一种低功耗抗干扰A型漏电保护器的制作方法

本发明涉及集成电路设计领域，尤其涉及用于漏电防护的a型漏电保护器。

背景技术：

随着科学技术的进步和经济的不断发展，人们的生活水平有了很大提高，伴随而来的用电设备趋于大型化和复杂化，如大型的充电桩、节能设备等，在电气线路中引入了大量的非正弦交流剩余电流。传统的ac型剩余电流保护器只能对交流漏电起保护作用，对直流脉动起不到保护作用。

而a型漏电保护器除了对交流漏电起保护作用外还对直流脉动漏电起保护作用。因此，a型漏电保护器比ac型漏电保护器的防护更具有全面性和可靠性。

cn104300494a公开了漏电脱扣电流值一致的a型漏电保护器，该芯片通过判断互感线圈检测到的过冲值出现的时间范围来判断漏电信号，然而由于不同互感线圈感应出的过冲值的幅值大小以及出现的时间范围是不同的，因此，该款芯片对不同互感线圈的适应性差并且存在静态功耗较大的问题。

技术实现要素：

为了克服现有技术的不足，本发明提出了一种低功耗抗干扰a型漏电保护器。

一种低功耗抗干扰a型漏电保护器，包括集成于同一芯片的：

环形振荡器，用于产生斩波稳零运算放大器所需的调制信号，干扰滤除模块、漏电波形判别模块以及跳闸信号脉宽调制模块所需的时钟信号；

上电复位模块，用于产生全局复位信号；

斩波稳零运算放大器，用于放大互感线圈感应到的漏电信号；

参考电压产生模块，用于产生漏电信号的阈值电平；

2.5v比较器用于将放大后的漏电信号与放大器共模电平进行比较，若放大后的漏电信号高于共模电平，2.5v比较器输出高电平；若放大后的漏电信号低于共模电平，2.5v比较器输出保持低电平；

干扰滤除模块，用于滤除漏电信号中的脉冲干扰信号，触发阈值比较模块；

阈值比较模块，用于判断漏电信号是否达到跳闸阈值；

漏电波形判别模块，用于判断漏电信号的类型，定时进行复位清零，判断漏电信号是否连续，产生跳闸信号；

跳闸信号脉宽调制模块，用于调整跳闸信号的脉宽。

所述参考电压产生模块用于产生滞后角为±0°、±90°、±135°、±0°+6ma的漏电信号以及ac型漏电信号的阈值电平。

所述干扰滤除模块，用于滤除互感线圈感应到的脉冲干扰信号，干扰滤除模块的输出信号作为阈值比较模块的唤醒信号；放大后的漏电信号与2.5v比较器进行比较，并且经过脉冲调制模块分别获得滤除前0.2ms和滤除前0.5ms的比较信号；滤除前0.2ms后的比较信号的上升沿作为阈值比较模块的唤醒信号，若滤除前0.2ms后的比较信号不存在上升沿，阈值比较模块保持禁用；滤除前0.5ms后的比较信号的上升沿信号作为计数触发信号，若经过滤除前0.5ms后的比较信号存在上升沿，在滤除前0.5ms后的比较信号的基础上增加0.5ms；若滤除前0.5ms后的比较信号不存在上升沿，电路将不进行后续处理。

所述阈值比较模块用于比较经过放大器放大后的漏电信号与参考电压产生模块输出的阈值电平，判断漏电信号是否达到了预定阈值，对于电流滞后角为+0°、+90°、+135°的漏电信号以及ac型漏电，若经过放大后漏电波峰值信号高于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果输出高电平，上升沿触发d触发器，在波形判别结束前一直保持高电平，直到完成一次波形判别后，复位信号清零比较结果，等待下一次比较；对于电流滞后角为-0°、-90°、-135°的漏电信号，若放大后漏电信号的波谷值低于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果输出高电平，上升沿触发d触发器，在波形判别结束前一直保持高电平，直到完成一次波形判别后，复位信号清零比较结果，等待下一次比较。

所述漏电波形判别模块包括波形判别模块、复位以及使能信号产生模块、漏电信号连续性判断模块，用于判断漏电信号的类型，定时对各模块进行复位清零，判断漏电信号是否连续，产生跳闸信号；干扰滤除模块输出的比较信号进入漏电波形判别模块，漏电波形判别模块对比较信号进行计数，计数结果与电流滞后角为±0°、±90°、±135°、±0°+6ma的漏电信号以及ac型漏电信号对应的占空比进行比较，若计数结果与任一漏电信号的占空比一致，则对应漏电信号的占空比判别信号输出高电平，若对应漏电信号的阈值比较模块同时输出高电平，则输出初始跳闸信号；否则，漏电信号占空比判别信号保持低电平。

