2.直流漏電保護斷路器基本設(shè)計思路
傳統(tǒng)的AC型漏電保護斷路器，之所以能夠檢測漏電信號是因為該漏電信號是交流信號，因此可以通過磁場感應(yīng)出次級繞組電壓。針對直流漏電保護斷路器，基本思路就是人為疊加一個交流信號在傳感器上，就可以借鑒AC型漏電保護斷路器的漏電電流檢測方法，最后檢出直流漏電信號，以此為基礎(chǔ)設(shè)計硬件電路。由于直流漏電保護斷路器的漏電流采樣方法不同于AC型，且市面上并未有相應(yīng)的專業(yè)漏電檢測芯片，同時本文設(shè)計的直流漏電保護斷路器在外觀上取消試驗按鈕的設(shè)計，而增加指示燈作為產(chǎn)品正常運行(綠燈常亮)或故障狀態(tài)(紅燈閃爍)的直觀指示，同時原來的試驗按鈕位置改為撥碼開關(guān)，相應(yīng)的位置分別對應(yīng)只報警不脫扣、報警且脫扣兩種執(zhí)行方法，方便用戶根據(jù)實際使用情況動態(tài)的選擇，而不是一旦選定某種型號就一成不變，其中基礎(chǔ)報警方式為紅燈閃爍，因此本文設(shè)計的直流漏電保護斷路器以單片機為控制核心，其典型的功能框架如圖所示。單片機根據(jù)特定的邏輯算法進行處理，實現(xiàn)直流漏電保護斷路器的實時運行狀態(tài)顯示和系統(tǒng)自診斷功能，其中直流漏電流傳感器由電源、互感器、方波激勵源、低通濾波器、絕對值電路和放大電路組成。
3.直流漏電檢測方法
直流漏電流采樣電路如圖所示，其設(shè)計思想在于以激勵方波電壓為載體，通過磁環(huán)在采樣電阻Rs上感應(yīng)出電壓，顯然該電壓值與激勵方波電壓和Rs電阻存在必然的聯(lián)系。當磁環(huán)中存在直流漏電流時，該直流電流會產(chǎn)生一個恒定的磁場，與磁環(huán)固有的磁性疊加，反應(yīng)在采樣電阻Rs上的電壓就是相對于Y軸有固定的偏移，其偏移的方向取決于直流漏電流的方向�；趫D二原理圖，開展數(shù)學(xué)推導(dǎo)且方波激勵電壓的傅里葉展開只含奇次諧波分量，當磁環(huán)中存在直流漏電流I0時，得到采樣電阻上得到的繞組電流I_leak僅含有直流分量和奇次諧波分量，并且直流分量正比于直流漏電電流I0。數(shù)學(xué)公式的推導(dǎo)也從側(cè)面證實了該設(shè)計的可行性，要想得到直流漏電流信號，就需要通過合適的低通濾波器將高頻分量濾除。由于直流漏電電流有正負方向，而對于漏電保護斷路器而言，關(guān)注的重點是漏電流的大小而不是方向，因此還需要通過合適的信號調(diào)理電路，才能送到單片機的AD轉(zhuǎn)換引腳，信號調(diào)理電路包含低通濾波電路、絕對值電路和放大電路。
4.單片機觸發(fā)可控硅
本設(shè)計基于單片機開展具體的硬件電路設(shè)計，不同于傳統(tǒng)的AC型漏電檢測芯片54123，其內(nèi)部差分運放輸出端4腳和鎖存器5腳連接，當鎖存器高電平維持一定時間才將7腳電平拉高，以此觸發(fā)可控硅，且觸發(fā)后鎖存器電平釋放掉，使得配電線路排除故障后可以再次合閘;若直接由單片機IO口觸發(fā)可控硅，從可控硅觸發(fā)極電流和觸發(fā)極電壓大小考慮是滿足要求的，但可控硅在導(dǎo)通瞬間是通過強電流的，為避免強電流對單片機IO口的沖擊，需要在單片機IO口和可控硅之間加上隔離電路如常用的光耦，從成本上考慮，本設(shè)計采用三極管，其電路原理圖如圖所示。選擇一款剛上電時所有的IO口默認為高電平的單片機即可，此時S9013三極管導(dǎo)通，可控硅SCR的觸發(fā)極電平幾乎為0，直流漏電保護斷路器處于正常合閘狀態(tài);當檢測到直流漏電流信號時，通過程序?qū)纹瑱CIO口SCR_ON設(shè)置為0電平，此時S9013三極管截止，可控硅SCR的觸發(fā)極電平幾乎為12V而觸發(fā)，此時線圈Coil通過大電流使得直流漏電斷路器脫扣，起到保護作用。
