一种短路检测装置的制作方法

1.本技术涉及电子器件技术领域，具体而言，涉及一种短路检测装置。


背景技术：

2.近年来，物联网发展速度加快，智能断路器将会走进千家万户，精确计量和故障报警会是这个行业的发展趋势。断路器是指能够关合、承载和开断正常回路条件下的电流并能在规定的时间内关合、承载和开断异常回路条件下的电流的开关装置。断路器按其使用范围分为高压断路器与低压断路器，高低压界线划分比较模糊，一般将3kv以上的称为高压电器。断路器可用来分配电能，不频繁地启动异步电动机，对电源线路及电动机等实行保护，当它们发生严重的过载或者短路及欠压等故障时能自动切断电路，其功能相当于熔断器式开关与过欠热继电器等的组合。而且在分断故障电流后一般不需要变更零部件。目前，已获得了广泛的应用。
3.现有技术中，智能断路器(含漏电保护)仍然是采用传统的电磁脱扣器实现短路保护；其中，电磁脱扣器是脱扣器的一种，它只提供磁保护，也就是短路保护，其实际上是一个磁回力，当电流足够大时产生的磁场力克服反力弹簧吸合衔铁打击牵引杆从而带动机构动作切断电路。电磁脱扣器无法做到短路保护动作后的信号反馈，无法解决故障报警推送的问题。


技术实现要素：

4.本技术实施例的目的在于提供一种短路检测装置，该装置可实现短路的信号反馈，即根据信号输出电路的输出信号判断是否短路，根据输出信号可以解决故障报警推送的问题。
5.本技术实施例提供了一种短路检测装置，包括：信号输入电路、比较器电路和信号输出电路；
6.所述信号输入电路包括双通道运算放大器，所述双通道运算放大器包括两个信号输入方向相反的输入端，所述双通道运算放大器的两个输入端分别与锰铜采集器连接；
7.所述比较器电路包括电压比较器和基准源，所述电压比较器的同相输入端与所述双通道运算放大器的输出端连接，所述电压比较器的反相输入端与所述基准源连接；
8.所述信号输出电路包括光电耦合器，所述光电耦合器的输入端与所述电压比较器的输出端连接，所述光电耦合器的输出端连接单片机。
9.在上述实现过程中，该短路检测装置应用于交流电的短路检测，短路的大电流通过锰铜采集器、并在锰铜采集器的两端形成电压差，将锰铜采集器两端的电压差通过双通道运算放大器进行差分放大，电压比较器接收双通道运算放大器放大的信号并进行比较，若电压比较器接收的信号超过比较器电路的基准源(基准源用于提供基准电压)，则说明有短路现象发生，然后电压比较器输出高电平驱动光电耦合器，光电耦合器的输出端则有对应的电平信号，单片机可通过光电耦合器的输出端判断出是否有短路现象发生；从而，该装
置可以实现短路的信号反馈，即根据信号输出电路的输出信号判断是否短路，根据输出信号可以解决故障报警推送的问题。
10.进一步地，所述双通道运算放大器包括正半轴差分运算放大器和负半轴差分运算放大器，所述正半轴差分运算放大器和所述负半轴差分运算放大器的信号输入方向相反，所述正半轴差分运算放大器的输出端、所述负半轴差分运算放大器的输出端分别连接所述电压比较器的同相输入端。
11.在上述实现过程中，通过正半轴差分运算放大器和负半轴差分运算放大器，双通道运算放大器可以将输入信号在两个方向上都进行放大输出。
12.进一步地，所述信号输入电路还包括第一二极管，所述第一二极管的阳极连接所述负半轴差分运算放大器的输出端，所述第一二极管的阴极连接所述电压比较器的同相输入端。
13.进一步地，所述信号输入电路还包括第二二极管，所述第二二极管的阳极连接所述正半轴差分运算放大器的输出端，所述第二二极管的阴极连接所述电压比较器的同相输入端。
14.在上述实现过程中，通过第一二极管、第二二极管可以将两个运算放大器通道放大的输出信号分隔，即将正半轴差分运算放大器和负半轴差分运算放大器放大的输出信号分隔；从而，使双通道运算放大器的输出总是保持在一个方向。
15.进一步地，所述信号输入电路还包括采样限流电阻，所述采样限流电阻的一端分别连接所述第一二极管的阴极、所述第二二极管的阴极，所述采样限流电阻的另一端连接所述电压比较器的同相输入端。
16.在上述实现过程中，采样限流电阻可以对输入至电压比较器的电压采样信号进行限流，避免电压采样信号过大损坏电路。
17.进一步地，所述第一二极管和所述第二二极管为肖特基二极管。
18.进一步地，所述比较器电路还包括输出限流电阻，所述输出限流电阻的一端连接所述电压比较器的输出端，所述输出限流电阻的另一端连接所述光电耦合器的输入端。
