剩余电流互感器故障检测电路及电气火灾探测器的制作方法

本发明涉及一种在电气火灾监控系统中，剩余电流式的电气火灾探测器，保证产品在实际应用中的可靠性。

背景技术：

随着社会的发展和科技的进步，电气设备越来越多的使用在生产和生活中，但由于用电不规范而引起的电气火灾在近年来也呈逐年上升的趋势。电气火灾的产生是由于用电线路老化、漏电、高压击穿、高温等原因造成，及时地监测到这些隐患并采取防范措施是有效的控制电气火灾发生的关键。

在电气火灾监控系统中，剩余电流式电气火灾探测器是主要的传感部件，它由剩余电流互感器、信号处理模块以及二者之间通过连接导线组成，为保证产品在实际应用中的可靠性，必须对于互感器的连接线进行短路或断路故障进行监测。

另外，剩余电流互感器属于无源感性器件，其自身的电感量很大，内阻较小。如果持续施加监测电流进行监测，则漏电流的测量精度会受到很大的影响，且耗电量随着探测器的数量增加而累加，系统规模大的情况下往往难以承受；如果间歇施加监测电流，电感效应致使加电时间长(“秒”数量级)，测量漏电信号的响应时间变慢，而且同样存在功耗问题。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题是提供一种电气火灾探测器以及剩余电流互感器故障检测电路，保证漏电流测量精度，又能做到微功耗和快速响应。

为了解决上述技术问题，本发明提供了剩余电流互感器故障检测电路，包括与主控模块连接的剩余电流故障检测电路，所述剩余电流故障检测电路包括通过引线连接剩余电流互感器的次级输出端的信号处理模块，所述剩余电流互感器的输出端并联一个终端电阻R_EOL；所述信号处理模块包括发出瞬时脉冲电压的监测电压发生电路和信号采样及放大电路；所述监测电压发生电路的输入端连接至主芯片，其输出端连接所述剩余电流互感器的次级输出端，并与所述信号采样及放大电路的输入端相连接，所述信号采样及放大电路的输出端与主芯片的A/D转换端口连接。

检测发生电路包括三极管Q6、二极管D7、脉冲变压器TF1、二极管D6、电容C20、电容C1、电阻R41和电阻R42；三极管Q6的基极连接所述主芯片，三极管Q6的集电极连接电源正极，三极管Q6的发射极同时连接二极管D7的阴极和脉冲变压器TF1的第6脚，二极管D7的阳极和脉冲变压器TF1的第4脚连接接地，脉冲变压器TF1的第1脚同时连接R42的一端和电容C1的一端，R42的另一端为监测电压发生电路输出端的一端，脉冲变压器TF1的第3脚同时连接二极管D6的阳极和电容C20的一端，电容C20的另一端和电容C1的另一端和二极管D6的阴极同时与电阻R41的一端相连，电阻R41的另一端为监测电压发生电路输出端的另一端；

信号采样及放大电路包括与电阻R_EOL并联的取样电阻R10，取样电阻R10的一端连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端同时连接电阻R21的一端和差分运算放大器U3的同向输入端，电阻R21的另一端接地；取样电阻R10的另一端同时连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接差分运算放大器U3的反向输入端和电阻R20和电容C30的一端，电阻R20和电容C30的另一端连接到差分运算放大器U3的输出端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端为输出端，接主芯片的A/D转换端口。

另一种技术方案在于：一种电气火灾探测器，包括剩余电流互感器，还包括所述的剩余电流互感器故障检测电路。

进一步，所述剩余电流互感器和信号处理模块之间通过卡接部卡扣连接。

进一步，所述的引线对应穿设于剩余电流互感器和信号处理模块之间。

进一步，所述的剩余电流互感器上设有铺设线缆或铜排的通槽，该通槽的形状为圆形或椭圆形。

本发明的技术效果在于：本发明的电气火灾探测器以及剩余电流互感器故障检测电路，回避开剩余电流互感器的大电感特性，在剩余电流互感器的内部，在次级输出端上，并联一只用于监视连接线路的终端电阻R_EOL。在与剩余电流互感器连接的信号处理模块上，发出瞬时的脉冲电压，施加到互感器连接线路上，监测线路电流，并通过信号采样及放大电路进行放大，以及MCU通过对ADC电压进行判断处理，从而实现剩余电流互感器连接故障的监测。保证漏电流测量精度，又能做到微功耗和快速响应。

