2.直流漏電保護斷路器基本設計思路
傳統的AC型漏電保護斷路器，之所以能夠檢測漏電信號是因為該漏電信號是交流信號，因此可以通過磁場感應出次級繞組電壓。針對直流漏電保護斷路器，基本思路就是人為疊加一個交流信號在傳感器上，就可以借鑒AC型漏電保護斷路器的漏電電流檢測方法，最后檢出直流漏電信號，以此為基礎設計硬件電路。由于直流漏電保護斷路器的漏電流采樣方法不同于AC型，且市面上并未有相應的專業漏電檢測芯片，同時本文設計的直流漏電保護斷路器在外觀上取消試驗按鈕的設計，而增加指示燈作為產品正常運行(綠燈常亮)或故障狀態(紅燈閃爍)的直觀指示，同時原來的試驗按鈕位置改為撥碼開關，相應的位置分別對應只報警不脫扣、報警且脫扣兩種執行方法，方便用戶根據實際使用情況動態的選擇，而不是一旦選定某種型號就一成不變，其中基礎報警方式為紅燈閃爍，因此本文設計的直流漏電保護斷路器以單片機為控制核心，其典型的功能框架如圖所示。單片機根據特定的邏輯算法進行處理，實現直流漏電保護斷路器的實時運行狀態顯示和系統自診斷功能，其中直流漏電流傳感器由電源、互感器、方波激勵源、低通濾波器、絕對值電路和放大電路組成。
3.直流漏電檢測方法
直流漏電流采樣電路如圖所示，其設計思想在于以激勵方波電壓為載體，通過磁環在采樣電阻Rs上感應出電壓，顯然該電壓值與激勵方波電壓和Rs電阻存在必然的聯系。當磁環中存在直流漏電流時，該直流電流會產生一個恒定的磁場，與磁環固有的磁性疊加，反應在采樣電阻Rs上的電壓就是相對于Y軸有固定的偏移，其偏移的方向取決于直流漏電流的方向。基于圖二原理圖，開展數學推導且方波激勵電壓的傅里葉展開只含奇次諧波分量，當磁環中存在直流漏電流I0時，得到采樣電阻上得到的繞組電流I_leak僅含有直流分量和奇次諧波分量，并且直流分量正比于直流漏電電流I0。數學公式的推導也從側面證實了該設計的可行性，要想得到直流漏電流信號，就需要通過合適的低通濾波器將高頻分量濾除。由于直流漏電電流有正負方向，而對于漏電保護斷路器而言，關注的重點是漏電流的大小而不是方向，因此還需要通過合適的信號調理電路，才能送到單片機的AD轉換引腳，信號調理電路包含低通濾波電路、絕對值電路和放大電路。
4.單片機觸發可控硅
本設計基于單片機開展具體的硬件電路設計，不同于傳統的AC型漏電檢測芯片54123，其內部差分運放輸出端4腳和鎖存器5腳連接，當鎖存器高電平維持一定時間才將7腳電平拉高，以此觸發可控硅，且觸發后鎖存器電平釋放掉，使得配電線路排除故障后可以再次合閘;若直接由單片機IO口觸發可控硅，從可控硅觸發極電流和觸發極電壓大小考慮是滿足要求的，但可控硅在導通瞬間是通過強電流的，為避免強電流對單片機IO口的沖擊，需要在單片機IO口和可控硅之間加上隔離電路如常用的光耦，從成本上考慮，本設計采用三極管，其電路原理圖如圖所示。選擇一款剛上電時所有的IO口默認為高電平的單片機即可，此時S9013三極管導通，可控硅SCR的觸發極電平幾乎為0，直流漏電保護斷路器處于正常合閘狀態;當檢測到直流漏電流信號時，通過程序將單片機IO口SCR_ON設置為0電平，此時S9013三極管截止，可控硅SCR的觸發極電平幾乎為12V而觸發，此時線圈Coil通過大電流使得直流漏電斷路器脫扣，起到保護作用。