19.在上述实现过程中，输出限流电阻可以对输入至光电耦合器的信号进行限流，避免损坏光电耦合器。
20.进一步地，所述信号输出电路还包括耦合信号滤波电容，所述耦合信号滤波电容的一端连接所述光电耦合器的输出端，所述耦合信号滤波电容的另一端接地。
21.在上述实现过程中，耦合信号滤波电容可以对光电耦合器输出的耦合信号进行滤波。
22.进一步地，所述信号输出电路还包括上拉限流电阻，所述上拉限流电阻的一端连接所述光电耦合器的输出端，所述上拉限流电阻的另一端连接电源。
23.在上述实现过程中，上拉限流电阻可限制电源经过光电耦合器输出端的电流。
24.进一步地，比较器电路还包括电源滤波电容，所述电源滤波电容的一端连接所述电源正极，所述电源滤波电容的另一端接地。
25.在上述实现过程中，电源滤波电容可以实现电压比较器的电源滤波。
26.本技术公开的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，或者，部分特征和优点可以从说明书推知或毫无疑义地确定，或者通过实施本技术公开的上述技术即可得知。
27.为使本技术的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
28.为了更清楚地说明本技术实施例的技术方案，下面将对本技术实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本技术的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，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相关的附图。
29.图1为本技术实施例提供的短路检测装置的结构示意图；
30.图2为本技术实施例提供的短路检测装置的电路示意图。
31.图标：100
‑
信号输入电路；200
‑
比较器电路；300
‑
信号输出电路。
具体实施方式
32.下面将结合本技术实施例中的附图，对本技术实施例中的技术方案进行描述。
33.应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本技术的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
34.本技术实施例提供了一种短路检测装置，可以应用于对电路短路的检测、反馈及故障报警推送中；该短路检测装置应用于交流电的短路检测，短路的大电流通过锰铜采集器、并在锰铜采集器的两端形成电压差，将锰铜采集器两端的电压差通过双通道运算放大器进行差分放大，电压比较器接收双通道运算放大器放大的信号并进行比较，若电压比较器接收的信号超过比较器电路的基准源，则说明有短路现象发生，然后电压比较器输出高电平驱动光电耦合器，光电耦合器的输出端则有对应的电平信号，单片机可通过光电耦合器的输出端判断出是否有短路现象发生；从而，该装置可以实现短路的信号反馈，即根据信号输出电路的输出信号判断是否短路，根据输出信号可以解决故障报警推送的问题。
35.请参见图1，图1为本技术实施例提供的短路检测装置的结构示意图，该短路检测装置包括信号输入电路100、比较器电路200和信号输出电路300。
36.示例性地，信号输入电路100包括双通道运算放大器u11，双通道运算放大器u11包括两个信号输入方向相反的输入端，双通道运算放大器u11的两个输入端分别与锰铜采集器连接。
37.示例性地，端口v1p和端口v1n是交流信号输入端口，采样自锰铜采集器，通过锰铜采集器的电流越大，则采样到的信号幅值越大；若发生短路现象，通过锰铜采集器的电流会极大。
38.示例性地，锰铜采集器由锰铜合金构成，锰铜是一种精密电阻合金，通常以线材供应，也有少量的板、带材，在各类仪器仪表中有着广泛的用途同时，该材料又是一种超高压力敏感材料，测压上限可高达500pa。锰铜具有良好的压阻效应广泛应用于爆轰、高速撞击、动态断裂、新材料合成等高温高压环境的压力测量。锰铜的电阻变化与外界压力近似为线性函数关系(即压阻系数k近为常数)，且电阻温度系数小，通过由锰铜作为敏感元件制成的传感器，就可实现将动态高压下的压力测量转化为对锰铜电阻变化的测量。
39.示例性地，双通道运算放大器u11可以将输入信号在两个方向上都进行放大输出。
