CN110297156B - 一种通过漏电电压检测漏电的电路及方法 - Google Patents

Abstract

本发明实施例公开了一种通过漏电电压检测漏电的电路及方法，检测电路包括光耦隔离电路、脉冲过滤电路、模拟放大电路和触发释抑电路，光耦隔离电路用于将漏电电压转换为漏电脉冲信号，脉冲过滤电路用于对漏电脉冲信号进行滤波，模拟放大电路用于对滤波后的信号进行幅值调理，触发释抑电路用于将幅值调理后的信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对电平信号LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。本发明通过漏电电压驱动检测电路检测到漏电，输出漏电显示信号，解决了因接地不良导致检测不到漏电的问题，且适用范围广，所有带有金属外壳的设备都可以使用此方式进行漏电检测。

Description

一种通过漏电电压检测漏电的电路及方法

技术领域

本发明涉及用电安全检测技术领域，具体涉及一种通过漏电电压检测漏电的电路及方法。

背景技术

随着国民经济的发展，用电设备越来越多，例如路灯、变电箱、配电柜等设备设施。若这些设备的金属外壳接地不良，则设备漏电时会造成安全事故。

安全电压是指不致使人直接致死或致残的电压，一般环境条件下允许持续接触的“安全特低电压”是36V。行业规定安全电压为不高于36V，持续接触安全电压为24V，安全电流为10mA，电击对人体的危害程度，主要取决于通过人体电流的大小和通电时间长短。电流强度越大，致命危险越大；持续时间越长，死亡的可能性越大。能引起人感觉到的最小电流值称为感知电流，交流为1mA，直流为5mA；人触电后能自己摆脱的最大电流称为摆脱电流，交流为10mA，直流为50mA；在较短的时间内危及生命的电流称为致命电流，如100mA的电流通过人体1s，可足以使人致命，因此致命电流为50mA。在有防止触电保护装置的情况下，人体允许通过的电流一般可按30mA考虑。由于很多电场合的特殊性,线路漏电保护器的动作电流设计为300mA(因为设计小了，实际应用中无法合闸),这本身就存在安全隐患，例如路灯***。

传统的漏电检测方法一般是通过漏电流来进行检测，若金属外壳出现漏电，且接地不良，漏电无法被泄放掉，因此也无法产生漏电电流，在未发生安全事故之前难以通过此技术手段发现漏电问题。

发明内容

本发明实施例中提供了一种通过漏电电压检测漏电的电路及方法，以解决现有技术中因接地不良导致检测不到漏电的问题。本发明通过漏电电压确定发生漏电，不局限于应用在某一种场合，所有带有金属外壳的设备都可以使用此方式进行漏电检测。

本发明实施例公开了如下技术方案：

本发明第一方面提供了一种通过漏电电压检测漏电的电路，包括依次连接的光耦隔离电路、脉冲过滤电路、模拟放大电路和触发释抑电路，所述光耦隔离电路用于将漏电电压转换为漏电脉冲信号PULSE，所述脉冲过滤电路用于对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，所述模拟放大电路用于对滤波后的信号进行幅值调理，所述触发释抑电路用于将幅值调理后的信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。

进一步地，所述光耦隔离电路包括半波整流电路和电平转换电路，所述半波整流电路对漏电电压进行半波整流，所述电平转换电路将半波整流电路的输出转化为漏电脉冲信号PULSE。

进一步地，所述半波整流电路包括二极管D1、光耦U1输入端和电阻R1，二极管D1的正极连接漏电电压的正极，二极管D1的负极连接光耦U1的输入端正极，光耦U1的输入端负极通过电阻R1连接漏电电压的负极，所述电平转换电路包括光耦U1输出端和电阻R2，光耦U1的输出端正极连接电源VCC，光耦U1的输出端负极连接电阻R8的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；

在交流电正半周内，漏电电压正极经过二极管D1、光耦U1输入端、电阻R1和漏电电压负极形成单向回路，驱动光耦U1输出漏电脉冲信号PULSE，在交流电负半周内，二极管D1反向截止，单向回路不导通。

