路、隔離降壓電路和第一方波生成電路，該剩余電流的信號方波生成電路包括剩余電流感應(yīng)電路、信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路、第二濾波電路、信號初級放大電路、信號次級放大電路和第二方波生成電路，該控制器包括AD轉(zhuǎn)換單元、定時單元、中斷單元。上述剩余電流相位的鑒相電路應(yīng)用了兩次放大電路，可以使小的剩余電信號時使用后邊的第二通道，大的剩余電信號時使用第一通道加第二通道的方式，大大提高了采樣的精度，從高通道處產(chǎn)生方波比較信號，使其在剩余電信號較小的情況下也能準(zhǔn)確測出剩余電流發(fā)生的相位，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中對剩余電流的相位檢測無法兼顧大、小剩余電流的檢測準(zhǔn)確性的問題。(2)本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路，該剩余電流的信號方波生成電路還包括保護(hù)電路，使信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路輸出的電壓在限定的范圍內(nèi)，以免損壞運算放大器，保證電路的正常工作。(3)本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路，設(shè)置一個0.5VREF (VoltageReference，基準(zhǔn)電壓)的基準(zhǔn)電源將剩余電信號抬高，使其有完整的正弦波形，提高了剩余電流檢測的實時性和準(zhǔn)確性。(4)本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路，利用三極管和運算放大器來實現(xiàn)，并 且只有一路電源，避免使用兩路電源，使線路簡單化。


為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中，
圖I是本發(fā)明所述剩余電流相位的鑒相電路的一個實施例結(jié)構(gòu)示意 圖2是圖I所述剩余電流相位的鑒相電路的供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路的電路原理 圖3是圖I所述剩余電流相位的鑒相電路的剩余電流的信號方波生成電路的電路原理
圖4是本發(fā)明所述剩余電流相位的鑒相電路的另一個實施例結(jié)構(gòu)示意 圖5是圖4所述剩余電流相位的鑒相電路的剩余電流的信號方波生成電路的電路原理
圖6為相位測量各點波形示意圖。圖中附圖標(biāo)記表示為1_供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路，11-第一濾波電路，12-隔離降壓電路，13-第一方波生成電路，2-剩余電流的信號方波生成電路，21 -剩余電流感應(yīng)電路，22-信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路，23-第二濾波電路，24-信號初級放大電路，25-信號次級放大電路，26-第二方波生成電路，27-保護(hù)電路，3-控制器，31-AD轉(zhuǎn)換單元，311-第一 AD轉(zhuǎn)換口，312-第二 AD轉(zhuǎn)換口，32-定時單元，33-中斷單元，331-第一中斷口，332-第二中斷□。
具體實施例方式實施例I :
本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路的結(jié)構(gòu)如圖I所示，其包括供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路I、剩余電流的信號方波生成電路2和控制器3。所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路I包括第一濾波電路11、隔離降壓電路12和第一方波生成電路13，所述第一濾波電路11輸入端接220V交流電，對所述交流電進(jìn)行濾波后輸出；參見圖2所示，本實施例中，所述第一濾波電路11包括壓敏電阻U1，共模電感Tl，電容Cl，220V交流電接所述壓敏電阻Ul的兩端，所述壓敏電阻Ul的兩端接所述共模電感Tl的兩個輸入端，所述共模電感Tl的兩個輸出端與所述電容Cl的兩端連接后共同接所述隔離降壓電路的輸入端。所述隔離降壓電路12與所述第一濾波電路的輸出端連接，對所述濾波后的電源電壓進(jìn)行隔離、降壓處理；參見圖2所示，本實施例中，所述隔離降壓電路12包括可以進(jìn)一步降低EMC干擾的雙繞組變壓器SI，所述雙繞組變壓器SI的初級接在所述電容Cl的兩端，所述雙繞組變壓器SI次級作為所述隔離降壓電路12的輸出端接所述第一方波生成電路13的輸入端。所述第一方波生成電路13與所述隔離降壓電路12的輸出端連接，將所述降壓后的電源電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，所述方波信號為供電電源電壓的基準(zhǔn)方波。