專利名稱：磁通門漏電傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于檢測漏電的磁通門漏電傳感器。
背景技術(shù)：
作為用于檢測從電源供給負(fù)載的電流的泄漏的裝置，日本特開第2000-2738號公 報公開了一種直流漏電檢測裝置。該裝置具有環(huán)狀芯，第一被檢測導(dǎo)線和第二被檢測導(dǎo)線 插入到該芯中，同時在該芯上纏繞有線圈。高頻電流從高頻輸出電路流向線圈，通過整流電路，線圈兩端的交流電壓被轉(zhuǎn)換 為直流電壓。然后，在比較電路中將直流電壓與基準(zhǔn)電壓進(jìn)行比較，在直流電壓小于基準(zhǔn)電 壓時，就將其判斷為發(fā)生了漏電。S卩，在發(fā)生漏電時，芯的磁通密度飽和而線圈的阻抗下降，該裝置就是利用這一點(diǎn) 來檢測漏電。在日本特開第2000-2738號公報所公開的直流漏電檢測裝置中，隨著芯的溫度變 化，芯的磁導(dǎo)率也變化，因此，線圈的阻抗變化而使直流電壓也發(fā)生了變化。另外，由于芯的 磁通密度呈現(xiàn)滯后現(xiàn)象，因此，即使漏電電流量相等，所得到的直流電壓值也不同，根據(jù)情 況的不同，可能有時無法檢測出漏電。因此，對于日本特開2000-2738號公報所公開的直流漏電檢測裝置，很難說其在 溫度穩(wěn)定性方面優(yōu)良，而在溫度變化劇烈的環(huán)境下，漏電的檢測精度有可能下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種溫度穩(wěn)定性優(yōu)良的磁通門漏電傳感器。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式，提供了一種磁通門漏電傳感器，具有用于插入測定 對象第一電線和第二電線的環(huán)狀的芯以及纏繞在上述芯上的線圈，其特征在于，該磁通門 漏電傳感器包括驅(qū)動電路，其將正負(fù)對稱的矩形波電壓施加到上述線圈上，以便一邊使所 述線圈的磁通密度的方向反向，一邊使上述線圈的磁通密度飽和；比較器電路，其將與流經(jīng) 上述線圈的線圈電流對應(yīng)地進(jìn)行變化的測定電壓與正負(fù)對稱的正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn) 電壓相比較，并輸出正側(cè)電信號和負(fù)側(cè)電信號，其中，正側(cè)電信號相當(dāng)于上述測定電壓比上 述正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間，而負(fù)側(cè)電信號對應(yīng)于上述測定電壓比上述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期 間；以及判斷電路，其用于比較從上述比較器電路輸出的上述正側(cè)電信號和上述負(fù)側(cè)電信 號。根據(jù)本發(fā)明的一個實施方式的磁通門漏電傳感器基于測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓 高的期間和測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間，判斷流經(jīng)第一電線的電流和流經(jīng)第二電線 的電流之間的大小關(guān)系。即，其根據(jù)測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間和測定電壓比負(fù)側(cè) 基準(zhǔn)電壓低的期間來檢測漏電。根據(jù)該磁通門漏電傳感器，由于施加的是正負(fù)對稱的電壓，使得芯的磁通密度邊 反向邊飽和，因此，流經(jīng)線圈的線圈電流不受芯的磁通密度滯后現(xiàn)象的影響。
另外，由于施加的是正負(fù)對稱的電壓，使得芯的磁通密度邊反向邊飽和，因此，即 使芯的磁導(dǎo)率隨溫度的變化而變化，也可以維持測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間和測定 電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間之間的相對關(guān)系。這些結(jié)果使得該磁通門漏電傳感器在廣泛的溫度范圍內(nèi)高精度地檢測出漏電。