专利名称：一种剩余电流相位的鉴相电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种三相剩余电流检测电路，具体是一种剩余电流相位的鉴相电路，属于剩余电流检测技术领域。
背景技术：
剩余电流断路器在市场应用中越来越广，其中模拟分立式依然占有大量市场，有的产品只能进行剩余电流保护而没有剩余电流显示装置，有的虽然有剩余电流显示装置，但是只能检测出总的剩余电流，而不能准确的检测出剩余电流发生在其中的哪一相，然而，剩余电流通常基本都是发生在单相的，一旦发生剩余电流而导致大面积停电检修时，特别是在农村电网中，线路长，用电分散，且多分布在山区，检修人员需要对A、B、C三相均进行排查，大大增加了检修人员的工作量，效率相对较低。
中国专利文献CNlOl 162834A公开了消声节电矢量型漏电检测方法及漏电保护器，通过零序电流互感器检测低压配电线路对地漏电的矢量和即剩余电流。该现有技术的剩余电流经整流放大后，一路送到单片机接口 PC4获取漏电流的大小，另一路经过相位检测电路送到单片机接口 PC0，利用单片机测出两个相邻交流信号与相位基准的差，从而得到两个相邻交流信号相位差。该现有技术的剩余电流的相位检测方法对整流放大后的剩余电流只运用一个运算放大器来检测相位，该运算放大器设计时，如果针对小电流进行设计，需要设置较大的放大倍数，才能满足小电流放大的需要，但是此时如果检测出来的电流为大电流，则方法的倍数过大；如果针对大电流来设置，则不能满足小电流的放大需求。也就是说该电路中的运算放大器的设置很难兼顾大电流和小电流。由于而实际中我们无法预测剩余电流的大小，所以这种剩余电流的相位检测方法无法兼顾大、小剩余电流的检测准确性。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是现有技术中对剩余电流的相位检测无法兼顾大、小剩余电流的检测准确性，从而提供一种大、小漏电流都能够进行相位检测的电路。为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的
一种剩余电流相位的鉴相电路，包括供电电源电压的基准方波生成电路、剩余电流的信号方波生成电路和控制器，其中
所述供电电源电压的基准方波生成电路，包括
第一滤波电路其输入端接交流电，对所述交流电进行滤波后输出；
隔离降压电路与所述第一滤波电路的输出端连接，对所述滤波后的电源电压进行降压处理；
第一方波生成电路与所述隔离降压电路的输出端连接，将所述降压后的电源电压由正弦波信号转换成方波信号，所述方波信号为供电电源电压的基准方波；
所述剩余电流的信号方波生成电路，包括剩余电流感应电路、信号状态转换电路、第二滤波电路、信号初级放大电路、信号次级放大电路和第二方波生成电路，其中剩余电流感应电路其输入端接在待测线路上，用于感应线路中的剩余电流；
信号状态转换电路其输入端接所述剩余电流感应电路的输出端，将剩余电流信号转换为电压信号后输出；
第二滤波电路其输入端接所述信号状态转换电路的输出端，将所述电压信号进行滤波后输出；
信号初级放大电路将剩余电流信号转换后的电压信号抬高在O. 5倍的基准电压处，使该电压信号有完整的正弦波形，所述信号初级放大电路包括两个输入端和一个输出端，所述信号初级放大电路的第一输入端接所述第二滤波电路的输出端，所述信号初级放大电路的第二输入端接O. 5倍的基准电压；
信号次级放大电路对所述信号初级放大电路放大后的电压信号再次进行放大，所述信号次级放大电路包括两个输入端和两个输出端，所述信号次级放大电路的第一输入端接所述信号初级放大电路的输出端，所述信号次级放大电路的第二输入端接O. 5倍的基准电 压；
第二方波生成电路将放大后的电压由正弦波信号转换成方波信号，所述第二方波生成电路包括两个输入端和一个输出端，所述第二方波生成电路的第一输入端接所述信号次级放大电路的第一输出端，所述第二方波生成电路的第二输入端接O. 5倍的基准电压，所述输出端的输出信号为所述剩余电流的信号方波；
所述控制器，包括
AD转换单元用于检测剩余电流的大小,包括第一 AD转换口和第二 AD转换口，所述第一 AD转换口接所述信号初级放大电路的输出端，所述第二 AD转换口接所述信号次级放大电路的第二输出端；
中断单元，包括用于接收供电电源电压的基准方波的第一中断口和用于接收剩余电流的信号方波第二中断口，所述第一中断口接所述第一方波生成电路的输出端，所述第二中断口接所述第二方波生成电路的输出端；
