电弧故障检测消除的电路系统的制作方法

1.本实用新型涉及电弧故障检测消除技术，具体而言，涉及一种电弧故障检测消除的电路系统。


背景技术：

2.目前，各种电器设备已遍布于我们的生活、工作的场所，用电安全是使用电器设备首要关注的问题。由于电线老化、绝缘层损坏、触头不良等多种因素均有可能出现电弧故障，而电弧故障发生时会产生高温，很容易引起火灾，因此，需要通过电弧故障保护装置及时发现产生的电弧故障，并切断通路，从而降低电气火灾发生的几率。
3.现有的电弧故障保护装置，其电源部分大部分采用ic变换电源，实现过程复杂，噪声干扰大；其采样部分通常是多磁环、多线圈的结构，用以分别对零线、火线等进行采样；其断路器的驱动通常采用多线圈的设计，分别用于驱动开和关，因此，整体结构较为复杂，生产成本不容易降低，也不利于保护装置整体结构的改进。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本实用新型提供一种电弧故障检测消除的电路系统，用以通过采用电容降压的电源模块和单线圈电磁铁驱动的开关，减小了设备噪声，其整体结构简单，能够节省成本。
5.为达到上述目的，本实用新型提供了一种电弧故障检测消除的电路系统，其包括：
6.一电流信号采样模块，设置于交流供电与负载之间的通路上，用于采样通路中的电流信号以检测是否出现电弧故障；
7.一电源模块，与所述交流供电连接，其通过电容降压与整流桥整流将输入的交流电转换为直流；
8.一微处理器，包含一微处理器芯片，其分别与所述电源模块和所述电流信号采样模块连接，其中，所述微处理器芯片的两个电压输入端与所述电源模块的输出端连接；所述微处理器芯片的ad输入端与所述电流信号采样模块的输出端连接；所述微处理器芯片的的两个控制输出端分别作为接通信号输出端和关断信号输出端；以及
9.一驱动断路器模块，设置于所述交流供电与所述负载之间的通路上，并与所述微处理器连接，其包括：
10.一单刀双掷开关，其开和关为通过一电磁感应线圈驱动，其中，所述电磁感应线圈为一组绕线于电磁铁上的线圈，其中所述线圈的输入端连接到交流供电的火线或零线的任一条上，所述线圈的输出端连接到所述单刀双掷开关的一输入端，所述单刀双掷开关的一输出端连接到负载；
11.一第一可控硅，其阳极连接一第一二极管的阴极，所述第一二极管的阳极连接到所述线圈的输出端，所述第一可控硅的阴极接地，所述第一可控硅的控制极通过一第四电阻连接到所述微处理器芯片的所述关断信号输出端，且在所述第一可控硅的控制极与地之
间还连接一第一电容；
12.一第二可控硅，其阴极连接一第二二极管的阳极，所述第二二极管的阴极连接到所述线圈的输出端，所述第二可控硅的阳极与交流供电中未连接所述线圈的一条连接，所述第二可控硅的控制极与阳极之间连接一第二电容；
13.一光耦，其阳极输入端通过一第五电阻连接到所述微处理器芯片的所述接通信号输出端，其阴极输入端接地；所述光耦的集电极输出端与一第三二极管的阴极连接，所述第三二极管的阳极连接到所述第二可控硅的阳极；所述光耦的发射极输出端通过一第六电阻连接到所述第二可控硅的控制极。
14.在本实用新型一实施例中，其中，所述电源模块的电路连接具体为：
15.一降压电容与一第一电阻并联，并联后的一端连接到交流供电的一端，并联后的另一端连接到一第二电阻的一端；
16.所述第二电阻的另一端与交流供电的另一端分别连接到一整流桥的两个输入端；
17.所述整流桥的正极输出端作为电源模块的输出端，其负极输出端接地；其中，所述整流桥由4个二极管两两对接组成；
18.一滤波电容，连接到所述整流桥的所述正极输出端与所述负极输出端之间；
19.一稳压二极管，其阴极与阳极分别连接到所述整流桥的所述正极输出端与所述负极输出端。
20.在本实用新型一实施例中，其中，所述微处理器电路还包括：
21.一led指示灯，其阴极连接到所述微处理器芯片的pa4端，其阳极串联一第三电阻后连接到所述电源模块的输出端；
22.一第一开关与一第二开关，所述第一开关与所述第二开关的一端接地，另一端分别连接到所述微处理器芯片的pa3端与pa2端；
23.所述微处理器芯片的pa3端与pa2端还分别通过一电阻连接到所述电源模块的输出端。
24.在本实用新型一实施例中，其中，所述微处理器芯片为包括ad转换的32位微处理器芯片。
25.在本实用新型一实施例中，其中，所述电流信号采样模块为单线圈采样。
26.本实用新型的电弧故障检测消除的电路系统，与现有技术相比，其优点如下：
27.1)电源模块采用电容降压的方式，其不需要复杂的变换，结构简单且噪音较小；
28.2)驱动断路器模块为采用一个线圈的电磁感应方式控制开关的开和关，其结构简单，可以节省成本；
29.3)单线圈采样的方式也能使整个系统结构简单，降低生产成本。
附图说明