參見圖2所示，本實施例中，所述第一方波生成電路13包括電阻R1、 R2、R3、R4，電容C2，二極管Dl，三極管Ql，所述雙繞組變壓器SI次級的一個繞組中的一端接地，另一端通過電阻Rl與所述三極管Ql的基極連接，所述電容C2、二極管D1、電阻R2并聯(lián)后一端接在所述電阻Rl與所述三極管Ql基極的連接端，另一端與所述三極管Ql的發(fā)射極連接后接地，所述三極管Ql的集電極接所述電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端接+5V直流電源，所述電阻R4的一端接在所述三極管Ql的集電極與所述電阻R3的連接端，所述電阻R4的另一端與所述控制器3的第一中斷口 331即圖2中的IRQl相連，輸出一個方波信號。所述剩余電流的信號方波生成電路2包括剩余電流感應(yīng)電路21、信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路22、第二濾波電路23、信號初級放大電路24、信號次級放大電路25和第二方波生成電路26。所述剩余電流感應(yīng)電路21輸入端接在待測線路上，用于感應(yīng)線路中的剩余電流；參見圖3所示，本實施例中，所述剩余電流感應(yīng)電路21包括零序電流互感器TA，其輸入端接三相三線線路中，二次側(cè)的一端接地。作為其他實施方式，所述零序電流互感器TA的輸入端接三相四線線路中。所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路22輸入端接所述剩余電流感應(yīng)電路21的輸出端，將所述零序電流互感器TA輸出的剩余電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸出；參見圖3所示，本實施例中，所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路22包括電阻R5，所述電阻R5的兩端接在所述零序電流互感器TA的二次側(cè)。所述第二濾波電路23輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路22的輸出端，將所述電壓信號進(jìn)行濾波后輸出；參見圖3所示，本實施例中，所述第二濾波電路23包括電容C3，所述電容C3的兩端同時接所述電阻R5的兩端。所述信號初級放大電路24將剩余電流信號轉(zhuǎn)換后的電壓信號抬高在O. 5VREF處，使該電壓信號有完整的正弦波形；所述信號初級放大電路24包括兩個輸入端和一個輸出端，所述信號初級放大電路24的第一輸入端接所述第二濾波電路23的輸出端，所述信號初級放大電路24的第二輸入端接O. 5VREF ;參見圖3所示，本實施例中，所述信號初級放大電路24包括電阻R6、R7、R8、R9，電容C4，運算放大器UlC，所述電阻R6的一端接所述電容C3的一端，另一端接所述運算放大器UlC的反向輸入端，所述電阻R7 —端的接所述電容C3的另一端，所述電阻R7另一端接所述運算放大器UlC的同向輸入端，所述運算放大器UlC的輸出端與反向輸入端之間連接所述電阻R8，所述輸出端同時接所述信號次級放大電路25第一輸入端、控制器3的AD轉(zhuǎn)換單元31的第一 AD轉(zhuǎn)換口 311，所述電容C4的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，所述電容C4的另一端接地，所述電阻R9的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，另一端接
O.5VREF。所述信號次級放大電路25對所述信號初級放大電路24放大后的電壓信號再次進(jìn)行放大，所述信號次級放大電路25包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述信號次級放大電路25的第一輸入端接所述信號初級放大電路24的輸出端，所述信號次級放大電路25的第二輸入端接O. 5VREF ;參見圖3所示，本實施例中，所述信號次級放大電路25包括電阻R10、R11、R12、R13，電容C5、C6，運算放大器UlD ;所述運算放大器UlD的反向輸入端通過所述電阻RlO與所述運算放大器UlC的輸出端連接，所述運算放大器UlD的同向輸入端通過所述電阻Rll接O. 5VREF，所述運算放大器UlD的同向輸入端與反向輸入端之間連接電容C5，所述運算放大器UlD的輸出端與反向輸入端之間通過所述電阻R12連接，所述運算放大器UlD 的輸出端與所述第二方波生成電路26的第一輸入端連接，所述運算放大器UlD的輸出端通過所述電阻R13與所述電容C6連接后再接地，所述電阻R13與所述電容C6的連接端接控制器3的AD轉(zhuǎn)換單元31的第二 AD轉(zhuǎn)換口 312。所述第二方波生成電路26將放大后的電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號,所述第二方波生成電路26包括兩個輸入端和一個輸出端,所述第二方波生成電路26的第一輸入端接所述信號次級放大電路25的第一輸出端,所述第二方波生成電路26的第二輸入端接O. 5VREF，所述輸出端的輸出信號為所述剩余電流的信號方波；參見圖3所示，本實施例中，所述第二方波生成電路26包括電阻R14、R15，運算放大器UlB ;所述運算放大器UlB的同向輸入端通過所述電阻R14與所述運算放大器UlD輸出端連接，所述運算放大器UlB的反向輸入端接O. 5VREF，所述運算放大器UlB的輸出端通過所述電阻R15接所述控制器3的中斷單元33的第二中斷口 332，即圖3中的IRQ2。