定时单元，记录所述第一中断口接收到所述供电电源电压的基准方波与所述第二中断口接收到所述剩余电流的信号方波的上升沿或者下降沿的时间差，剩余电流滞后于基准相的相位差通过公式Φ=2π *tl / Tl得到，Tl为工频周期，由基准信号整形后的方波启动计时，剩余电流信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述剩余电流的信号方波生成电路还包括保护电路，所述保护电路的输入端接所述信号状态转换电路，所述保护电路的输出端接所述第二滤波电路。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述第一滤波电路包括压敏电阻U1，共模电感Tl，电容Cl，交流电接所述压敏电阻Ul的两端，所述压敏电阻Ul的两端接所述共模电感Tl的两个输入端，所述共模电感Tl的两个输出端与所述电容Cl的两端连接后共同接所述隔离降压电路的输入端。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述隔离降压电路包括双绕组变压器SI。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述第一方波生成电路包括电阻Rl、R2、R3、R4，电容C2，二极管D1，三极管Q1，所述隔离降压电路的输出端通过电阻Rl与所述三极管Ql的基极连接，所述电容C2、二极管D1、电阻R2并联后一端接在所述电阻Rl与所述三极管Ql基极的连接端，另一端与所述三极管Ql的发射极连接后接地，所述三极管Ql的集电极接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接直流电源，所述电阻R4的一端接在所述三极管Ql的集电极与所述电阻R3的连接端，所述电阻R4的另一端与所述控制器的第一中断口相连。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述剩余电流感应电路包括零序电流互感器。
所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述信号状态转换电路包括电阻R5。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述第二滤波电路包括电容C3，所述电容C3的两端同时接所述信号状态转换电路的输出端、所述信号初级放大电路的第一输入端。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述信号初级放大电路包括电阻R6、R7、R8、R9，电容C4，运算放大器UlC，所述电阻R6的一端接第二滤波电路的第一输出端，另一端接所述运算放大器UlC的反向输入端，所述电阻R7 —端的接第二滤波电路的第二输出端，另一端接所述运算放大器UlC的同向输入端，所述运算放大器UlC的输出端与反向输入端之间连接所述电阻R8，所述输出端同时接所述信号次级放大电路第一输入端、第一 AD转换口， 所述电容C4的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R9的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，另一端接O. 5倍的基准电压。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述信号次级放大电路包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C5、C6，运算放大器UlD ;所述运算放大器UlD的反向输入端通过所述电阻RlO与所述信号初级放大电路的输出端连接，所述运算放大器UlD的同向输入端通过所述电阻Rll接O. 5倍的基准电压，所述运算放大器UlD的同向输入端与反向输入端之间连接电容C5，所述运算放大器UlD的输出端与反向输入端之间通过所述电阻R12连接，所述运算放大器UlD的输出端与所述第二方波生成电路的第一输入端连接，所述运算放大器UlD的输出端通过所述电阻R13与所述电容C6连接后再接地，所述电阻R13与所述电容C6的连接端接第二 AD转换口。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述第二方波生成电路包括电阻R14、R15，运算放大器UlB ;所述运算放大器UlB的同向输入端通过所述电阻R14与所述信号次级放大电路的第一输出端连接，所述运算放大器UlB的反向输入端接O. 5倍的基准电压，所述运算放大器UlB的输出端通过所述电阻R15接所述第二中断口。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述控制器为单片机。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述保护电路包括二极管D2、D3，所述二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接后接地，所述二极管D2的正极接所述二极管D3的负极，并共同接所述信号状态转换电路的输出端。所述的剩余电流相位的鉴相电路，所述基准电压为控制器的工作电压。所述的剩余电流相位的鉴相电路，单片机的工作电压为5V。所述的剩余电流相位的鉴相电路，单片机的工作电压为3. 3V。本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点