进一步地，所述脉冲过滤电路包括电阻R8和电容C20，电阻R8的另一端连接电容C20的一端和电阻R9的一端，电容C20另一端接地。

进一步地，所述模拟放大电路包括运放U2A，电阻R9的另一端连接运放U2A的正向输入端，运放U2A的输出端连接电阻R7的一端和电容C19的一端，并通过电阻R3连接运放U2A的负向输入端，电容C19的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R10接地，运放U2A的输出端使用电阻R7和电阻R10形成分压电路，运放U2A的负向输入端通过电阻R6接地；运放U2A对漏电脉冲信号PULSE进行放大，将漏电脉冲信号PULSE和后级电路隔离，电容C19对运放U2A输出信号进行平滑滤波。

进一步地，所述触发释抑电路包括触发单元和释抑单元，所述触发单元负责将分压电路产生的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，LEVEL_OUTPUT反馈到触发单元输入端，当分压大于阈值电压时，LEVEL_OUTPUT为高电平信号；所述释抑单元通过控制信号Unlock对所述触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT进行控制，当控制信号Unlock为低电平时，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，当控制信号Unlock为高电平时，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。

进一步地，所述触发单元包括运放U2B，分压连接运放U2B的正向输入端，电源VCC通过电阻R4和R5形成阈值电压电路，阈值电压连接运放U2B的负向输入端，运放U2B的输出端连接二极管D2的正极和电阻R14的一端，所述释抑单元包括NPN三极管Q1，Q1的E极接地，Q1的B极通过电阻R12连接单片机控制信号Unlock，Q1的C极连接运放U2B的正向输入端，二极管D2负极通过电阻R11连接到运放U2B的正向输入端；

当控制信号Unlock为低电平、分压大于阈值电压时，运放U2B的输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，NPN三极管Q1不导通，LEVEL_OUTPUT通过二极管D2，电阻R11反馈至U2B正向输入端，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，

控制信号Unlock为高电平时，NPN三极管Q1导通，U2B正向输入端为0V，抑制运放U2B的输入，U2B运放输出低电平信号，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。

进一步地，所述电路包括显示电路，显示电路包括NPN三极管Q2、发光二极管D3、电阻R13和电阻R14,电阻R14的另一端连接Q2的B极，Q2的E极接地，Q2的C极连接电阻R13的一端，VCC连接发光二极管D3的正极，发光二极管D3的负极连接电阻R13的另一端；输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平时，NPN三极管Q2导通，光二极管D3点亮，显示检测到漏电电压。

本发明第二方面提供了一种通过漏电电压检测漏电的方法，所述方法包括：

S1，漏电电压经过所述光耦隔离电路转换为漏电脉冲信号PULSE；

S2，所述脉冲过滤电路对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，当漏电脉冲信号PULSE的宽度小于规定时间时，该脉冲被滤除，只有大于规定时间的高电平脉冲才能顺利通过脉冲过滤电路；

S3，所述模拟放大电路对滤波后的脉冲信号进行幅值调理；

S4，所述触发释抑电路用于将幅值调理后的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对电平信号LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。

进一步地，所述触发释抑电路锁存或释放的方法为：

当控制信号Unlock为低电平、分压大于阈值电压时，所述触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存；

当Unlock信号为高电平时，所述触发单元的输入端为0V，输出电压LEVEL_OUTPUT为低电平，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明提供的通过漏电电压检测漏电的电路及方法，检测金属外壳和零线之间的漏电电压，当金属外壳出现漏电电压超过安全电压，且接地不良时，漏电电压驱动光耦，使光耦产生漏电脉冲信号，漏电脉冲信号经过脉冲过滤电路滤波，再经过模拟放大电路放大，最后经触发释抑电路将信号捕获，转换为电平信号锁存，并通过发光二极管显示提醒，当漏电问题解除后，再将锁存信号释放。本发明通过漏电电压驱动检测电路检测到漏电，输出漏电显示信号，解决了因接地不良导致检测不到漏电的问题，且适用范围广，所有带有金属外壳的设备都可以使用此方式进行漏电检测。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，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，对于本领域普通技术人员而言，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明所述电路结构框图；