優(yōu)選地，上述比較器電路包括正側(cè)比較器，其具有被施加上述測定電壓的非倒相 輸入端子和用于輸入上述正側(cè)基準(zhǔn)電壓的倒相輸入端子；負(fù)側(cè)比較器，其具有被施加上述 測定電壓的倒相輸入端子和用于輸入上述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓的非倒相輸入端子；正側(cè)電場效應(yīng) 晶體管，其具有用于輸入上述正側(cè)比較器的輸出電壓的柵極電極；以及負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶體 管，其具有用于輸入上述負(fù)側(cè)比較器的輸出電壓的柵極電極，上述判斷電路包含有積分電 路，該積分電路對上述正側(cè)電場效應(yīng)晶體管和上述負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶體管的漏極電流相加， 并輸出與相加后的上述漏極電流的積分量對應(yīng)的電壓。根據(jù)優(yōu)選方式的磁通門漏電傳感器，與測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間相對應(yīng) 地波形整形后的柵極電壓被施加到正側(cè)電場效應(yīng)晶體管上。另外，與測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn) 電壓低的期間相對應(yīng)地波形整形后的柵極電壓被施加到負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶體管上。通過施加波形被如此整形過的柵極電壓，根據(jù)該磁通門漏電傳感器，漏電的檢測 精度提高。


圖1是示出一個實施方式的磁通門漏電傳感器的構(gòu)成例的框圖；圖2是圖1的磁通門漏電傳感器的電路圖；圖3是在未發(fā)生漏電時圖2電路的時序圖，其中，圖3(a)示出了由電流檢測電路 檢測出的線圈電流Ic隨時間的變化，圖3 (b)示出了正側(cè)比較器的輸出電壓Vcp+隨時間的 變化，圖3(c)示出了負(fù)側(cè)比較器的輸出電壓Vcp-隨時間的變化，圖3(d)示出了運(yùn)算放大 器的輸出電壓Vout隨時間的變化；圖4是在發(fā)生了漏電時(一根電線的電流變大時)圖2電路的時序圖，其中，圖 4(a)示出了由電流檢測電路檢測出的線圈電流Ic隨時間的變化，圖4(b)示出了正側(cè)比較 器的輸出電壓Vcp+隨時間的變化，圖4 (c)示出了負(fù)側(cè)比較器的輸出電壓Vcp-隨時間的變 化，圖4(d)示出了運(yùn)算放大器的輸出電壓Vout隨時間的變化；以及圖5是在發(fā)生了漏電時(另一根電線的電流變大時)圖2電路的時序圖，其中，圖 5(a)示出了由電流檢測電路檢測出的線圈電流Ic隨時間的變化，圖5(b)示出了正側(cè)比較 器的輸出電壓Vcp+隨時間的變化，圖5(c)示出了負(fù)側(cè)比較器的輸出電壓Vcp-的時間變 化，圖5 (d)示出了運(yùn)算放大器的輸出電壓Vout隨時間的變化。
具體實施例方式
下面，參照附圖來說明本發(fā)明的實施方式。圖1是示出一個實施方式的磁通門漏電傳感器的簡要構(gòu)成的框圖。磁通門漏電傳 感器適用于連接電源10和負(fù)載12的一組電線14a、14b (下文統(tǒng)稱它們?yōu)殡娋€14)，用于檢 測在電源10和負(fù)載12之間是否發(fā)生了漏電。另外，電源10也可以包括太陽能發(fā)電裝置之類的發(fā)電機(jī)，負(fù)載12也可以包括儲存所發(fā)的電的蓄電池。磁通門漏電傳感器具有由坡莫合金或者鐵硅鋁磁性合金形成的芯16。芯16具有 例如扁平的圓環(huán)形狀，并分別具有數(shù)cm左右的內(nèi)徑和外徑以及數(shù)mm左右的厚度。在芯16 的中間孔中插入電線14。線圈18以沿著芯16的周向延伸的方式螺旋狀地纏繞在該芯16上，線圈18的匝 數(shù)為例如500匝左右。當(dāng)向線圈18供給電流時，磁力線以繞芯16的內(nèi)部一周的方式延伸。線圈18與驅(qū)動電路22連接，驅(qū)動電路22與振蕩電路24共同作用而將正負(fù)對稱 的矩形波電壓施加在線圈18上。也就是說，矩形波的正側(cè)峰值和負(fù)側(cè)峰值相等，矩形波的 占空比實際上為50%。另外，線圈18與電流檢測電路26連接，電流檢測電路26檢測流經(jīng)線圈18的電流 (線圈電流)。電流檢測電路26與比較器電路30連接，將對應(yīng)于線圈電流的電壓(測定電 壓)輸出到比較器電路30。然后，比較器電路30將測定電壓與正負(fù)對稱的正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓相 比較，并輸出正側(cè)電信號和負(fù)側(cè)電信號，其中，正側(cè)電信號相當(dāng)于測定電壓比上述正側(cè)基準(zhǔn) 電壓高的期間，而負(fù)側(cè)電信號相當(dāng)于測定電壓比上述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間。