(I)本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路，包括供电电源电压的基准方波生成电路、剩余电流的信号方波生成电路和控制器，该供电电源电压的基准方波生成电路，包括第一滤波电路、隔离降压电路和第一方波生成电路，该剩余电流的信号方波生成电路包括剩余电流感应电路、信号状态转换电路、第二滤波电路、信号初级放大电路、信号次级放大电路和第二方波生成电路，该控制器包括AD转换单元、定时单元、中断单元。上述剩余电流相位的鉴相电路应用了两次放大电路，可以使小的剩余电信号时使用后边的第二通道，大的剩余电信号时使用第一通道加第二通道的方式，大大提高了采样的精度，从高通道处产生方波比较信号，使其在剩余电信号较小的情况下也能准确测出剩余电流发生的相位，有效避免了现有技术中对剩余电流的相位检测无法兼顾大、小剩余电流的检测准确性的问题。(2)本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路，该剩余电流的信号方波生成电路还包括保护电路，使信号状态转换电路输出的电压在限定的范围内，以免损坏运算放大器，保证电路的正常工作。(3)本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路，设置一个0.5VREF (VoltageReference，基准电压)的基准电源将剩余电信号抬高，使其有完整的正弦波形，提高了剩余电流检测的实时性和准确性。(4)本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路，利用三极管和运算放大器来实现，并 且只有一路电源，避免使用两路电源，使线路简单化。
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中，
图I是本发明所述剩余电流相位的鉴相电路的一个实施例结构示意 图2是图I所述剩余电流相位的鉴相电路的供电电源电压的基准方波生成电路的电路原理 图3是图I所述剩余电流相位的鉴相电路的剩余电流的信号方波生成电路的电路原理
图4是本发明所述剩余电流相位的鉴相电路的另一个实施例结构示意 图5是图4所述剩余电流相位的鉴相电路的剩余电流的信号方波生成电路的电路原理
图6为相位测量各点波形示意图。图中附图标记表示为1_供电电源电压的基准方波生成电路，11-第一滤波电路，12-隔离降压电路，13-第一方波生成电路，2-剩余电流的信号方波生成电路，21 -剩余电流感应电路，22-信号状态转换电路，23-第二滤波电路，24-信号初级放大电路，25-信号次级放大电路，26-第二方波生成电路，27-保护电路，3-控制器，31-AD转换单元，311-第一 AD转换口，312-第二 AD转换口，32-定时单元，33-中断单元，331-第一中断口，332-第二中断□。
具体实施例方式实施例I :
本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路的结构如图I所示，其包括供电电源电压的基准方波生成电路I、剩余电流的信号方波生成电路2和控制器3。所述供电电源电压的基准方波生成电路I包括第一滤波电路11、隔离降压电路12和第一方波生成电路13，所述第一滤波电路11输入端接220V交流电，对所述交流电进行滤波后输出；参见图2所示，本实施例中，所述第一滤波电路11包括压敏电阻U1，共模电感Tl，电容Cl，220V交流电接所述压敏电阻Ul的两端，所述压敏电阻Ul的两端接所述共模电感Tl的两个输入端，所述共模电感Tl的两个输出端与所述电容Cl的两端连接后共同接所述隔离降压电路的输入端。所述隔离降压电路12与所述第一滤波电路的输出端连接，对所述滤波后的电源电压进行隔离、降压处理；参见图2所示，本实施例中，所述隔离降压电路12包括可以进一步降低EMC干扰的双绕组变压器SI，所述双绕组变压器SI的初级接在所述电容Cl的两端，所述双绕组变压器SI次级作为所述隔离降压电路12的输出端接所述第一方波生成电路13的输入端。