控制器3，包括AD轉(zhuǎn)換單元31、定時單元32、中斷單元33，所述AD轉(zhuǎn)換單元31用于檢測剩余電流的大小，包括第一 AD轉(zhuǎn)換口 311和第二 AD轉(zhuǎn)換口 312，所述中斷單元33包括用于接收供電電源電壓的基準(zhǔn)方波的第一中斷口 331和用于接收剩余電流的信號方波第二中斷口 332，所述定時單元記錄所述第一中斷口 331接收到所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波與所述第二中斷口 332接收到所述剩余電流的信號方波的上升沿或者下降沿的時間差，剩余電流滯后于基準(zhǔn)相的相位差通過公式Φ=2π -tl / Tl得到，Tl為工頻周期，由基準(zhǔn)信號整形后的方波啟動計時，剩余電流信號整形后的方波停止計時，所計時間即為tl。本實施例中，所述控制器3為工作電壓為5V的單片機，所述基準(zhǔn)電壓為控制器的工作電壓，所以，O. 5VREF 為 2. 5V。ADl處與AD2處分別與AD轉(zhuǎn)換單元31的第一 AD轉(zhuǎn)換口 311、第二 AD轉(zhuǎn)換口 312相連，可對剩余電流信號進(jìn)行采集和計算。ADl處對第一通道剩余電流采樣，AD2處對第二通道剩余電流采樣，當(dāng)單片機檢測到AD2處于不飽和狀態(tài)或者飽和狀態(tài)時，即剩余電流轉(zhuǎn)換后的電壓信號在0-2. 5V之間時，利用ADl處對第一通道剩余電流采樣，當(dāng)單片機檢測到AD2處于飽和后的狀態(tài)時，即剩余電流轉(zhuǎn)換后的電壓信號大于2. 5V時，利用ADl處對第一通道剩余電流采樣，同時，利用AD2處對第二通道剩余電流采樣。
AD2處于不飽和狀態(tài)或者飽和狀態(tài)時的剩余電流為小剩余電流，AD2處于飽和后狀態(tài)的剩余電流為大剩余電流。本實施例中，小剩余電流信號時，即剩余電流轉(zhuǎn)換后的電壓信號在0-2. 5V之間時，使用AD2處對第二通道漏電流采樣；大剩余電流信號時，即剩余電流轉(zhuǎn)換后的電壓信號大于2. 5V時，同時使用ADl處對第一通道剩余電流采樣、AD2處對第二通道剩余電流采樣，將二者的剩余電流相加即為大剩余電流；然后通過單片機的中斷單元33的第二中斷口 332來處理，能準(zhǔn)確的判斷剩余電流是發(fā)生在哪個相位，方便工作人員檢修。作為其他實施方式，控制器為工作電壓為3. 3V的單片機，所述基準(zhǔn)電壓為控制器的工作電壓，O. 5VREF為I. 8V或者2V。本發(fā)明所述的剩余電流相位的鑒相電路，雙繞組變壓器SI 二次側(cè)產(chǎn)生一個基準(zhǔn)方波，與所述零序電流互感器TA檢測的剩余電流方波形成比較，通過單片機進(jìn)行處理和計算，準(zhǔn)確的算出剩余電流發(fā)生在哪個相位，方便工作人員進(jìn)行快速的檢修。以供電電源相(A相)作為基準(zhǔn)相，將供電電源、剩余電流整形轉(zhuǎn)換成與之對應(yīng)的 正弦波信號、方波信號，分別送入單片機的第一中斷口 331和第二中斷口 332，利用單片機的定時單元32，對兩個方波信號的上升沿的時間差進(jìn)行測量，然后再經(jīng)過計算，從而實現(xiàn)相位的測量。有關(guān)相位測量的各部分波形如圖6所示。圖6中(a)圖為基準(zhǔn)相信號波形，圖6中(b)圖為基準(zhǔn)相信號整形后對應(yīng)的方波，圖6中(c)圖為剩余電流信號波形，圖6中(d)圖為剩余電流信號整形后對應(yīng)的方波，Tl為工頻周期20ms。由基準(zhǔn)相信號整形后的方波啟動計時，剩余電流信號整形后的方波停止計時，所計時間即為tl，如圖6中(c)圖、圖(d)中所示，tl即代表了剩余電流滯后于基準(zhǔn)相的相位差Φ=2π · tl / Tl。實施例2
在上述實施例I的基礎(chǔ)上，所述剩余電流的信號方波生成電路2還包括保護(hù)電路27，參見圖4所示，所述保護(hù)電路27的輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路22，所述保護(hù)電路27的輸出端接所述第二濾波電路23。參見圖5所示，本實施例中，所述保護(hù)電路27包括二極管D2、D3，使零序電流互感器TA輸出的剩余電流經(jīng)過所述電阻R5后，輸出的電壓不超過O. 7V,以免損壞所述運算放大器U1C，所述二極管D2的負(fù)極與所述二極管D3的正極連接后接在所述電阻R5的接地端，所述二極管D2的正極接所述二極管D3的負(fù)極，并共同接所述電阻R5的另一端。顯然，上述實施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明創(chuàng)造的保護(hù)范圍之中。
權(quán)利要求
