斷路保護(hù)電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種斷路保護(hù)電路。斷路保護(hù)電路包含零序電流互感器、漏電流檢測電路、峰值檢測電路及微處理器。零序電流互感器用以根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)間的漏電流產(chǎn)生感應(yīng)電流。漏電流檢測電路用以接收感應(yīng)電流，并將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。峰值檢測電路用以檢測感應(yīng)電流的峰值，及當(dāng)峰值大于飽和閾值時(shí)拉升電壓信號。微處理器用以接收電壓信號，及當(dāng)電壓信號大于電壓閾值時(shí)切斷負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)間的供電路徑。
【專利說明】
斷路保護(hù)電路
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種斷路保護(hù)電路，特別是一種包含峰值檢測電路以補(bǔ)償漏電流檢測電路的斷路保護(hù)電路。
【背景技術(shù)】
[0002]斷路保護(hù)電路常利用零序電流互感器(zero current transformer, ZCT)來檢測負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)之間的漏電流，然而由于零序電流互感器的磁性材料、線圈特性或其他參數(shù)有其限制，因此當(dāng)漏電流較大而導(dǎo)致零序電流互感器的電磁感應(yīng)達(dá)到飽和時(shí)，零序電流互感器所產(chǎn)生的感應(yīng)電流就可能會(huì)快速地下降，而無法線性地反應(yīng)漏電流的大小；如此一來，斷路保護(hù)電路即無法實(shí)時(shí)切斷負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)之間的線路，而導(dǎo)致漏電流持續(xù)影響系統(tǒng)的效率及安全。
[0003]現(xiàn)有技術(shù)的斷路保護(hù)電路常利用更換零序電流互感器內(nèi)部的磁性材料或修改線匝比的方式來嘗試提高零序電流互感器的線性工作范圍，然而這樣的修改方式太過費(fèi)時(shí)，也可能無法迅速地配合各種系統(tǒng)的需求。此外，現(xiàn)有技術(shù)的斷路保護(hù)電路也可能利用微處理器補(bǔ)償零序電流互感器所輸出的感應(yīng)電流，然而這樣的做法需要大量的實(shí)驗(yàn)來研發(fā)適合不同系統(tǒng)及微處理器的算法，且由于斷路保護(hù)電路需要穩(wěn)定性較高的算法，因此也可能會(huì)占用微處理器的大量運(yùn)算資源，并增加系統(tǒng)的復(fù)雜度。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0004]本發(fā)明的目的之一在于提出一種斷路保護(hù)電路，并不過度地增加額外的系統(tǒng)負(fù)擔(dān)。電路保護(hù)電路包含零序電流互感器、漏電流檢測電路、峰值檢測電路及微處理器。零序電流互感器耦接于負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)，用以根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)間的漏電流產(chǎn)生感應(yīng)電流。漏電流檢測電路耦接于零序電流互感器，用以接收感應(yīng)電流，并將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。峰值檢測電路耦接于零序電流互感器及漏電流檢測電路，用以檢測感應(yīng)電流的峰值，及當(dāng)峰值大于飽和閾值時(shí)，拉升電壓信號。微處理器用以接收電壓信號，及當(dāng)電壓信號大于電壓閾值時(shí)，切斷負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)間的供電路徑。
【附圖說明】