所述第一方波生成电路13与所述隔离降压电路12的输出端连接，将所述降压后的电源电压由正弦波信号转换成方波信号，所述方波信号为供电电源电压的基准方波。参见图2所示，本实施例中，所述第一方波生成电路13包括电阻R1、 R2、R3、R4，电容C2，二极管Dl，三极管Ql，所述双绕组变压器SI次级的一个绕组中的一端接地，另一端通过电阻Rl与所述三极管Ql的基极连接，所述电容C2、二极管D1、电阻R2并联后一端接在所述电阻Rl与所述三极管Ql基极的连接端，另一端与所述三极管Ql的发射极连接后接地，所述三极管Ql的集电极接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接+5V直流电源，所述电阻R4的一端接在所述三极管Ql的集电极与所述电阻R3的连接端，所述电阻R4的另一端与所述控制器3的第一中断口 331即图2中的IRQl相连，输出一个方波信号。所述剩余电流的信号方波生成电路2包括剩余电流感应电路21、信号状态转换电路22、第二滤波电路23、信号初级放大电路24、信号次级放大电路25和第二方波生成电路26。所述剩余电流感应电路21输入端接在待测线路上，用于感应线路中的剩余电流；参见图3所示，本实施例中，所述剩余电流感应电路21包括零序电流互感器TA，其输入端接三相三线线路中，二次侧的一端接地。作为其他实施方式，所述零序电流互感器TA的输入端接三相四线线路中。所述信号状态转换电路22输入端接所述剩余电流感应电路21的输出端，将所述零序电流互感器TA输出的剩余电流信号转换为电压信号后输出；参见图3所示，本实施例中，所述信号状态转换电路22包括电阻R5，所述电阻R5的两端接在所述零序电流互感器TA的二次侧。所述第二滤波电路23输入端接所述信号状态转换电路22的输出端，将所述电压信号进行滤波后输出；参见图3所示，本实施例中，所述第二滤波电路23包括电容C3，所述电容C3的两端同时接所述电阻R5的两端。所述信号初级放大电路24将剩余电流信号转换后的电压信号抬高在O. 5VREF处，使该电压信号有完整的正弦波形；所述信号初级放大电路24包括两个输入端和一个输出端，所述信号初级放大电路24的第一输入端接所述第二滤波电路23的输出端，所述信号初级放大电路24的第二输入端接O. 5VREF ;参见图3所示，本实施例中，所述信号初级放大电路24包括电阻R6、R7、R8、R9，电容C4，运算放大器UlC，所述电阻R6的一端接所述电容C3的一端，另一端接所述运算放大器UlC的反向输入端，所述电阻R7 —端的接所述电容C3的另一端，所述电阻R7另一端接所述运算放大器UlC的同向输入端，所述运算放大器UlC的输出端与反向输入端之间连接所述电阻R8，所述输出端同时接所述信号次级放大电路25第一输入端、控制器3的AD转换单元31的第一 AD转换口 311，所述电容C4的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R9的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，另一端接
O.5VREF。所述信号次级放大电路25对所述信号初级放大电路24放大后的电压信号再次进行放大，所述信号次级放大电路25包括两个输入端和两个输出端，所述信号次级放大电路25的第一输入端接所述信号初级放大电路24的输出端，所述信号次级放大电路25的第二输入端接O. 5VREF ;参见图3所示，本实施例中，所述信号次级放大电路25包括电阻R10、R11、R12、R13，电容C5、C6，运算放大器UlD ;所述运算放大器UlD的反向输入端通过所述电阻RlO与所述运算放大器UlC的输出端连接，所述运算放大器UlD的同向输入端通过所述电阻Rll接O. 5VREF，所述运算放大器UlD的同向输入端与反向输入端之间连接电容C5，所述运算放大器UlD的输出端与反向输入端之间通过所述电阻R12连接，所述运算放大器UlD 的输出端与所述第二方波生成电路26的第一输入端连接，所述运算放大器UlD的输出端通过所述电阻R13与所述电容C6连接后再接地，所述电阻R13与所述电容C6的连接端接控制器3的AD转换单元31的第二 AD转换口 312。所述第二方波生成电路26将放大后的电压由正弦波信号转换成方波信号,所述第二方波生成电路26包括两个输入端和一个输出端,所述第二方波生成电路26的第一输入端接所述信号次级放大电路25的第一输出端,所述第二方波生成电路26的第二输入端接O. 5VREF，所述输出端的输出信号为所述剩余电流的信号方波；参见图3所示，本实施例中，所述第二方波生成电路26包括电阻R14、R15，运算放大器UlB ;所述运算放大器UlB的同向输入端通过所述电阻R14与所述运算放大器UlD输出端连接，所述运算放大器UlB的反向输入端接O. 