30.为了更清楚地说明本实用新型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，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，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的附图。
31.图1为本实用新型一实施例的系统结构图；
32.图2为本实用新型一实施例的电源模块电路图；
33.图3为本实用新型一实施例的微处理器电路图；
34.图4为本实用新型一实施例的驱动断路器模块电路图。
35.附图标记说明：10-交流供电；30-负载；201-电流信号采样模块；202-驱动断路器模块；203-电源模块；204-微处理器；c5-降压电容；c11-滤波电容；
36.r5、r9、r10、r12、r15、r17、r22、r24-电阻；b1-整流桥；d4-稳压二极管；u2-微处理器芯片；d6-led指示灯；s1、s2-开关；s3单刀双掷开关；
37.q1、q2-可控硅；c3、c4-电容；u6-光耦；l4电磁感应线圈；d1、d2、d12-二极管。
具体实施方式
38.下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有付出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
39.图1为本实用新型一实施例的系统结构图，如图1所示，本实施例供了一种电弧故障检测消除的电路系统，其包括：
40.一电流信号采样模块(201)，设置于交流供电(10)与负载(30)之间的通路上，用于采样通路中的电流信号以检测是否出现电弧故障；本实施例所采用的采样方式为单线圈采样，即通过一个采样线圈同时采集火线和零线中的电流信号。
41.一电源模块(203)，与交流供电(10)连接，其通过电容降压与整流桥整流将交流电转换为直流电，用于为电路系统提供工作电压；
42.一微处理器(mcu)(204)，为包含ad转换(模数转换)的32位微处理器芯片，其分别与电源模块(203)和电流信号采样模块(201)连接，用于处理采样的数据以判断是否出现电弧故障；以及
43.一驱动断路器模块(202)，设置于交流供电(10)与负载(30)之间的通路上，并与微处理器(mcu)(204)连接，用于根据微处理器(mcu)(204)发出的控制信号控制交流供电(10)与负载(30)之间的通路的接通与切断。
44.图2为本实用新型一实施例的电源模块电路图，如图2所示，在本实施例中，其中，电源模块(203)的电路连接具体为：
45.一降压电容(c5)与一第一电阻(r5)并联，并联后的一端连接到交流供电的一端，并联后的另一端连接到一第二电阻(r17)的一端；
46.第二电阻(r17)的另一端与交流供电的另一端分别连接到一整流桥(b1)的两个输入端(1和2)；
47.整流桥(b1)的正极输出端(4)作为电源模块的输出端(vcc)，用于为电路系统提供工作电压，整流桥(b1)的负极输出端(3)接地；其中，整流桥(b1)由4个二极管两两对接组成，其二极管的连接方式为整流桥常规连接方式，在此不再赘述。
48.一滤波电容(c11)，连接到整流桥(b1)的正极输出端(4)与负极输出端(3)之间，用于对直流输出进行滤波；
49.一稳压二极管(d4)，其阴极与阳极分别连接到整流桥(b1)的正极输出端(4)与负
极输出端(3)，用于对直流输出进行稳压保护。
50.图3为本实用新型一实施例的微处理器电路图，如图3所示，其中，
51.微处理器(mcu)芯片(u2)的两个电压输入端(vcc和vdda)与电源模块(203)的输出端连接；
52.微处理器(mcu)芯片(u2)的ad输入端(pa0)与电流信号采样模块(201)的输出端连接，由微处理器(mcu)芯片(u2)进行ad采样，将输入的模拟信号转换为数字信号进行处理；
53.微处理器(mcu)芯片(u2)的两个控制输出端(pb1和pa7)分别作为接通信号(power_on)输出端和关断信号(power_off)输出端。其中，当ad采样的数字信号，经过微处理器(mcu)芯片(u2)的处理，判断出存在电弧故障信号后，微处理器(mcu)芯片(u2)通过控制输出端(pa7)发出关断信号(power_off)，交流供电与负载之间的通路被切断。
54.再如图3所示，本实施例中，微处理器电路还包括：
55.一led指示灯(d6)，其阴极连接到微处理器(mcu)芯片(u2)的pa4端，其阳极串联一第三电阻(r22)后连接到电源模块(203)的输出端(vcc)；