[0005]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的斷路保護(hù)電路的示意圖。
[0006]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例的漏電流檢測電路及峰值檢測電路的示意圖。
[0007]其中，附圖標(biāo)記說明如下:
[0008]100斷路保護(hù)電路
[0009]110零序電流互感器
[0010]112鐵圈
[0011]114線圈
[0012]120漏電流檢測電路
[0013]122采樣電阻
[0014]124放大組件
[0015]130峰值檢測電路
[0016]132緩沖輸出電路
[0017]140微處理器
[0018]A負(fù)載系統(tǒng)
[0019]B電源系統(tǒng)
[0020]I1漏電流
[0021]I2感應(yīng)電流
[0022]Vgnd地電壓
[0023]Vcurrent電壓信號
[0024]R1-R9電阻
[0025]T1-T6晶體管
[0026]Dl二極管
[0027]V1、V2系統(tǒng)電壓
【具體實(shí)施方式】
[0028]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例的斷路保護(hù)電路100的示意圖。斷路保護(hù)電路100包含零序電流互感器110、漏電流檢測電路120、峰值檢測電路130及微處理器140。零序電流互感器110耦接于負(fù)載系統(tǒng)A及電源系統(tǒng)B，用以根據(jù)負(fù)載系統(tǒng)A及電源系統(tǒng)B間的漏電流Il產(chǎn)生感應(yīng)電流12。漏電流檢測電路120耦接于零序電流互感器110，用以接收感應(yīng)電流12，并將感應(yīng)電流12轉(zhuǎn)換為電壓信號Vcurrent。，在本發(fā)明的實(shí)施例中，電壓信號Vcurrent可為交流信號或直流信號。峰值檢測電路130耦接于零序電流互感器110及漏電流檢測電路120，用以檢測感應(yīng)電流12的峰值。當(dāng)感應(yīng)電流12的峰值大于飽和閾值時(shí)，峰值檢測電路130可拉升電壓信號Vcurrent。微處理器140可用以接收電壓信號Vcurrent，及當(dāng)電壓信號Vcurrent大于電壓閾值時(shí)，切斷負(fù)載系統(tǒng)A及電源系統(tǒng)B間的供電路徑。
[0029]在本發(fā)明的實(shí)施例中，零序電流互感器110可包含鐵圈112及線圈114，鐵圈112可圍繞漏電流Il所流經(jīng)的線路，而線圈114則可纏繞于鐵圈112上，如此一來，當(dāng)漏電流Il產(chǎn)生或變化時(shí)，零序電流互感器110的線圈114即會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流12，然而本發(fā)明的斷路保護(hù)電路并不以零序電流互感器110為限，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，零序電流互感器亦可能包含其他組件或其他構(gòu)造。此外，在圖1的實(shí)施例中，漏電流檢測電路120可包含采樣電阻122及放大組件124。采樣電阻122具有第一端及第二端，采樣電阻122的第一端耦接于零序電流互感器110，而采樣電阻122的第二端則可接收地電壓Vgnd。感應(yīng)電流12流過采樣電阻122時(shí)，會(huì)造成采樣電阻122的第一端及第二端之間的電壓差，放大組件124可用以放大采樣電阻122的第一端及第二端之間的跨壓以產(chǎn)生電壓信號Vcurrent。本發(fā)明的斷路保護(hù)電路并不以圖1的實(shí)施例為限，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，漏電流檢測電路亦可包含其他的組件以準(zhǔn)確地將感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號。在本發(fā)明的部分實(shí)施例中，漏電流檢測電路可用以檢測頻率為50赫茲至100000赫茲的感應(yīng)電流。