5VREF，所述运算放大器UlB的输出端通过所述电阻R15接所述控制器3的中断单元33的第二中断口 332，即图3中的IRQ2。控制器3，包括AD转换单元31、定时单元32、中断单元33，所述AD转换单元31用于检测剩余电流的大小，包括第一 AD转换口 311和第二 AD转换口 312，所述中断单元33包括用于接收供电电源电压的基准方波的第一中断口 331和用于接收剩余电流的信号方波第二中断口 332，所述定时单元记录所述第一中断口 331接收到所述供电电源电压的基准方波与所述第二中断口 332接收到所述剩余电流的信号方波的上升沿或者下降沿的时间差，剩余电流滞后于基准相的相位差通过公式Φ=2π -tl / Tl得到，Tl为工频周期，由基准信号整形后的方波启动计时，剩余电流信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl。本实施例中，所述控制器3为工作电压为5V的单片机，所述基准电压为控制器的工作电压，所以，O. 5VREF 为 2. 5V。ADl处与AD2处分别与AD转换单元31的第一 AD转换口 311、第二 AD转换口 312相连，可对剩余电流信号进行采集和计算。ADl处对第一通道剩余电流采样，AD2处对第二通道剩余电流采样，当单片机检测到AD2处于不饱和状态或者饱和状态时，即剩余电流转换后的电压信号在0-2. 5V之间时，利用ADl处对第一通道剩余电流采样，当单片机检测到AD2处于饱和后的状态时，即剩余电流转换后的电压信号大于2. 5V时，利用ADl处对第一通道剩余电流采样，同时，利用AD2处对第二通道剩余电流采样。
AD2处于不饱和状态或者饱和状态时的剩余电流为小剩余电流，AD2处于饱和后状态的剩余电流为大剩余电流。本实施例中，小剩余电流信号时，即剩余电流转换后的电压信号在0-2. 5V之间时，使用AD2处对第二通道漏电流采样；大剩余电流信号时，即剩余电流转换后的电压信号大于2. 5V时，同时使用ADl处对第一通道剩余电流采样、AD2处对第二通道剩余电流采样，将二者的剩余电流相加即为大剩余电流；然后通过单片机的中断单元33的第二中断口 332来处理，能准确的判断剩余电流是发生在哪个相位，方便工作人员检修。作为其他实施方式，控制器为工作电压为3. 3V的单片机，所述基准电压为控制器的工作电压，O. 5VREF为I. 8V或者2V。本发明所述的剩余电流相位的鉴相电路，双绕组变压器SI 二次侧产生一个基准方波，与所述零序电流互感器TA检测的剩余电流方波形成比较，通过单片机进行处理和计算，准确的算出剩余电流发生在哪个相位，方便工作人员进行快速的检修。以供电电源相(A相)作为基准相，将供电电源、剩余电流整形转换成与之对应的 正弦波信号、方波信号，分别送入单片机的第一中断口 331和第二中断口 332，利用单片机的定时单元32，对两个方波信号的上升沿的时间差进行测量，然后再经过计算，从而实现相位的测量。有关相位测量的各部分波形如图6所示。图6中(a)图为基准相信号波形，图6中(b)图为基准相信号整形后对应的方波，图6中(c)图为剩余电流信号波形，图6中(d)图为剩余电流信号整形后对应的方波，Tl为工频周期20ms。由基准相信号整形后的方波启动计时，剩余电流信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl，如图6中(c)图、图(d)中所示，tl即代表了剩余电流滞后于基准相的相位差Φ=2π · tl / Tl。实施例2
在上述实施例I的基础上，所述剩余电流的信号方波生成电路2还包括保护电路27，参见图4所示，所述保护电路27的输入端接所述信号状态转换电路22，所述保护电路27的输出端接所述第二滤波电路23。参见图5所示，本实施例中，所述保护电路27包括二极管D2、D3，使零序电流互感器TA输出的剩余电流经过所述电阻R5后，输出的电压不超过O. 7V,以免损坏所述运算放大器U1C，所述二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接后接在所述电阻R5的接地端，所述二极管D2的正极接所述二极管D3的负极，并共同接所述电阻R5的另一端。显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明创造的保护范围之中。
权利要求