40.示例性地，双通道运算放大器u11包括正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b，正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b的输入端的输入方向相反；如图1所示，正半轴差分运算放大器u11a的同相输入端(+)连接端口v1p、反相输入端(
‑
)连接端口v1n；负半轴差分运算放大器u11b的同相输入端(+)连接端口v1n、反相输入端(
‑
)连接端口v1p。
41.示例性地，运算放大器(operational amplifier)是具有很高放大倍数的电路单元。在实际电路中，通常结合反馈网络共同组成某种功能模块。它是一种带有特殊耦合电路及反馈的放大器。其输出信号可以是输入信号加、减或微分、积分等数学运算的结果。由于早期应用于模拟计算机中用以实现数学运算，因而得名“运算放大器”。
42.示例性地，比较器电路200包括电压比较器u12和基准源，电压比较器u12的同相输入端(+)与双通道运算放大器u11的输出端连接，电压比较器u12的反相输入端(
‑
)与基准源连接。
43.示例性地，电压比较器是对输入信号进行鉴别与比较的电路，是组成非正弦波发生电路的基本单元电路。常用的电压比较器有单限比较器、滞回比较器、窗口比较器、三态电压比较器等。电压比较器它可用作模拟电路和数字电路的接口，还可以用作波形产生和变换电路等。利用简单电压比较器可将正弦波变为同频率的方波或矩形波。
44.示例性地，信号输出电路300包括光电耦合器u9，光电耦合器u9的输入端与电压比较器u12的输出端连接，光电耦合器u9的输出端连接单片机。
45.示例性地，光电耦合器是以光为媒介传输电信号的一种电
→
光
→
电转换器件。它由发光源和受光器两部分组成。把发光源和受光器组装在同一密闭的壳体内，彼此间用透明绝缘体隔离。发光源的引脚为输入端，受光器的引脚为输出端，常见的发光源为发光二极管，受光器为光敏二极管、光敏三极管等等。
46.在一些实施方式中，本技术实施例提供的短路检测装置应用于交流电的短路检测，短路的大电流通过锰铜采集器、并在锰铜采集器的两端形成电压差，将锰铜采集器两端的电压差通过双通道运算放大器u11进行差分放大，电压比较器u12接收双通道运算放大器u11放大的信号并进行比较，若电压比较器u12接收的信号超过比较器电路200的基准源，则说明有短路现象发生，然后电压比较器u12输出高电平驱动光电耦合器，光电耦合器的输出端则有对应的电平信号，单片机可通过光电耦合器的输出端判断出是否有短路现象发生；从而，该装置可以实现短路的信号反馈，即根据信号输出电路的输出信号判断是否短路，根据输出信号可以解决故障报警推送的问题。
47.请参见图2，图2为本技术实施例提供的短路检测装置的电路示意图。
48.示例性地，双通道运算放大器u11包括正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b，正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b的信号输入方向相反，正半轴差分运算放大器u11a的输出端、负半轴差分运算放大器u11b的输出端分别连接电压比较器u12的同相输入端。
49.示例性地，正半轴差分运算放大器u11a的同相输入端(+)连接端口v1p、反相输入端(
‑
)连接端口v1n；负半轴差分运算放大器u11b的同相输入端(+)连接端口v1n、反相输入端(
‑
)连接端口v1p；从而，使正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b的
信号输入方向相反。
50.在一些实施方式中，电阻r35、电阻r36、电阻r37、电阻r48为负半轴差分放大比例调节电阻，与负半轴差分运算放大器u11b配合，完成放大比例调节。
51.在一些实施方式中，电阻r31、电阻r32、电阻r33、电阻r34为正半轴差分放大比例调节电阻，与正半轴差分运算放大器u11a配合，完成放大比例调节。
52.示例性地，信号输入电路100还包括第一二极管d1，第一二极管d1的阳极连接负半轴差分运算放大器u11b的输出端，第一二极管d1的阴极连接电压比较器u12的同相输入端。
53.示例性地，信号输入电路100还包括第二二极管d2，第二二极管d2的阳极连接正半轴差分运算放大器u11a的输出端，第二二极管d2的阴极连接电压比较器u12的同相输入端。
