智能型漏电保护器检测仪硬件设计

王见乐

本文根据漏电保护器的工作原理及检测方法，设计了一款智能型漏电保护器检测仪。硬件以单片机为核心，配置了键盘、液晶显示器。外围电路包括稳压直流电源、数据采集电路、D/A转换电路、可控电流源电路、外部EEPROM电路、日历时钟电路、串口RS-232电路、外部RAM扩展电路等。同时考虑到噪声对检测精度的影响，设计了抗干扰系统。

1 漏电保护器工作原理

漏电保护器是一种用于低压电网安全用电的保护器，这种电器的安装使用是防止人身触电伤亡事故的有效技术措施，亦是防止由电源漏电引起的电能损耗、电气火灾和电气设备损坏事故的技术措施。

漏电保护器是依靠检测触电信号和漏电故障信号而推动主电路开关动作，切断故障处的电源，以防止触电事故发生的。检测触电信号，可用来防止直接接触触电事故的发生；检测漏电故障信号，则可以防止间接接触触电事故的发生。无论是检测触电信号，还是检测漏电信号，其故障信号的形式可以是漏电故障电流（包括触电电流）在接地装置或检测元件上产生的电压降。当被保护电路无触电和漏电故障时，正常情况下通过漏电保护器零序电流互感器的一次侧电流的相量和等于零，这样，各相线工作电流在零序电流互感器环形铁芯中所产生的磁通量也为零，零序电流互感器的二次侧线圈没有感应电动势产生，漏电保护器不动作，系统保持正常供电。当被保护电路有人触电或出现漏电事故时，由于漏电流的存在，使得通过零序电流互感器一次侧的各相负荷电流（包括中性线电流）的相量不再为零，产生漏电流，此时，在零序电流互感器的环形铁芯上将有励磁磁势存在，所产生的通量和不为零，因此，零序电流互感器的二次侧线圈在交变磁通的作用下，就有感应电动势产生，此信号电压经过中间环节的处理和比较，当达到预期值时，主开关的励磁线圈通电，驱动主开关动作，迅速切断被保护电路的供电电源，从而达到防止触电事故发生目的。

2 智能型漏电保护器检测仪硬件设计

根据漏电保护器的工作原理，本文设计出智能型检测仪的电路图，按照电路图设计如下硬件框图。

图中该系统以八位单片机W78E516B为核心，它协调控制键盘、LCD液晶显示器及外围各电路的工作完成测试任务。漏电保护器智能测试仪由以下几个部分组成：单片机；数据采集电路，包括A/D转换、电压跟随等电路；受控电流源，包括D/A转换、三极管放大等电路；外部电可擦写数据存储器EEPROM；日历时钟电路PCF8583；串口RS-232；直流工作电源等几个主要部分组成。

对于该测试仪，考虑到工作电源的稳定性、功率等直接影响测试仪的测试精度和稳定性，且市场上的开关电源价格较高，而且输出电压纹波较大，同时为节约成本，本系统电源电路采用稳压电源电路。考虑到芯片的稳定性与灵活性，以及开发工具如仿真器、编程器等的限制，本测试仪选W78E516B作为单片机系统的核心，它功能强大，且与80C51引脚和指令系统完全兼容。同时分别设定该单片机的各外设电路：外接晶振电路、复位电路、外部RAM扩展电路、液晶显示电路、键盘电路、可控电流源电路、数据采集电路、外接EEPROM、外接日历时钟电路、串口RS-232电路、断电检测电路等。

3 系统硬件抗干扰设计

噪声和干扰是智能仪器仪表的大敌，它混在信号之中，会降低仪器的有效分辨能力和灵敏度，使测量结果产生误差。本系统主要从两个方面来提高测试仪的抗干扰能力，一方面是选择合适的元器件；另一方面是合理设计印刷电路板（PCB板，简称印制板）。本次元器件的选择主要遵循以下两个原则：（1）首选HC系列的元器件；（2）器件的电气参数保证足够的裕量：功率器件必须降额使用，电压安全系数取2～3，电流安全系数取1.5～2；高速器件保证时序裕量。印制板电路的设计布局遵循了以下主要的抗干扰原则：合理布局器件，合理布线，去耦電容配置。

除了考虑以上两点外，本测试系统还从以下几个方面加强了系统的抗干扰能力：（1）采用两套独立+5V电源分别对单片机系统和液晶背光供电，（2）在某些芯片的电源脚与地之间加双向TVS管。

4 总结

本文主要介绍所设计的智能型漏电保护器检测仪的硬件部分及其抗干扰能力的设计。

（作者单位：湖北文理学院）