一種基于fpga和繼電器的保護(hù)電路的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，包括控制電路、按鍵、顯示屏、報(bào)警器、繼電器RL1、三極管Ql、2個(gè)采樣電阻以及3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路；按鍵和顯示屏均與控制電路相連；采用采樣電阻、3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路和控制電路實(shí)現(xiàn)漏電檢查和報(bào)警信號(hào)的輸出，通過(guò)繼電器實(shí)現(xiàn)斷電保護(hù)。本實(shí)用新型的基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路具有自動(dòng)斷電、可靠性高、抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】—種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路。

【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有的漏電保護(hù)電路一般采用霍爾電流傳感器進(jìn)行直流漏電流檢測(cè)，主要問(wèn)題出在傳感器受到了分布電容的影響、剩磁變化的影響、導(dǎo)線相對(duì)位置的影響、環(huán)境電磁干擾及被測(cè)直流電流中的紋波干擾等，從而影響檢測(cè)的精度和穩(wěn)定性，給現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試帶來(lái)極大的不便。且現(xiàn)有的很多漏電保護(hù)電路不具有在漏電發(fā)生時(shí)自動(dòng)斷電的功能，常常造成電氣設(shè)備的損壞。
[0003]因此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0004]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，該基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路能實(shí)現(xiàn)漏電報(bào)警及漏電發(fā)生時(shí)自動(dòng)斷電，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。
[0005]實(shí)用新型的技術(shù)解決方案如下:
[0006]一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，包括控制電路、按鍵、顯示屏、報(bào)警器、繼電器RL1、三極管Ql、2個(gè)采樣電阻以及3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路；按鍵和顯示屏均與控制電路相連；
[0007]2個(gè)采樣電阻分別是第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2 ；
[0008]第一采樣電阻R1、繼電器Rl的常閉開(kāi)關(guān)K1、負(fù)載RL和第二采樣電阻R2依次串接在主電源與地之間；第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2均為0.1歐姆；
[0009]所述的控制電路采用FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片上集成有第一減法器、第二減法器、比較器、D觸發(fā)器和具有2個(gè)輸入端的或門(mén)；
[0010]3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路由第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路、第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路和第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路組成；
[0011]第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在主電源與第一減法器的第一輸入端之間；
[0012]第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第一采樣電阻Rl與常閉開(kāi)關(guān)Kl的連接點(diǎn)與第一減法器的第二輸入端之間；第一減法器的輸出端接第二減法器的第一輸入端；
[0013]第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第二采樣電阻R2與負(fù)載RL的連接點(diǎn)與第二減法器的第二輸入端之間；第二減法器的輸出端接比較器的第一輸入端；比較器的第二輸入端接預(yù)設(shè)值；或門(mén)的第一個(gè)輸入端以及D觸發(fā)器的CP段均與比較器的輸出端接；D觸發(fā)器的D端接高電平，D觸發(fā)器的Q輸出端接或門(mén)的第二輸入端；或門(mén)的輸出端接報(bào)警器；所述的報(bào)警器包括LED燈和蜂鳴器；
[0014]三極管Ql為NPN型三極管，三極管Ql的c極接主電源，三極管Ql的b極接或門(mén)的輸出端；三極管Ql的e極經(jīng)繼電器RLl的線圈接地；
[0015]每一條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路均由放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次串接而成；其中放大器的放大倍數(shù)為10倍，A/D轉(zhuǎn)換器采用16位的A/D轉(zhuǎn)換器。
[0016]有益效果:
[0017]本實(shí)用新型的基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，通過(guò)2個(gè)采樣電阻配合3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路直接獲取電源輸出電流和電源回流的電流，相比于采用霍爾傳感器檢測(cè)電流，其準(zhǔn)確性和抗干擾性能更強(qiáng)。
[0018]本實(shí)用新型采用繼電器控制負(fù)載的供電，在漏電值超過(guò)預(yù)設(shè)值時(shí)能自動(dòng)切斷電源，實(shí)現(xiàn)對(duì)電路的徹底保護(hù)。
[0019]本電路不涉及到CPU，因而也不涉及到程序，即采用全硬件的電路，這也是其可靠性高的原因之一。
[0020]另外，采用FPGA作為主控芯片，集成度高，而且是全硬件電路，響應(yīng)速度快，結(jié)構(gòu)緊湊，布線簡(jiǎn)單，易于實(shí)施。
[0021]按鍵用于設(shè)定預(yù)設(shè)值。顯示屏能顯示實(shí)時(shí)的漏電流大小。

【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為直流漏電流檢測(cè)與保護(hù)電路的電路原理圖；