所述复位以及使能信号产生模块用于对各模块进行复位清零，干扰滤除模块输出的比较信号上升沿触发d锁存器，d锁存器在复位信号产生之前一直保持高电平，计数器对d触发器的输出进行计数，在16ms输出跳闸信号的复位信号，在19.6ms输出使能信号，在19.8ms输出漏电波形判别模块以及阈值比较模块的复位信号，在20ms输出复位以及使能信号产生模块的复位信号。

所述漏电信号连续性判断模块，用于判断漏电信号的连续性，防止漏电保护器的误触发，在输出模块产生初始跳闸信号22ms内，若输出模块有新的跳闸信号产生，漏电保护器才输出最终的跳闸信号；若初始跳闸信产生22ms范围内，没有新的初始跳闸信号产生，初始跳闸信号将被清零，不会输出最终的跳闸信号驱动外围电路。

所述跳闸信号脉宽调制模块，用于调整跳闸信号的脉宽，漏电信号连续性判断模块输出的最终跳闸信号作为d触发器的触发信号，16ms后，复位以及使能信号产生模块产生跳闸信号的复位信号，将跳闸信号清零。

相比于现有技术，本发明的有益效果为，利用干扰滤除模块的输出信号作为阈值比较模块的唤醒信号，在没有漏电信号时，阈值比较模块被禁用，因此，大幅度降低芯片静态功耗，仿真结果显示，整体静态功耗由326μa下降为260μa，整体静态功耗下降约20%；利用干扰滤除模块和跳闸连续性判断模块，使芯片具有较好的抗干扰能力；斩波稳零运算放大器能够有效的降低失调和噪声，能够有效提高脱扣电流值的一致性。

附图说明

图1是低功耗抗干扰a型漏电保护器系统框图；

图2是本发明对滞后角为+0°的漏电信号的处理过程；

图3是本发明对滞后角为+90°的漏电信号的处理过程；

图4是本发明对滞后角为+135°的漏电信号的处理过程；

图5是本发明对滞后角为-0°的漏电信号的处理过程；

图6是本发明对滞后角为-90°的漏电信号的处理过程；

图7是本发明对滞后角为-135°的漏电信号的处理过程；

图8是本发明对ac型漏电信号的处理过程。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明低功耗抗干扰a型漏电保护器进行详细描述。

如图1所示为低功耗抗干扰a型漏电保护器的系统框图，包括集成于同一芯片的：环形振荡器、上电复位模块、斩波稳零运算放大器、参考电平产生模块、2.5v比较器、干扰滤除模块、阈值比较模块、漏电波形判别模块、跳闸信号脉宽调制模块。

所述的环形振荡器，用于产生斩波稳零运算放大器所需的调制信号，干扰滤除模块、漏电波形判别模块以及跳闸信号脉宽调制模块所需的时钟信号。

所述的上电复位模块，提供全局复位信号。

所述的斩波稳零运算放大器，用于放大收集到的漏电信号；互感线圈感应出来的漏电信号仅为30~40mv，因此采用放大倍数为20的斩波稳零运算放大器对漏电信号进行放大，放大电路共模电平为2.5v，采用斩波技术能够有效降低运放的失调和噪声对脱扣阈值的影响，提高脱扣电流的一致性。斩波稳零运算放大器对于本领域技术人员来说可采用现有技术，比如cn104300494a公开的漏电脱扣电流值一致的a型漏电保护器采用的斩波稳零运算放大器。

所述的参考电平产生模块用于产生运算放大器共模电平，滞后角为±0°、±90°、±135°的漏电信号以及ac型漏电信号的阈值电平。

所述的2.5v比较器用于将放大后的漏电信号与放大器共模电平进行比较，若放大后的漏电信号高于共模电平，2.5v比较器输出高电平；若放大后的漏电信号低于共模电平，2.5v比较器输出保持低电平。