1.一种剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，包括供电电源电压的基准方波生成电路、剩余电流的信号方波生成电路和控制器，其中 所述供电电源电压的基准方波生成电路，包括 第一滤波电路其输入端接交流电，对所述交流电进行滤波后输出； 隔离降压电路与所述第一滤波电路的输出端连接，对所述滤波后的电源电压进行降压处理； 第一方波生成电路与所述隔离降压电路的输出端连接，将所述降压后的电源电压由正弦波信号转换成方波信号，所述方波信号为供电电源电压的基准方波； 所述剩余电流的信号方波生成电路，包括剩余电流感应电路、信号状态转换电路、第二滤波电路、信号初级放大电路、信号次级放大电路和第二方波生成电路，其中 剩余电流感应电路其输入端接在待测线路上，用于感应线路中的剩余电流； 信号状态转换电路其输入端接所述剩余电流感应电路的输出端，将剩余电流信号转换为电压信号后输出； 第二滤波电路其输入端接所述信号状态转换电路的输出端，将所述电压信号进行滤波后输出； 信号初级放大电路将剩余电流信号转换后的电压信号抬高在O. 5倍的基准电压处，使该电压信号有完整的正弦波形，所述信号初级放大电路包括两个输入端和一个输出端，所述信号初级放大电路的第一输入端接所述第二滤波电路的输出端，所述信号初级放大电路的第二输入端接O. 5倍的基准电压； 信号次级放大电路对所述信号初级放大电路放大后的电压信号再次进行放大，所述信号次级放大电路包括两个输入端和两个输出端，所述信号次级放大电路的第一输入端接所述信号初级放大电路的输出端，所述信号次级放大电路的第二输入端接O. 5倍的基准电压； 第二方波生成电路将放大后的电压由正弦波信号转换成方波信号，所述第二方波生成电路包括两个输入端和一个输出端，所述第二方波生成电路的第一输入端接所述信号次级放大电路的第一输出端，所述第二方波生成电路的第二输入端接O. 5倍的基准电压，所述输出端的输出信号为所述剩余电流的信号方波； 所述控制器，包括 AD转换单元用于检测剩余电流的大小,包括第一 AD转换口和第二 AD转换口，所述第一 AD转换口接所述信号初级放大电路的输出端，所述第二 AD转换口接所述信号次级放大电路的第二输出端； 中断单元，包括用于接收供电电源电压的基准方波的第一中断口和用于接收剩余电流的信号方波第二中断口，所述第一中断口接所述第一方波生成电路的输出端，所述第二中断口接所述第二方波生成电路的输出端； 定时单元，记录所述第一中断口接收到所述供电电源电压的基准方波与所述第二中断口接收到所述剩余电流的信号方波的上升沿或者下降沿的时间差，剩余电流滞后于基准相的相位差通过公式Φ=2π -tl / Tl得到，Tl为工频周期，由基准信号整形后的方波启动计时，剩余电流信号整形后的方波停止计时，所计时间即为tl。
2.根据权利要求I所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述剩余电流的信号方波生成电路还包括保护电路，所述保护电路的输入端接所述信号状态转换电路，所述保护电路的输出端接所述第二滤波电路。
3.根据权利要求I或2所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述第一滤波电路包括压敏电阻U1，共模电感Tl，电容Cl，交流电接所述压敏电阻Ul的两端，所述压敏电阻Ul的两端接所述共模电感Tl的两个输入端，所述共模电感Tl的两个输出端与所述电容Cl的两端连接后共同接所述隔离降压电路的输入端。
4.根据权利要求1-3任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述隔离降压电路包括双绕组变压器SI。
5.根据权利要求1-4任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述第一方波生成电路包括电阻R1、R2、R3、R4，电容C2，二极管D1，三极管Q1，所述隔离降压电路的输出端通过电阻Rl与所述三极管Ql的基极连接，所述电容C2、二极管D1、电阻R2并联后一端接在所述电阻Rl与所述三极管Ql基极的连接端，另一端与所述三极管Ql的发射极连接后接地，所述三极管Ql的集电极接所述电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端接直流电源，所述电阻R4的一端接在所述三极管Ql的集电极与所述电阻R3的连接端，所述电阻R4的另一端与所述控制器的第一中断口相连。
6.根据权利要求1-5任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述剩余电流感应电路包括零序电流互感器。
7.根据权利要求1-6任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述信号状态转换电路包括电阻R5。