【具體實(shí)施方式】
[0023]以下將結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明:
[0024]實(shí)施例1:如圖1，一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，包括控制電路、按鍵、顯示屏、報(bào)警器、繼電器RL1、三極管Ql、2個(gè)采樣電阻以及3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路；按鍵和顯示屏均與控制電路相連；
[0025]2個(gè)采樣電阻分別是第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2 ；
[0026]第一采樣電阻R1、繼電器Rl的常閉開(kāi)關(guān)K1、負(fù)載RL和第二采樣電阻R2依次串接在主電源與地之間；第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2均為0.1歐姆；
[0027]所述的控制電路采用FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片上集成有第一減法器、第二減法器、比較器、D觸發(fā)器和具有2個(gè)輸入端的或門(mén)；
[0028]3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路由第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路、第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路和第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路組成；
[0029]第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在主電源與第一減法器的第一輸入端之間；
[0030]第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第一采樣電阻Rl與常閉開(kāi)關(guān)Kl的連接點(diǎn)與第一減法器的第二輸入端之間；第一減法器的輸出端接第二減法器的第一輸入端；
[0031]第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第二采樣電阻R2與負(fù)載RL的連接點(diǎn)與第二減法器的第二輸入端之間；第二減法器的輸出端接比較器的第一輸入端；比較器的第二輸入端接預(yù)設(shè)值；或門(mén)的第一個(gè)輸入端以及D觸發(fā)器的CP段均與比較器的輸出端接；D觸發(fā)器的D端接高電平，D觸發(fā)器的Q輸出端接或門(mén)的第二輸入端；或門(mén)的輸出端接報(bào)警器；所述的報(bào)警器包括LED燈和蜂鳴器；
[0032]三極管Ql為NPN型三極管，三極管Ql的c極接主電源，三極管Ql的b極接或門(mén)的輸出端；三極管Ql的e極經(jīng)繼電器RLl的線圈接地；
[0033]每一條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路均由放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次串接而成；其中放大器的放大倍數(shù)為10倍，A/D轉(zhuǎn)換器采用16位的A/D轉(zhuǎn)換器。
[0034]工作過(guò)程說(shuō)明:
[0035]第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路和第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路以及第一減法器用于檢測(cè)Rl上的電壓降，第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路用于檢測(cè)R2上的電壓降，兩個(gè)電壓降在第二減法器中相減，得到2個(gè)采樣電阻上的電壓降之差，再換算成電流就是漏電流的大小，再將該漏電流與預(yù)設(shè)值比較，如果超過(guò)預(yù)設(shè)值即啟動(dòng)報(bào)警。預(yù)設(shè)值由按鍵設(shè)置，并存儲(chǔ)在FPGA中集成才存儲(chǔ)器(或存儲(chǔ)單元)中。
[0036]啟動(dòng)報(bào)警時(shí)，比較器輸出高電平，在三極管Ql導(dǎo)通，繼電器線圈通電，導(dǎo)致常閉開(kāi)關(guān)Kl斷開(kāi)，從而切斷負(fù)載的供電，實(shí)現(xiàn)漏電時(shí)的自動(dòng)斷電保護(hù)。
[0037]FPGA同時(shí)將實(shí)時(shí)的漏電流值和預(yù)設(shè)值在顯示屏上顯示，為現(xiàn)有成熟技術(shù)。顯示屏的另一個(gè)作用配合按鍵設(shè)置預(yù)設(shè)值，即在按鍵動(dòng)作時(shí)，顯示預(yù)設(shè)值的變化。
[0038]D觸發(fā)器和或門(mén)用于鎖定報(bào)警信號(hào)，當(dāng)比較器輸出信號(hào)由低電平跳變到高電平時(shí)，此時(shí)一方面會(huì)啟動(dòng)報(bào)警器和繼電器，另外，還同時(shí)有上升沿產(chǎn)生，使得D觸發(fā)器輸出高電平，保障或門(mén)持續(xù)輸出高電平，維持繼電器和報(bào)警器動(dòng)作。
[0039]D觸發(fā)器的實(shí)現(xiàn)為現(xiàn)有成熟技術(shù)，其電路結(jié)構(gòu)可參照雙上升沿D觸發(fā)器74LS74器件和4D觸發(fā)器74LS175中的單個(gè)D觸發(fā)器的電路。
【權(quán)利要求】
1.一種基于FPGA和繼電器的保護(hù)電路，其特征在于，包括控制電路、按鍵、顯示屏、報(bào)警器、繼電器RL1、三極管Ql、2個(gè)采樣電阻以及3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路；按鍵和顯示屏均與控制電路相連； 2個(gè)采樣電阻分別是第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2 ； 第一采樣電阻R1、繼電器Rl的常閉開(kāi)關(guān)K1、負(fù)載RL和第二采樣電阻R2依次串接在主電源與地之間；第一采樣電阻Rl和第二采樣電阻R2均為0.1歐姆； 所述的控制電路采用FPGA芯片，F(xiàn)PGA芯片上集成有第一減法器、第二減法器、比較器、D觸發(fā)器和具有2個(gè)輸入端的或門(mén)； 3條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路由第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路、第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路和第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路組成； 第一放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在主電源與第一減法器的第一輸入端之間； 第二放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第一采樣電阻Rl與常閉開(kāi)關(guān)Kl的連接點(diǎn)與第一減法器的第二輸入端之間；第一減法器的輸出端接第二減法器的第一輸入端； 第三放大及A/D轉(zhuǎn)換支路接在第二采樣電阻R2與負(fù)載RL的連接點(diǎn)與第二減法器的第二輸入端之間；第二減法器的輸出端接比較器的第一輸入端；比較器的第二輸入端接預(yù)設(shè)值；或門(mén)的第一個(gè)輸入端以及D觸發(fā)器的CP段均與比較器的輸出端接；D觸發(fā)器的D端接高電平，D觸發(fā)器的Q輸出端接或門(mén)的第二輸入端；或門(mén)的輸出端接報(bào)警器；所述的報(bào)警器包括LED燈和蜂鳴器； 三極管Ql為NPN型三極管，三極管Ql的c極接主電源，三極管Ql的b極接或門(mén)的輸出端；三極管Ql的e極經(jīng)繼電器RLl的線圈接地； 每一條放大及A/D轉(zhuǎn)換支路均由放大器和A/D轉(zhuǎn)換器依次串接而成；其中放大器的放大倍數(shù)為10倍，A/D轉(zhuǎn)換器采用16位的A/D轉(zhuǎn)換器。
【文檔編號(hào)】H02H3/04GK204030551SQ201420123079
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)日期:2014年3月12日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月12日
【發(fā)明者】劉愛(ài)林 申請(qǐng)人:湖南科技學(xué)院