图2为本发明实施例的电路原理图；

图中，1-光耦隔离电路，2-脉冲过滤电路，3-模拟放大电路，4-触发释抑电路。

具体实施方式

为了能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

如图1、2所示，本发明实施例提供了一种通过漏电电压检测漏电的电路，包括依次连接的光耦隔离电路1、脉冲过滤电路2、模拟放大电路3和触发释抑电路4；光耦隔离电路1用于将漏电电压转换为漏电脉冲信号PULSE，脉冲过滤电路2用于对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，模拟放大电路3用于对滤波后的脉冲信号进行幅值调理，触发释抑电路4用于将幅值调理后的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对电平信号LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。

光耦隔离电路包括半波整流电路和电平转换电路，半波整流电路对漏电电压进行半波整流，电平转换电路将半波整流电路的输出转化为漏电脉冲信号PULSE。

半波整流电路包括二极管D1、光耦U1输入端和电阻R1，二极管D1的正极连接漏电电压的正极，二极管D1的负极连接光耦U1的输入端正极，光耦U1的输入端负极通过电阻R1连接漏电电压的负极。

电平转换电路包括光耦U1输出端和电阻R2，光耦U1的输出端正极连接电源VCC，光耦U1的输出端负极连接电阻R8的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地。

请参照图2，将标号PE的位置连接设备的金属外壳，将标号为N的位置连接零线，由于漏电电压多为交流电，因此需经过二极管D1进行半波整流；若金属外壳与火线发生接触，即金属外壳出现漏电电压，当电压到达或者超过安全电压时(36V)，电流能够驱动光耦。在交流电的正半周内，金属外壳经过二极管D1、光耦U1、电阻R1和零线形成单向回路，从而驱动光耦U1，在光耦U1输出漏电脉冲信号PULSE，在交流电的负半周内，由于二极管D1的反向截止特性致使单向回路不导通，以防止光耦反向输入。

脉冲过滤电路2包括电阻R8和电容C20，电阻R8的另一端连接电容C20和电阻R9，电容C20另一端接地；本实施例中R8和C20构成低通滤波器，由于漏电电压持续时间不固定，故该滤波器用于灵敏度设置，当漏电脉冲信号PULSE的宽度小于规定时间时，可通过该滤波器电路将脉冲大幅衰减为接近0V，该脉冲被滤除，无法通过该滤波器，因此无法到达后级电路，只有大于规定时间的高电平脉冲才能顺利通过脉冲过滤电路。

模拟放大电路3包括运放U2A，电阻R9的另一端连接运放U2A的正向输入端，运放U2A的输出端连接电阻R7的一端和电容C19的一端，并通过电阻R3连接运放U2A的负向输入端，电容C19的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R10接地，运放U2A的输出端使用电阻R7和电阻R10形成分压电路，运放U2A的负向输入端通过电阻R6接地。

本实施例中模拟放大电路3是由运放U2A、电阻R3、R6、R9构成的同相比例放大电路，由于不同漏电电压驱动光耦U1输出的漏电脉冲信号幅值不同，模拟放大电路3主要对脉冲信号的幅值进行调理，将不同幅值的脉冲信号放大至所需的电压门限值，同时该电路实现前后级电路的隔离，电容C19对运放U2A输出信号进行平滑滤波，电组R7、R10对运放U2A运放输出信号进行分压，主要目的是对后级运放U2B的输出电压实现隔离。

触发释抑电路4包括触发单元和释抑单元，触发单元负责将分压电路产生的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，LEVEL_OUTPUT反馈到触发单元输入端，当分压大于阈值电压时，LEVEL_OUTPUT为高电平信号；释抑单元通过控制信号Unlock对触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT进行控制，当控制信号Unlock为低电平时，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，当控制信号Unlock为高电平时，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放，使触发单元输出端恢复低电平。

触发单元包括运放U2B，分压连接运放U2B的正向输入端，电源VCC通过电阻R4和R5形成阈值电压电路，阈值电压连接运放U2B的负向输入端，运放U2B的输出端连接二极管D2的正极和电阻R14的一端。