[0030]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例之漏電流檢測電路120及峰值檢測電路130的示意圖。在圖2中，峰值檢測電路130可包含電阻R1-R4、晶體管T1-T3及緩沖輸出電路132。電阻Rl具有第一端及第二端，電阻Rl的第一端耦接于采樣電阻122的第一端。晶體管Tl具有第一端、第二端及控制端，晶體管Tl的第二端接收地電壓Vgnd，而晶體管Tl的控制端耦接于電阻Rl的第二端。晶體管T2具有第一端、第二端及控制端，晶體管T2的第一端耦接于晶體管Tl的第二端，而晶體管T2的控制端耦接于電阻Rl的第二端。電阻R2具有第一端及第二端，電阻R2的第一端接收系統(tǒng)電壓VI，而電阻R2的第二端耦接于晶體管Tl的第一端。電阻R3具有第一端及第二端，電阻R3的第一端耦接于晶體管T2的第二端，而電阻R3的第二端接收系統(tǒng)電壓V2。電阻R4具有第一端及第二端，電阻R4的第一端耦接于電阻R2的第二端。晶體管T3具有第一端、第二端及控制端，晶體管T3的第一端耦接于電阻R4的第二端，晶體管T3的第二端接收地電壓Vgnd，而晶體管T3的控制端耦接于電阻R3的第一端。緩沖輸出電路132耦接于漏電流檢測電路120及晶體管T3的第一端，用以當(dāng)晶體管T3的第一端的電壓為地電壓Vgnd時(shí)，拉升電壓信號Vcurrent。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，晶體管Tl及晶體管T3可為NPN雙載子晶體管，且晶體管T2可為PNP雙載子晶體管，而系統(tǒng)電壓Vl可高于地電壓Vgnd，且地電壓Vgnd可高于系統(tǒng)電壓V2 ;在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，晶體管Tl及晶體管T3亦可為N溝道金氧半場效晶體管，而晶體管T2可為P溝道金氧半場效晶體管；然而本發(fā)明并不以此為限，在本發(fā)明的其他實(shí)施例中，斷路保護(hù)電路亦可根據(jù)系統(tǒng)的需要選擇適當(dāng)種類的晶體管。
[0031 ] 在圖2的實(shí)施例中，緩沖輸出電路132包含電阻R5-R9、晶體管T4-T6及二極管Dl。電阻R5具有第一端及第二端，電阻R5的第一端耦接于晶體管T3的第一端。二極管Dl具有陽極及陰極，二極管Dl的陽極接收地電壓Vgnd，而二極管Dl的陰極耦接于電阻R5的第二端。晶體管T4具有第一端、第二端及控制端，晶體管T4的第二端接收地電壓Vgnd，而晶體管T4的控制端耦接于電阻R5的第二端。二極管Dl可避免晶體管T4的控制端與第二端被反向電流擊穿。晶體管T5具有第一端、第二端及控制端，晶體管T5的第二端接收地電壓Vgnd,而晶體管T5的控制端耦接于晶體管T4的第一端。電阻R6具有第一端及第二端，電阻R6的第一端接收第一系統(tǒng)電壓VI，而電阻R6的第二端耦接于晶體管T4的第一端。電阻R7具有第一端及第二端，電阻R7的第一端接收第一系統(tǒng)電壓VI，而電阻R7的第二端耦接于晶體管T5的第一端。電阻R8具有第一端及第二端，電阻R8的第一端耦接于電阻R7的第二端。晶體管T6具有第一端、第二端及控制端，晶體管T6的第一端接收第一系統(tǒng)電壓VI，而晶體管T6的控制端耦接于電阻R8的第二端。電阻R9具有第一端及第二端，電阻R9的第一端耦接于晶體管T6的第二端，及電阻R9的第二端耦接于漏電流檢測電路120。在本發(fā)明的一實(shí)施例中，晶體管T4及晶體管T5可為NPN雙載子晶體管，且晶體管T6可為PNP雙載子晶體管，然而本發(fā)明并不以此為限。
[0032]當(dāng)感應(yīng)電流12較小時(shí)，采樣電阻122的第一端及第二端之間的跨壓亦較小，因此晶體管Tl及T2會(huì)被截止，此時(shí)晶體管T3的控制端會(huì)接收到系統(tǒng)電壓V2而被截止，因此晶體管T4會(huì)被導(dǎo)通，使得晶體管T5及T6也被截止，此時(shí)峰值檢測電路130不會(huì)對漏電流檢測電路120進(jìn)行補(bǔ)償。當(dāng)感應(yīng)電流12較大時(shí)，采樣電阻122的第一端及第二端之間的跨壓會(huì)隨之提升。在本發(fā)明之一實(shí)施例中，當(dāng)感應(yīng)電流12的峰值大于飽和閾值時(shí)，采樣電阻122兩端的跨壓將被提升到足以導(dǎo)通晶體管Tl或T2的電壓。舉例來說，當(dāng)感應(yīng)電流12由采樣電阻122的第一端流向第二端時(shí)，隨著采樣電阻122的跨壓提升，晶體管Tl即可能因此導(dǎo)通。