1.一種剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，包括供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路、剩余電流的信號方波生成電路和控制器，其中 所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路，包括 第一濾波電路其輸入端接交流電，對所述交流電進(jìn)行濾波后輸出； 隔離降壓電路與所述第一濾波電路的輸出端連接，對所述濾波后的電源電壓進(jìn)行降壓處理； 第一方波生成電路與所述隔離降壓電路的輸出端連接，將所述降壓后的電源電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，所述方波信號為供電電源電壓的基準(zhǔn)方波； 所述剩余電流的信號方波生成電路，包括剩余電流感應(yīng)電路、信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路、第二濾波電路、信號初級放大電路、信號次級放大電路和第二方波生成電路，其中 剩余電流感應(yīng)電路其輸入端接在待測線路上，用于感應(yīng)線路中的剩余電流； 信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路其輸入端接所述剩余電流感應(yīng)電路的輸出端，將剩余電流信號轉(zhuǎn)換為電壓信號后輸出； 第二濾波電路其輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端，將所述電壓信號進(jìn)行濾波后輸出； 信號初級放大電路將剩余電流信號轉(zhuǎn)換后的電壓信號抬高在O. 5倍的基準(zhǔn)電壓處，使該電壓信號有完整的正弦波形，所述信號初級放大電路包括兩個輸入端和一個輸出端，所述信號初級放大電路的第一輸入端接所述第二濾波電路的輸出端，所述信號初級放大電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓； 信號次級放大電路對所述信號初級放大電路放大后的電壓信號再次進(jìn)行放大，所述信號次級放大電路包括兩個輸入端和兩個輸出端，所述信號次級放大電路的第一輸入端接所述信號初級放大電路的輸出端，所述信號次級放大電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓； 第二方波生成電路將放大后的電壓由正弦波信號轉(zhuǎn)換成方波信號，所述第二方波生成電路包括兩個輸入端和一個輸出端，所述第二方波生成電路的第一輸入端接所述信號次級放大電路的第一輸出端，所述第二方波生成電路的第二輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述輸出端的輸出信號為所述剩余電流的信號方波； 所述控制器，包括 AD轉(zhuǎn)換單元用于檢測剩余電流的大小,包括第一 AD轉(zhuǎn)換口和第二 AD轉(zhuǎn)換口，所述第一 AD轉(zhuǎn)換口接所述信號初級放大電路的輸出端，所述第二 AD轉(zhuǎn)換口接所述信號次級放大電路的第二輸出端； 中斷單元，包括用于接收供電電源電壓的基準(zhǔn)方波的第一中斷口和用于接收剩余電流的信號方波第二中斷口，所述第一中斷口接所述第一方波生成電路的輸出端，所述第二中斷口接所述第二方波生成電路的輸出端； 定時單元，記錄所述第一中斷口接收到所述供電電源電壓的基準(zhǔn)方波與所述第二中斷口接收到所述剩余電流的信號方波的上升沿或者下降沿的時間差，剩余電流滯后于基準(zhǔn)相的相位差通過公式Φ=2π -tl / Tl得到，Tl為工頻周期，由基準(zhǔn)信號整形后的方波啟動計時，剩余電流信號整形后的方波停止計時，所計時間即為tl。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述剩余電流的信號方波生成電路還包括保護(hù)電路，所述保護(hù)電路的輸入端接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路，所述保護(hù)電路的輸出端接所述第二濾波電路。
3.根據(jù)權(quán)利要求I或2所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述第一濾波電路包括壓敏電阻U1，共模電感Tl，電容Cl，交流電接所述壓敏電阻Ul的兩端，所述壓敏電阻Ul的兩端接所述共模電感Tl的兩個輸入端，所述共模電感Tl的兩個輸出端與所述電容Cl的兩端連接后共同接所述隔離降壓電路的輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述隔離降壓電路包括雙繞組變壓器SI。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述第一方波生成電路包括電阻R1、R2、R3、R4，電容C2，二極管D1，三極管Q1，所述隔離降壓電路的輸出端通過電阻Rl與所述三極管Ql的基極連接，所述電容C2、二極管D1、電阻R2并聯(lián)后一端接在所述電阻Rl與所述三極管Ql基極的連接端，另一端與所述三極管Ql的發(fā)射極連接后接地，所述三極管Ql的集電極接所述電阻R3的一端，所述電阻R3的另一端接直流電源，所述電阻R4的一端接在所述三極管Ql的集電極與所述電阻R3的連接端，所述電阻R4的另一端與所述控制器的第一中斷口相連。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-5任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述剩余電流感應(yīng)電路包括零序電流互感器。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-6任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路包括電阻R5。