8 根据权利要求1-7任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述第二滤波电路包括电容C3，所述电容C3的两端同时接所述信号状态转换电路的输出端、所述信号初级放大电路的第一输入端。
9.根据权利要求1-8任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述信号初级放大电路包括电阻R6、R7、R8、R9，电容C4，运算放大器UlC，所述电阻R6的一端接第二滤波电路的第一输出端，另一端接所述运算放大器UlC的反向输入端，所述电阻R7 —端的接第二滤波电路的第二输出端，另一端接所述运算放大器UlC的同向输入端，所述运算放大器UlC的输出端与反向输入端之间连接所述电阻R8，所述输出端同时接所述信号次级放大电路第一输入端、第一 AD转换口，所述电容C4的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，所述电容C4的另一端接地，所述电阻R9的一端接所述电阻R7与所述运算放大器UlC的同向输入端的连接端，另一端接O. 5倍的基准电压。
10.I根据权利要求1-9任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述信号次级放大电路包括电阻RIO、R11、R12、R13，电容C5、C6，运算放大器UlD ;所述运算放大器UlD的反向输入端通过所述电阻RlO与所述信号初级放大电路的输出端连接，所述运算放大器UlD的同向输入端通过所述电阻Rll接O. 5倍的基准电压，所述运算放大器UlD的同向输入端与反向输入端之间连接电容C5,所述运算放大器UlD的输出端与反向输入端之间通过所述电阻R12连接，所述运算放大器UlD的输出端与所述第二方波生成电路的第一输入端连接，所述运算放大器UlD的输出端通过所述电阻R13与所述电容C6连接后再接地，所述电阻Rl3与所述电容C6的连接端接第二 AD转换口。
11.根据权利要求ι- ο任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述第二方波生成电路包括电阻R14、R15，运算放大器UlB ;所述运算放大器UlB的同向输入端通过所述电阻R14与所述信号次级放大电路的第一输出端连接，所述运算放大器UlB的反向输入端接O. 5倍的基准电压，所述运算放大器UlB的输出端通过所述电阻R15接所述第二中断口。
12.根据权利要求1-11任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述控制器为单片机。
13.根据权利要求2-12任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述保护电路包括二极管D2、D3，所述二极管D2的负极与所述二极管D3的正极连接后接地，所述二极管D2的正极接所述二极管D3的负极，并共同接所述信号状态转换电路的输出端。
14.根据权利要求1-13任一所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，所述基准电压为控制器的工作电压。
15.根据权利要求12或14所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，单片机的工 作电压为5V。
16.根据权利要求12或14所述的剩余电流相位的鉴相电路，其特征在于，单片机的工作电压为3. 3V。
全文摘要
本发明提供一种剩余电流相位的鉴相电路，包括供电电源电压的基准方波生成电路、剩余电流的信号方波生成电路和控制器，该供电电源电压的基准方波生成电路，包括第一滤波电路、隔离降压电路和第一方波生成电路，该剩余电流的信号方波生成电路包括剩余电流感应电路、信号状态转换电路、第二滤波电路、信号初级放大电路、信号次级放大电路和第二方波生成电路，该控制器包括AD转换单元、定时单元、中断单元。上述剩余电流相位的鉴相电路应用了两次放大电路，可以使小的剩余电信号时使用后边的第二通道，大的剩余电信号时使用第一通道加第二通道的方式，大大提高了采样的精度，从第二通道处产生方波比较信号，使其在剩余电信号较小的情况下也能准确测出剩余电流发生的相位，有效避免了现有技术中对剩余电流的相位检测无法兼顾大、小剩余电流的检测准确性的问题。
文档编号G01R19/00GK102830266SQ20121032488
公开日2012年12月19日 申请日期2012年9月5日 优先权日2012年9月5日
发明者谢太林, 魏占勇, 白建社, 马超, 洪进仁, 高鸿鹏 申请人:德力西电气有限公司