而當(dāng)感應(yīng)電流12由采樣電阻122的第二端流向第一端時(shí)，隨著采樣電阻122的跨壓提升，晶體管T2即可能因此導(dǎo)通。只要晶體管Tl或T2中的任一個(gè)被導(dǎo)通，晶體管T3也會(huì)被導(dǎo)通。如此一來，晶體管T4會(huì)被截止，使得晶體管T5及T6皆被導(dǎo)通，而電阻R9的第二端的電位即會(huì)被隨著拉升，進(jìn)而拉升電壓信號Vcurrent，亦即峰值檢測電路130可對漏電流檢測電路120進(jìn)行補(bǔ)償。
[0033]根據(jù)零序電流互感器110的特性以及系統(tǒng)的需求，斷路保護(hù)電路100可調(diào)整采樣電阻122的阻值來選擇感應(yīng)電流12的飽和閾值，亦即采樣電阻的阻值可與飽和閾值相關(guān)。舉例來說，若零序電流互感器110所能輸出的感應(yīng)電流12的范圍較小，則可選擇阻值較大的采樣電阻122，如此一來，晶體管Tl及T2會(huì)比較容易被導(dǎo)通，因此在感應(yīng)電流12達(dá)到的飽和閾值時(shí)，使峰值檢測電路130可實(shí)時(shí)拉升電壓信號Vcurrent，以達(dá)到補(bǔ)償漏電流檢測電路120的目的。
[0034]通過峰值檢測電路130，斷路保護(hù)電路100即可在感應(yīng)電流12的峰值達(dá)到的飽和閾值時(shí)，拉升電壓信號Vcurrent，以達(dá)到補(bǔ)償漏電流檢測電路120的目的。且針對不同的系統(tǒng)需求，僅需要調(diào)整采樣電阻122的阻值即可調(diào)整補(bǔ)償?shù)臅r(shí)機(jī)，而無須更換零序電流互感器110的材料及復(fù)雜的算法。
[0035]綜上所述，本發(fā)明揭露了一種斷路保護(hù)電路，通過斷路保護(hù)電路的峰值檢測電路，本發(fā)明所提出的斷路保護(hù)電路可在零序電流互感器所產(chǎn)生的感應(yīng)電流達(dá)到飽和值時(shí)，適時(shí)地補(bǔ)償斷路保護(hù)電路的電流檢測電路所輸出的電壓信號，并使斷路保護(hù)電路得以實(shí)時(shí)切斷負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)之間的線路，而避免漏電流持續(xù)影響系統(tǒng)效率及安全。由于本發(fā)明無須更換零序電流互感器的材料，也無須復(fù)雜的算法，因此本發(fā)明的斷路保護(hù)電路會(huì)較先前技術(shù)更為簡單而有效率。
[0036]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種斷路保護(hù)電路，其特征在于包含: 零序電流互感器(110)，耦接于負(fù)載系統(tǒng)及電源系統(tǒng)，用以根據(jù)該負(fù)載系統(tǒng)及該電源系統(tǒng)間的漏電流產(chǎn)生感應(yīng)電流； 漏電流檢測電路(120)，耦接于該零序電流互感器(110)，用以接收該感應(yīng)電流，并將該感應(yīng)電流轉(zhuǎn)換為電壓信號； 峰值檢測電路(130)，耦接于該零序電流互感器(110)及該漏電流檢測電路(120)，用以檢測該感應(yīng)電流的峰值，及當(dāng)該峰值大于飽和閾值時(shí)，拉升該電壓信號；及 微處理器(140)，用以接收該電壓信號，及當(dāng)該電壓信號大于電壓閾值時(shí)，切斷該負(fù)載系統(tǒng)及該電源系統(tǒng)間的供電路徑。2.如權(quán)利要求1所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該感應(yīng)電流的頻率為50赫茲至100000 赫茲。3.如權(quán)利要求1所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該漏電流檢測電路(120)包含: 采樣電阻(122)，具有第一端及第二端，該采樣電阻(122)的第一端耦接于該零序電流互感器(110)，及該采樣電阻(122)的第二端接收地電壓；及 放大組件(124)，用以放大該采樣電阻(122)的第一端及第二端之間的跨壓以產(chǎn)生該電壓信號。4.