8 根據(jù)權(quán)利要求1-7任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述第二濾波電路包括電容C3，所述電容C3的兩端同時接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端、所述信號初級放大電路的第一輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述信號初級放大電路包括電阻R6、R7、R8、R9，電容C4，運算放大器UlC，所述電阻R6的一端接第二濾波電路的第一輸出端，另一端接所述運算放大器UlC的反向輸入端，所述電阻R7 —端的接第二濾波電路的第二輸出端，另一端接所述運算放大器UlC的同向輸入端，所述運算放大器UlC的輸出端與反向輸入端之間連接所述電阻R8，所述輸出端同時接所述信號次級放大電路第一輸入端、第一 AD轉(zhuǎn)換口，所述電容C4的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，所述電容C4的另一端接地，所述電阻R9的一端接所述電阻R7與所述運算放大器UlC的同向輸入端的連接端，另一端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓。
10.I根據(jù)權(quán)利要求1-9任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述信號次級放大電路包括電阻RIO、R11、R12、R13，電容C5、C6，運算放大器UlD ;所述運算放大器UlD的反向輸入端通過所述電阻RlO與所述信號初級放大電路的輸出端連接，所述運算放大器UlD的同向輸入端通過所述電阻Rll接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述運算放大器UlD的同向輸入端與反向輸入端之間連接電容C5,所述運算放大器UlD的輸出端與反向輸入端之間通過所述電阻R12連接，所述運算放大器UlD的輸出端與所述第二方波生成電路的第一輸入端連接，所述運算放大器UlD的輸出端通過所述電阻R13與所述電容C6連接后再接地，所述電阻Rl3與所述電容C6的連接端接第二 AD轉(zhuǎn)換口。
11.根據(jù)權(quán)利要求ι- ο任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述第二方波生成電路包括電阻R14、R15，運算放大器UlB ;所述運算放大器UlB的同向輸入端通過所述電阻R14與所述信號次級放大電路的第一輸出端連接，所述運算放大器UlB的反向輸入端接O. 5倍的基準(zhǔn)電壓，所述運算放大器UlB的輸出端通過所述電阻R15接所述第二中斷口。
12.根據(jù)權(quán)利要求1-11任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述控制器為單片機。
13.根據(jù)權(quán)利要求2-12任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述保護(hù)電路包括二極管D2、D3，所述二極管D2的負(fù)極與所述二極管D3的正極連接后接地，所述二極管D2的正極接所述二極管D3的負(fù)極，并共同接所述信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路的輸出端。
14.根據(jù)權(quán)利要求1-13任一所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，所述基準(zhǔn)電壓為控制器的工作電壓。
15.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，單片機的工 作電壓為5V。
16.根據(jù)權(quán)利要求12或14所述的剩余電流相位的鑒相電路，其特征在于，單片機的工作電壓為3. 3V。
全文摘要
本發(fā)明提供一種剩余電流相位的鑒相電路，包括供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路、剩余電流的信號方波生成電路和控制器，該供電電源電壓的基準(zhǔn)方波生成電路，包括第一濾波電路、隔離降壓電路和第一方波生成電路，該剩余電流的信號方波生成電路包括剩余電流感應(yīng)電路、信號狀態(tài)轉(zhuǎn)換電路、第二濾波電路、信號初級放大電路、信號次級放大電路和第二方波生成電路，該控制器包括AD轉(zhuǎn)換單元、定時單元、中斷單元。上述剩余電流相位的鑒相電路應(yīng)用了兩次放大電路，可以使小的剩余電信號時使用后邊的第二通道，大的剩余電信號時使用第一通道加第二通道的方式，大大提高了采樣的精度，從第二通道處產(chǎn)生方波比較信號，使其在剩余電信號較小的情況下也能準(zhǔn)確測出剩余電流發(fā)生的相位，有效避免了現(xiàn)有技術(shù)中對剩余電流的相位檢測無法兼顧大、小剩余電流的檢測準(zhǔn)確性的問題。
文檔編號G01R19/00GK102830266SQ20121032488
公開日2012年12月19日 申請日期2012年9月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月5日
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