附图说明

图1是本发明电气火灾探测器的结构示意图；

图2是本发明监测电压发生电路的结构示意图；

图3是本发明信号采样及放大电路的结构示意图；

图4是本发明剩余电流互感器的电气原理图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。

如图1-图4所示，为本发明剩余电流互感器故障检测电路，包括与主控模块连接的剩余电流故障检测电路，所述剩余电流故障检测电路包括通过引线连接剩余电流互感器的次级输出端的信号处理模块，所述剩余电流互感器的输出端并联一个终端电阻R_EOL；所述信号处理模块包括发出瞬时脉冲电压的监测电压发生电路和信号采样及放大电路；所述监测电压发生电路的输入端连接至主芯片，其输出端连接所述剩余电流互感器的次级输出端，并与所述信号采样及放大电路的输入端相连接，所述信号采样及放大电路的输出端与主芯片的A/D转换端口连接。

进一步，所述检测发生电路包括三极管Q6、二极管D7、脉冲变压器TF1、二极管D6、电容C20、电容C1、电阻R41和电阻R42；三极管Q6的基极连接所述主芯片，三极管Q6的集电极连接电源正极，三极管Q6的发射极同时连接二极管D7的阴极和脉冲变压器TF1的第6脚，二极管D7的阳极和TF1的第4脚连接接地，脉冲变压器TF1的第1脚同时连接R42的一端和电容C1的一端，R42的另一端为监测电压发生电路输出端的一端，脉冲变压器TF1的第3脚同时连接二极管D6的阳极和电容C20的一端，电容C20的另一端和电容C1的另一端和二极管D6的阴极同时与电阻R41的一端相连，电阻R41的另一端为监测电压发生电路输出端的另一端；

进一步，该信号采样及放大电路包括与电阻R_EOL并联的取样电阻R10，取样电阻R10的一端连接电阻R16的一端，电阻R16的另一端同时连接电阻R21的一端和差分运算放大器U3的同向输入端，电阻R21的另一端接地；取样电阻R10的另一端同时连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端同时连接差分运算放大器U3的反向输入端和电阻R20和电容C30的一端，电阻R20和电容C30的另一端连接到差分运算放大器U3的输出端和电阻R8的一端，电阻R8的另一端为输出端，接主芯片的A/D转换端口。

下面举例说明为本发明剩余电流互感器故障检测电路，而实际工程使用过程中并不限于此。

如图1所示监测电压发生电路，通过主芯片MCU的引脚TEST输出一个瞬时脉冲，控制三极管Q6脉冲变压器TF1(第6脚和第4脚)，在开关导通期间的电压为2.6V。TF1的变比为1:1，其输出电压也为2.6V的瞬时脉冲。经D6及C1整流滤波后，通过电阻R41、R42和R10，施加到互感器连接引线端子上(IN1和IN2)。

如图4所示互感器的电气原理图，脉冲电压施加到互感器后，由于互感器线圈的电感效应，监测电流几乎不流经线圈自身，主要流经R_EOL。

如图3所示监测信号的取样及放大处理，监测信号由R10取样，由差分运算放大电路进行放大，输出给MCU，进行A/D转换及处理。监测数据如下：

1、剩余电流互感器的连接，处于正常状态时，R10与R_EOL并联，R10的取样电压为81mV，差分放大后，输出约1.5V；

2、剩余电流互感器处于开路故障状态时，R10的取样电压为155mV，放大后的输出电压约为2.9V；

3、剩余电流互感器的连接线处于短路故障状态时，R10的取样电压为0V，放大后输出也为0V。

上述三种情况下，MCU通过对ADC电压进行判断处理，从而识别出剩余电流互感器的状态：正常、开路或短路。该过程耗电极少，响应时间快，并且对漏电流的测量精度无影响，原因在于：故障监测与漏电流的测量，二者在时序上能够完全分开。

如图1所述的本发明电气火灾探测器，包括如图1-图3所示剩余电流互感器故障检测电路。剩余电流互感器3和信号处理模块1之间通过卡接部5卡扣连接，在信号处理模块1上开设有凹槽，在剩余电流互感器3对应该凹槽设有凸块。该卡扣结构取代了现有技术中剩余电流互感器3和信号处理模块1一体化结构，引线2对应穿设于剩余电流互感器和信号处理模块之间，该卡扣部能使得引线2变为最短，减少了干扰信号，进一步提高监测精度、微功耗和快速响应。剩余电流互感器3上设有铺设线缆或铜排的通槽，该通槽的形状为圆形或椭圆形。

以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。