如權(quán)利要求3所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該峰值檢測電路(130)包含: 第一電阻，具有第一端及第二端，該第一電阻的該第一端耦接于該采樣電阻(122)的該第一端； 第一晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第一晶體管的該第二端接收該地電壓，及該第一晶體管的該控制端耦接于該第一電阻的該第二端； 第二晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第二晶體管的該第一端耦接于該第一晶體管的該第二端，及該第二晶體管的該控制端耦接于該第一電阻的該第二端； 第二電阻，具有第一端及第二端，該第二電阻的該第一端接收第一系統(tǒng)電壓，及該第二電阻的該第二端耦接于該第一晶體管的該第一端； 第三電阻，具有第一端及第二端，該第三電阻的該第一端耦接于該第二晶體管的該第二端，及該第三電阻的該第二端接收第二系統(tǒng)電壓； 第四電阻，具有第一端及第二端，該第四電阻的該第一端耦接于該第二電阻的該第二端； 第三晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第三晶體管的該第一端耦接于該第四電阻的該第二端，該第三晶體管的該第二端接收該地電壓，及該第三晶體管的該控制端耦接于該第三電阻的該第一端；及 緩沖輸出電路(132)，耦接于該漏電流檢測電路(120)及該第三晶體管的該第一端，用以當(dāng)該第三晶體管的該第一端的電壓為該地電壓時(shí)，拉升該電壓信號。5.如權(quán)利要求4所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該飽和閾值與該采樣電阻(122)的阻值相關(guān)。6.如權(quán)利要求4所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該第一晶體管及該第三晶體管為NPN雙載子晶體管，該第二晶體管為PNP雙載子晶體管。7.如權(quán)利要求4所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該第一晶體管及該第三晶體管為N溝道金氧半場效晶體管，該第二晶體管為P溝道金氧半場效晶體管。8.如權(quán)利要求4所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該第一系統(tǒng)電壓高于該地電壓，該地電壓高于該第二系統(tǒng)電壓。9.如權(quán)利要求4所述的斷路保護(hù)電路，其特征在于該緩沖輸出電路(132)包含: 第五電阻，具有第一端及第二端，該第五電阻的該第一端耦接于該第三晶體管的該第一端; 二極管，具有陽極及陰極，該二極管的該陽極接收該地電壓，及該二極管的該陰極耦接于該第五電阻的該第二端； 第四晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第四晶體管的該第二端接收該地電壓，及該第四晶體管的該控制端耦接于該第五電阻的該第二端； 第五晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第五晶體管的該第二端接收該地電壓，及該第五晶體管的該控制端耦接于該第四晶體管的該第一端； 第六電阻，具有第一端及第二端，該第六電阻的該第一端接收該第一系統(tǒng)電壓，及該第六電阻的該第二端耦接于該第四晶體管的該第一端； 第七電阻，具有第一端及第二端，該第七電阻的該第一端接收該第一系統(tǒng)電壓，及該第七電阻的該第二端耦接于該第五晶體管的該第一端； 第八電阻，具有第一端及第二端，該第八電阻的該第一端耦接于該第七電阻的該第二端； 第六晶體管，具有第一端、第二端及控制端，該第六晶體管的該第一端接收該第一系統(tǒng)電壓，及該第六晶體管的該控制端耦接于該第八電阻的該第二端；及 第九電阻，具有第一端及第二端，該第九電阻的該第一端耦接于該第六晶體管的該第二端，及該第九電阻的該第二端耦接于該漏電流檢測電路(120)。
【文檔編號】H02H3/32GK106033879SQ201510102957
【公開日】2016年10月19日
【申請日】2015年3月9日
【發(fā)明人】杜明勝, 汪小妹, 羅旭榮
【申請人】西門子公司