释抑单元包括NPN三极管Q1，Q1的E极接地，Q1的B极通过电阻R12连接单片机(单片机型号为STM8L151C8T6)控制信号Unlock，Q1的C极连接运放U2B的正向输入端，二极管D2负极通过电阻R11连接到运放U2B的正向输入端。

由于短时漏电随时会发生，脉冲信号也随时会出现，若不及时捕捉，稍纵即逝，导致漏检，因此为了更好的检测漏电的发生，需要将脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT。

电路工作时，将控制信号Unlock设为低电平，NPN三极管Q1不导通，若LEVEL_OUTPUT输出为高电平，说明发生漏电，单片机通过检测LEVEL_OUTPUT电平信号可以判断是否发生漏电，R4，R5对VCC分压，用于设定阈值电压，提供给运放U2B负向输入端作为参考，若U2B正向输入端分压超过阈值电压时，运放U2B输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，同时输出信号通过二极管D2、电阻R11反馈至运放U2B正向输入端，可以实时监测前级电路输出的脉冲信号，将LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，此时检测到漏电电压；

若将控制信号Unlock设为高电平时，NPN三极管Q1导通，U2B正向输入端为0V，抑制运放U2B的输入，U2B运放输出电压LEVEL_OUTPUT为低电平信号，若此时运放锁存的是高电平信号，也会被泻放掉，从而实现对LEVEL_OUTPUT信号的释放。

本实施例电路包括显示电路，显示电路包括NPN三极管Q2、发光二极管D3、电阻R13和电阻R14,电阻R14的另一端连接Q2的B极，Q2的E极接地，Q2的C极连接电阻R13的一端，VCC连接发光二极管D3的正极，发光二极管D3的负极连接电阻R13的另一端；输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平时，NPN三极管Q2导通，光二极管D3点亮，显示检测到漏电电压。

本发明提供的通过漏电电压检测漏电的方法包括：

S1，漏电电压经过光耦隔离电路1转换为漏电脉冲信号PULSE；

S2，脉冲过滤电路2对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，当漏电脉冲信号PULSE的宽度小于规定时间时，该脉冲被滤除，只有大于规定时间的高电平脉冲才能顺利通过脉冲过滤电路2；

S3，模拟放大电路3对滤波后的脉冲信号进行幅值调理；

S4，触发释抑电路4用于将幅值调理后的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对电平信号LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。

触发释抑电路锁存或释放的方法为：

当控制信号Unlock为低电平、分压大于阈值电压时，触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存；

当Unlock信号为高电平时，触发单元的输入端为0V，输出电压LEVEL_OUTPUT为低电平，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。

以上所述只是本发明的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也被视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，包括依次连接的光耦隔离电路、脉冲过滤电路、模拟放大电路和触发释抑电路，所述光耦隔离电路用于将漏电电压转换为漏电脉冲信号PULSE，所述脉冲过滤电路用于对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，所述模拟放大电路用于对滤波后的信号进行幅值调理，所述触发释抑电路用于将幅值调理后的信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，并对LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放；

所述触发释抑电路包括触发单元和释抑单元，所述触发单元负责将分压电路产生的脉冲信号转换为电平信号LEVEL_OUTPUT，LEVEL_OUTPUT反馈到触发单元输入端，当分压大于阈值电压时，LEVEL_OUTPUT为高电平信号；所述释抑单元通过控制信号Unlock对所述触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT进行控制，当控制信号Unlock为低电平时，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，当控制信号Unlock为高电平时，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放；

所述触发单元包括运放U2B，分压连接运放U2B的正向输入端，电源VCC通过电阻R4和R5形成阈值电压电路，阈值电压连接运放U2B的负向输入端，运放U2B的输出端连接二极管D2的正极和电阻R14的一端，所述释抑单元包括NPN三极管Q1，Q1的E极接地，Q1的B极通过电阻R12连接单片机控制信号Unlock，Q1的C极连接运放U2B的正向输入端，二极管D2负极通过电阻R11连接到运放U2B的正向输入端；