所述的干扰滤除模块用于滤除漏电信号中的脉冲干扰信号，2.5v比较器的输出信号进入干扰滤除模块进行处理，滤除前0.2ms后的比较信号的上升沿作为阈值比较模块的唤醒信号，若滤除前0.2ms后的比较信号不存在上升沿，阈值比较模块保持禁用；滤除前0.5ms后的比较信号的上升沿信号作为计数触发信号，若经过滤除前0.5ms后的比较信号存在上升沿，在滤除前0.5ms后的比较信号的基础上增加0.5ms；若滤除前0.5ms后的比较信号不存在上升沿，电路将不进行后续处理，其中，干扰滤除模块的输出信号用于唤醒阈值比较模块，当不存在漏电信号时，阈值比较模块保持禁用，因此，静态功耗可以下降约20%。

所述的阈值比较模块用于比较经过放大器放大后的漏电信号与参考电压产生模块输出的阈值电平，判断漏电信号是否达到了预定阈值。对于电流滞后角为+0°、+90°、+135°的漏电信号以及ac型漏电，若经过放大后漏电信号波峰值高于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果输出高电平，上升沿触发d触发器，在波形判别结束前一直保持高电平，直到完成一次波形判别后，复位信号清零比较结果，等待下一次比较，若经过放大后漏电信号波谷低于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果保持低电平；对于电流滞后角为-0°、-90°、-135°的漏电信号，若放大后漏电信号的波谷值低于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果输出高电平，上升沿触发d触发器，在波形判别结束前一直保持高电平，直到完成一次波形判别后，复位信号清零比较结果，等待下一次比较，若经过放大后漏电信号波谷值高于于其对应的阈值电平，相应波形的峰值比较结果保持低电平。

所述的漏电波形判别模块用于判断漏电信号的类型，定时对阈值比较模块、漏电波形判别模块以及跳闸信号脉宽调制模块进行复位清零，判断漏电信号是否连续，产生初始跳闸信号。

所述的跳闸信号脉宽调制模块，用于调整跳闸信号的脉宽。

本发明低功耗抗干扰a型漏电保护器能够对电流滞后角为±0°、±90°、±135°、±0°+6ma的漏电信号以及ac型漏电信号进行有效的识别，具有良好的脱扣电流阈值一致性。其中±0°+6ma的漏电信号的处理过程与±0°的漏电信号的处理过程相同。

下面详细介绍低功耗抗干扰a型漏电保护器对滞后角为±0°、±90°、±135°的漏电信号以及ac型漏电信号的处理过程，包含对漏电波形判别模块、跳闸信号脉宽调制模块的详细阐述。

如图2所示为+0°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与+0°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波峰值高于+0°漏电信号阈值比较电平，则+0°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在6.4~9.4ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在滞后角为+0°的漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图3所示为+90°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与+90°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波峰值高于+90°漏电信号阈值比较电平，则+90°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在4~6.2ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在滞后角为+90°的漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图4所示为+135°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与+135°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波峰值高于+135°漏电信号阈值比较电平，则+135°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在1.6~3.8ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在滞后角为+135°的漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图5所示为ac型漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与+0°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波峰值高于ac型漏电信号阈值比较电平，则+0°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在9.6~11ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在ac型漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图6所示为-0°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与-0°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波谷值低于-0°漏电信号阈值比较电平，则-0°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在11.2~12.6ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在-0°漏电信号，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图7所示为-90°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与-90°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波谷值低于-90°漏电信号阈值比较电平，则-90°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在12.8~15.8ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在滞后角为-90°的漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。

如图8所示为-135°漏电信号的处理过程，漏电信号经过运算放大器放大后先与共模电平2.5v进行比较，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.2ms，若滤除0.2ms后，2.5v比较器仍存在输出信号，则说明线路中产生了漏电，输出信号则唤醒阈值比较模块，阈值比较模块将放大后的漏电信号与-135°漏电信号对应的阈值电平进行比较，若放大后的漏电信号波谷值低于-135°漏电信号阈值比较电平，则-135°漏电信号阈值比较结果输出高电平，2.5v比较器输出的信号经过干扰滤波模块滤除0.5ms，若滤除0.5ms后，2.5v比较器仍存在输出，滤除0.5ms后的信号叠加0.5ms延时后进入计数模块进行计数，若计数结果在16~19.6ms范围内，占空比判别结果输出高电平，若阈值比较结果和占空比判别结果同时输出高电平，则说明线路中存在滞后角为-135°的漏电，产生初始跳闸信号，若在22ms内产生了新的初始跳闸信号，说明漏电信号连续，产生最终跳闸信号，信号经过脉宽调制后保证跳闸信号脉宽为16ms。