54.示例性地，通过第一二极管d1、第二二极管d2可以将两个运算放大器通道放大的输出信号分隔，即将正半轴差分运算放大器u11a和负半轴差分运算放大器u11b放大的输出信号分隔；从而，使双通道运算放大器u11的输出总是保持在一个方向。
55.示例性地，信号输入电路100还包括采样限流电阻r46，采样限流电阻r46的一端分别连接第一二极管d1的阴极、第二二极管d2的阴极，采样限流电阻r46的另一端连接电压比较器u12的同相输入端。
56.示例性地，采样限流电阻r46可以对输入至电压比较器u12的电压采样信号进行限流，避免电压采样信号过大损坏电路。
57.可选地，第一二极管d1和第二二极管d2为肖特基二极管。
58.示例性地，肖特基二极管是以其发明人肖特基博士(schottky)命名的，sbd是肖特基势垒二极管(schottky barrier diode,缩写成sbd)的简称。sbd不是利用p型半导体与n型半导体接触形成pn结原理制作的，而是利用金属与半导体接触形成的金属－半导体结原理制作的。因此，sbd也称为金属－半导体(接触)二极管或表面势垒二极管，它是一种热载流子二极管。
59.示例性地，比较器电路200还包括输出限流电阻r38，输出限流电阻r38的一端连接电压比较器u12的输出端，输出限流电阻r38的另一端连接光电耦合器u9的输入端。
60.示例性地，输出限流电阻r38可以对输入至光电耦合器u9的信号进行限流，避免损坏光电耦合器u9。
61.示例性地，信号输出电路300还包括耦合信号滤波电容c51，耦合信号滤波电容c51的一端连接光电耦合器u9的输出端，耦合信号滤波电容c51的另一端接地。
62.示例性地，耦合信号滤波电容c51可以对光电耦合器u9输出的耦合信号进行滤波。
63.示例性地，信号输出电路还包括上拉限流电阻r39，上拉限流电阻r39的一端连接光电耦合器u9的输出端，上拉限流电阻r39的另一端连接电源3v3。
64.示例性地，上拉限流电阻r39可限制电源经过光电耦合器u9输出端的电流。
65.示例性地，比较器电路200还包括电源滤波电容c49，电源滤波电容c49的一端连接电源正极，电源滤波电容c49的另一端接地。
66.示例性地，电源滤波电容c49可以实现电压比较器u12的电源滤波。
67.在一些实施方式中，电阻r49、电阻r45是电压比较器u12内部及基准源的分压电阻。
68.在一些实施方式中，光电耦合器u9的端口short，是短路信号输出端口。
69.在一些实施方式中，电压比较器u12通过采样限流电阻r46采样的电压与内部基准源由电阻r49、电阻r45分压后的电压做比较，若大于基准源则输出信号至光电耦合器u9。
70.示例性地，电容c37为双通道运算放大器u11的电源滤波电容。
71.结合图1和图2，在一些实施场景中，短路的大电流通过锰铜采集器，在锰铜两端形成电压差，将锰铜两端的电压差通过双通道运算放大器u11进行差分放大，电压比较器u12接收双通道运算放大器u11放大的信号并进行比较，若超过电压比较器u12的基准源时，则说明有短路现象发生，然后输出高电平驱动光电耦合器u9，光电耦合器u9的低压端则有对应的电平信号，单片机通过光电耦合器u9的低压端判断出是否有短路现象发生。
72.在本技术所提供的几个实施例中，应该理解到，各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
73.以上所述仅为本技术的实施例而已，并不用于限制本技术的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本技术可以有各种更改和变化。凡在本技术的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本技术的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
74.以上所述，仅为本技术的具体实施方式，但本技术的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本技术揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本技术的保护范围之内。因此，本技术的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
75.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。