56.一第一开关(s1)与一第二开关(s2)，第一开关(s1)与第二开关(s2)的一端接地，另一端分别连接到微处理器(mcu)芯片(u2)的pa3与pa2端，用以分别作为手动开关向微处理器(mcu)芯片(u2)发出接通信号(power_on)和关断信号(power_off)；
57.微处理器(mcu)芯片(u2)的pa3与pa2端还分别通过一电阻连接到电源模块(203)的输出端(vcc)。
58.其中，第一开关(s1)与第二开关(s2)可以对应外壳上的两个按钮，用于手动开关电路，以用来测试系统的工作是否正常，其中：
59.第一开关(s1)按下作为on_key，对应微处理器(mcu)芯片(u2)的pb1发出接通信号(power_on)，使交流供电与负载之间的电路接通；
60.第二开关(s2)按下作为off_key，对应微处理器(mcu)芯片(u2)的pa7发出关断信号(power_off)，使交流供电与负载之间的电路关断；从而可以达到手动按键与ad采样自动发出开关信号一样的效果。
61.图4为本实用新型一实施例的驱动断路器模块电路图，如图4所示，驱动断路器模块电包括：
62.一单刀双掷开关(s3)，其开和关为通过一电磁感应线圈(l4)驱动，其中，电磁感应线圈(l4)为一组绕线于电磁铁上的线圈，其中线圈的输入端连接到交流供电的火线或零线的任一条上，线圈的输出端连接到单刀双掷开关(s3)的一输入端，单刀双掷开关(s3)的一输出端连接到负载，用于通过流经线圈的电流方向的不同驱动单刀双掷开关(s3)的接通和关断；另外，单刀双掷开关(s3)的另一输入端与未连接电磁感应线圈(l4)交流供电的一条连接，另一输出端也连接到负载，即若l4连接到火线，则单刀双掷开关(s3)的两个输入分别连接l4与零线，两个输出分别连接负载的火线和零线，以实现零线和火线同时接通和关断；
63.一第一可控硅(q1)，其阳极连接一第一二极管(d1)的阴极，第一二极管(d1)的阳极连接到线圈的输出端，第一可控硅(q1)的阴极接地，第一可控硅(q1)的控制极通过一第四电阻(r12)连接到微处理器(mcu)芯片的关断信号(power_off)输出端，且在第一可控硅(q1)的控制极与地之间还连接一第一电容(c3)；
64.一第二可控硅(q2)，其阴极连接一第二二极管(d2)的阳极，第二二极管(d2)的阴
极连接到线圈的输出端，第二可控硅(q2)的阳极与交流供电中未连接线圈的一条连接，第二可控硅(q2)的控制极与阳极之间连接一第二电容(c4)；
65.一光耦(u6)，其阳极输入端(1)通过一第五电阻(r24)连接到微处理器(mcu)芯片的接通信号(power_on)输出端，其阴极输入端(2)接地；
66.光耦(u6)的集电极输出端(4)与一第三二极管(d12)的阴极连接，第三二极管(d12)的阳极连接到第二可控硅(q2)的阳极；光耦(u6)的发射极输出端(3)通过一第六电阻(r15)连接到第二可控硅(q2)的控制极。
67.本实施例的电磁感应线圈(l4)为采用一组线圈的电磁铁，两个可控硅使流经线圈的电流分别为两个相反的方向，从而控制单刀双掷开关(s3)的开和关，其工作原理与继电器相似。
68.当微处理器(mcu)芯片发出关断信号(power_off)时，通过电阻r12驱动可控硅q1，交流电的正半周通过二极管d1，此时l4的线圈通电，l4带动开关s3关断，由于此时是交流电的正半周，因此，二极管d2不导通，二极管d1导通；
69.当微处理器(mcu)芯片发出接通信号(power_on)时，此时，在微处理器(mcu)芯片和可控硅q2之间有高压，因此通过电阻r24与光耦u6隔离高压，然后由二极管d12与电阻r15驱动可控硅q2，交流电的负半周通过二极管d2，使线圈l4通电，带动开关s3接通，由于此时是交流电的负半周，因此二极管d1不导通，二极管d2与二极管d12导通。
70.本实用新型的电弧故障检测消除的电路系统，采用电容降压的方式，其不需要复杂的变换，结构简单且噪音较小；采用一个线圈的电磁感应方式控制开关的开和关，结构简单，可以节省成本；另外，单线圈采样的方式也能使整个系统结构简单，降低生产成本。
71.本领域普通技术人员可以理解：附图只是一个实施例的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本实用新型所必须的。
72.本领域普通技术人员可以理解：实施例中的装置中的模块可以按照实施例描述分布于实施例的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施例的一个或多个装置中。上述实施例的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。
73.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围。