当控制信号Unlock为低电平、分压大于阈值电压时，运放U2B的输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，NPN三极管Q1不导通，LEVEL_OUTPUT通过二极管D2，电阻R11反馈至U2B正向输入端，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存，控制信号Unlock为高电平时，NPN三极管Q1导通，U2B正向输入端为0V，抑制运放U2B的输入，U2B运放输出低电平信号，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。

2.根据权利要求1所述的一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，所述光耦隔离电路包括半波整流电路和电平转换电路，所述半波整流电路对漏电电压进行半波整流，所述电平转换电路将半波整流电路的输出转化为漏电脉冲信号PULSE。

3.根据权利要求2所述的一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，所述半波整流电路包括二极管D1、光耦U1输入端和电阻R1，二极管D1的正极连接漏电电压的正极，二极管D1的负极连接光耦U1的输入端正极，光耦U1的输入端负极通过电阻R1连接漏电电压的负极，所述电平转换电路包括光耦U1输出端和电阻R2，光耦U1的输出端正极连接电源VCC，光耦U1的输出端负极连接电阻R8的一端和电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地；

在交流电正半周内，漏电电压正极经过二极管D1、光耦U1输入端、电阻R1和漏电电压负极形成单向回路，驱动光耦U1输出漏电脉冲信号PULSE，在交流电负半周内，二极管D1反向截止，单向回路不导通。

4.根据权利要求1所述的一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，所述脉冲过滤电路包括电阻R8和电容C20，电阻R8的另一端连接电容C20的一端和电阻R9的一端，电容C20另一端接地。

5.根据权利要求1所述的一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，所述模拟放大电路包括运放U2A，电阻R9的另一端连接运放U2A的正向输入端，运放U2A的输出端连接电阻R7的一端和电容C19的一端，并通过电阻R3连接运放U2A的负向输入端，电容C19的另一端接地，电阻R7的另一端通过电阻R10接地，运放U2A的输出端使用电阻R7和电阻R10形成分压电路，运放U2A的负向输入端通过电阻R6接地；运放U2A对漏电脉冲信号PULSE进行放大，将漏电脉冲信号PULSE和后级电路隔离，电容C19对运放U2A输出信号进行平滑滤波。

6.根据权利要求1所述的一种通过漏电电压检测漏电的电路，其特征在于，所述电路包括显示电路，显示电路包括NPN三极管Q2、发光二极管D3、电阻R13和电阻R14,电阻R14的另一端连接Q2的B极，Q2的E极接地，Q2的C极连接电阻R13的一端，VCC连接发光二极管D3的正极，发光二极管D3的负极连接电阻R13的另一端；输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平时，NPN三极管Q2导通，光二极管D3点亮，显示检测到漏电电压。

7.一种通过漏电电压检测漏电的方法，基于权利要求1-6任一项所述的电路实现，其特征是，所述方法包括：

S1，漏电电压经过所述光耦隔离电路转换为漏电脉冲信号PULSE；

S2，所述脉冲过滤电路对漏电脉冲信号PULSE进行滤波，当漏电脉冲信号PULSE的宽度小于规定时间时，该脉冲被滤除，只有大于规定时间的高电平脉冲才能顺利通过脉冲过滤电路；

S3，所述模拟放大电路对滤波后的脉冲信号进行幅值调理；

S4，所述触发释抑电路用于将幅值调理后的脉冲信号转换为电平信号

LEVEL_OUTPUT，并对电平信号LEVEL_OUTPUT进行锁存或释放。

8.根据权利要求7所述的一种通过漏电电压检测漏电的方法，其特征在于，所述触发释抑电路锁存或释放的方法为：

当控制信号Unlock为低电平、分压大于阈值电压时，所述触发单元的输出电压LEVEL_OUTPUT为高电平，实现对LEVEL_OUTPUT高电平信号锁存；

当Unlock信号为高电平时，所述触发单元的输入端为0V，输出电压LEVEL_OUTPUT为低电平，实现对LEVEL_OUTPUT信号释放。