单片微处理器在漏电保护开关中的应用

摘要：本文简单介绍了单片微处理器工作原理与特点，同时提供了两种单片微处理器鉴相鉴幅漏电保护开关电路框图，还提出了漏电保护开关应用单片微处理器需注意事项。

关键词：漏电保护开关鉴相鉴幅单片微处理器单片机

1 单片微处理器简介

单片微处理器又称单片机，它是将组成微型计算机的各个功能部件，例如中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、输入输出电路I/O、定时/计数电路TCC、中断控制电路INT等电路集成在一块芯片中，在应用时单块芯片即可构成一个完整的微型计算机系统的微处理器芯片。大部分单片微处理器只能处理数字信号，模拟信号需先进行A/D变换将其数字化后才能进行处理。

单片微处理器的出现，为工业自动化控制、智能化仪器仪表等方面开辟了广阔的道路，而将单片微处理器应用于漏电保护开关是提高漏电保护开关产品质量，降低生产成本，提高产品品位的有效途径。

2 目前漏电保护开关产品存在的缺点

目前多数漏电保护开关是电子电路构成的，其中有关时间控制电路及合闸次数控制电路大多数采用RC定时电路，而长时间RC定时电路需采用大容量的电容器，生产厂家考虑到成本原因一般采用电解电容器。相比较而言，电解电容器是稳定性与可靠性较差的电子元器件，电解电容的容量及漏电流不但与温度有关，还与电解电容使用时的工作状态有关，而且还与贮存期长短和贮存温度有关，电解电容器在精确电子电路设计中是最难把握的元器件。

目前交流电网使用的漏电保护开关，特别是作为总保与分保使用的漏电保护开关广泛采用鉴相鉴幅技术，鉴相鉴幅漏电保护开关具有各相突变动作灵敏度与线路固有漏电流的幅度及相位无关，突变漏电动作电流灵敏度与缓变漏电动作电流灵敏度可分别设置，整机抗干扰能力强、适用范围广等特点。

鉴相鉴幅漏电保护开关一般设置三组突变量检测电路，还需要三相抽样脉冲形成电路、缓变电流检测电路、重合闸及脱扣闭锁电路等，其各电路之间逻辑关系复杂；鉴相鉴幅漏电保护开关存在着大量与时间及与次数有关的电路，例如漏电保护开关的分断时间控制电路、重合闸间隔时间控制电路、重合闸次数控制电路、三相抽样脉冲形成电路等。由于鉴相鉴幅漏电保护开关电路复杂、需调整元件多、使用RC定时电路，特别是使用电解电容的RC定时电路，是造成目前鉴相鉴幅漏电保护开关生产过程工艺控制困难、生产效率较低、产品性能不十分稳定的主要原因。

3 单片微处理器在漏电保护开关中的应用

单片微处理器的工作原理与其特点是：

(1)用0、1两种电平表示二进制数字信息，擅长于处理数字信号。

(2)具有逻辑判断功能，也就是我们常说的具有"智能"。

(3)微处理器是在程序的控制下分时工作的，但其工作时钟很快，在较短的时间内可完成不同的任务。

一般说来，凡是需要逻辑运算、逻辑判断、数制转换、开关量控制、定时计数的地方，均可应用单片微处理器。

根据单片微处理器擅长于作逻辑运算、逻辑判断与进行定时和计数、开关量控制工作的特点，单片微处理器在漏电保护开关中的应用一般有两种方案，第一种方案是保留原漏电保护开关的信号放大、阀值检测等部件，仅将逻辑判断电路与定时和计数电路数字化，第一种方案单片微处理器控制的鉴相鉴幅漏电保护开关电路框图见图1。

图1中，零序TA将线路中的剩余电流信号转换成电压信号，经信号放大电路放大后送入三组鉴相鉴幅电路。三组鉴相鉴幅电路在单片微处理器A、B、C输出的控制下，分别采样并比较特定时刻的剩余电流值，在剩余电流变化且达到阀值时，鉴相鉴幅电路输出信号到单片微处理器。单片微处理器根据输入的信号进行逻辑判断，在符合某相漏电流突变增加且达到额定时间值时，输出信号到执行电路控制脱扣操作。

缓变电流检测电路在剩余电流达到或超过额定值时输出信号到单片微处理器，单片微处理器在缓变电流信号达到或超过额定时间值时输出信号到执行电路控制脱扣操作。

单片微处理器根据电源电路提供的交流电源时基信号从A、B、C端分时输出三组鉴相鉴幅电路所需的采样控制信号。

第二种单片微处理器控制的鉴相鉴幅漏电保护开关方案是将漏电保护开关零序TA拾取的剩余电流放大后即进行A/D变换，将模拟量的剩余电流数字化后进入单片微处理器，其变化的剩余电流阀值检测，逻辑判断与定时、计次均由单片微处理器处理，此方案又可称为全数字化方案。全数字化方案鉴相鉴幅漏电保护开关特别是选择带A/D变换部件的单片微处理器时，整体电路更为简洁，生产过程调试工作量更为减少，漏电保护开关的稳定性更为可靠，但其单片微处理器芯片价格较高。带A/D变换部件的单片微处理器的全数字化方案鉴相鉴幅漏电保护开关电路框图见图2。

4 漏电保护开关中使用单片微处理器注意事项

单片微处理器技术上已比较成熟，在工业自动化控制、智能化仪器仪表、家用电器等方面应用已十分普及，但在漏电保护开关中运用尚不多。原因是单片微处理器在漏电保护开关中运用时存在一些特殊情况，主要是漏电保护开关运行环境电气干扰较强，出于生产成本原因，漏电保护开关不可能在硬件上增加很多的抗干扰措施，因而造成产品在实验室环境工作完全正常，在现场实地工作时频繁出现程序跑飞、程序锁死等现象和出现功能混乱的情况。漏电保护开关使用单片微处理器时需注意的事项主要有以下几个方面：

(1)选择合适型号与规格的单片微处理器。目前国内流行的单片微处理器有十数种，规格型号有上百种，漏电保护开关选用单片微处理器型号与规格，特别是设计阶段对单片微处理器的I/O口数量、程序存贮器、数据存贮器容量须适当留有余地，并考虑到与以后产品的兼容。在其单片微处理器功能方面一般是够用就行。

(2)能用软件完成的任务尽量不要由硬件完成，充分发挥单片微处理器可以以软代硬的特点。

(3)启用WATCHDOG(看门定时器)电路。启用WATCHDOG电路后，在单片微处理器程序跑飞、陷于死循环时可及时将程序返回，再加以软件冗余技术及纠错措施，可充分提高系统工作的可靠性。

(4)精心设计印刷电路板。在漏电保护开关的印刷电路板排板方面多下功夫，合理分开模拟电路与数字电路的走线与接地、分开大电流、小电流回路与走线，可起到事半功倍的抗干扰效果。

5 结论

采用单片微处理器处理漏电保护开关中有关逻辑判断、时间及次数等参数，对提高漏电保护开关的稳定性与可靠性、简化生产工艺、降低整机综合成本等均有极大的积极意义。漏电保护开关采用微处理器后，具有智能化及数据长时期记忆功能，可方便地控制多路漏电保护开关系统与显示交流电源系统的电压、电流、频率等参量，还可显示漏电保护开关的目前工作状态、漏电保护开关的历史工作状态等功能，并具有友好的人机界面，可以以较低的代价，较大地提高漏电保护开关性能，既提高了供电质量与减少了供电管理者的无效劳动，也进一步提高了漏电保护开关的投运率，同时可获得较明显的经济效益。

张宝明 浙江省临安市电信局 (311300)