正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓的絕對值實際上相等，而正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn) 電壓的極性互相相反。比較器電路30與判斷電路32連接，判斷電路32根據(jù)正側(cè)電信號和負(fù)側(cè)電信號來 判斷流經(jīng)線圈14a的電流和流經(jīng)線圈14b的電流之間的大小關(guān)系。如果流經(jīng)線圈14a的電 流和流經(jīng)線圈14b的電流大小不等，則其判斷為發(fā)生了漏電。具體來說，例如，在60A的電流流經(jīng)電線14時，如果有30mA的漏電，則利用該磁通 門漏電傳感器就可以檢測出漏電。圖2是磁通門漏電傳感器的簡要電路圖。驅(qū)動電路22和振蕩電路24例如由運(yùn)算放大器40、電阻42、44、46以及電容器48 構(gòu)成，其中，運(yùn)算放大器40的輸出端子與線圈18的一端連接。這種情況下，在電容器48的 充放電過程中，運(yùn)算放大器40的輸出電壓在正側(cè)飽和輸出電壓Es和負(fù)側(cè)飽和輸出電壓-Es 之間間斷性地往復(fù)，將矩形波電壓供給線圈18。電流檢測電路26例如由電阻50、52和電容器54構(gòu)成，線圈18的另一端經(jīng)由電容 器54和電阻50而接地，電阻52相對于電容器54與電阻50并聯(lián)。流經(jīng)線圈18的線圈電 流通過電阻52而被供給到比較器電路30。比較器電路30例如由正側(cè)比較器70、負(fù)側(cè)比較器80、電阻71、72、73、74、75、81、 82、83、84、85、n溝道型正側(cè)電場效應(yīng)晶體管(正側(cè)FET) 76以及p溝道型負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶 體管(負(fù)側(cè)FET)86構(gòu)成。比較器電路30與作為正負(fù)對稱電源的、例如+9V的三端子穩(wěn)壓器77和-9V的三 端子穩(wěn)壓器87連接，三端子穩(wěn)壓器77、87的輸入端和輸出端經(jīng)由電容器78、79、88、89分別 接地。另外，三端子穩(wěn)壓器77的輸出端子經(jīng)由電阻72和71接地的同時，還與正側(cè)比較 器70的+電源端子連接。并且，三端子穩(wěn)壓器77的輸出端子與正側(cè)FET 76的漏極電極連 接的同時，還經(jīng)由電阻74與正側(cè)FET 76的柵極電極連接。
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正側(cè)比較器70的非倒相輸入端子(+輸入端子)與電流檢測電路26的電阻52連 接，而正側(cè)比較器70的倒相輸入端子(_輸入端子)相對于電阻72與電阻71并聯(lián)。并且， 正側(cè)比較器70的輸出端子經(jīng)由電阻73與正側(cè)FET 76的柵極電極連接。與上述對稱，三端子穩(wěn)壓器87的輸出端子經(jīng)由電阻82和81接地的同時，還與負(fù) 側(cè)比較器80的-電源端子連接。并且，三端子穩(wěn)壓器87的輸出端子與負(fù)側(cè)FET 86的漏極 電極連接的同時，還經(jīng)由電阻84與負(fù)側(cè)FET 86的柵極電極連接。負(fù)側(cè)比較器80的倒相輸入端子(_輸入端子)與正側(cè)比較器70的非倒相輸入端 子(+輸入端子)以并聯(lián)的方式連接到電流檢測電路26的電阻52上，而負(fù)側(cè)比較器80的 非倒相輸入端子(+輸入端子)相對于電阻82與電阻81并聯(lián)。另外，負(fù)側(cè)比較器80的輸 出端子經(jīng)由電阻83與負(fù)側(cè)FET 86的柵極電極連接。上述的正側(cè)比較器70、電阻71、72、73、74、75以及正側(cè)電場效應(yīng)晶體管(正側(cè) FET) 76構(gòu)成了比較器電路30的正側(cè)部分，而負(fù)側(cè)比較器80、電阻81、82、83、84、85以及負(fù) 側(cè)電場效應(yīng)晶體管86構(gòu)成了與正側(cè)部分正負(fù)對稱的比較器電路30的負(fù)側(cè)部分。判斷電路32例如由相加 積分 放大電路32A和比較電路32B構(gòu)成。相加 積分 放大電路32A由運(yùn)算放大器90、電阻91、92、93、94和電容器95、96 構(gòu)成，正側(cè)FET 76的源極和負(fù)側(cè)FET 86的源極經(jīng)由電阻91、92連接到運(yùn)算放大器90的倒 相輸入端子，同時還經(jīng)由電阻91和電容器95而接地。另外，運(yùn)算放大器90的非倒相輸入端子經(jīng)由電阻93而接地，并且，運(yùn)算放大器90 的倒相輸入端子和輸出端子通過相互并聯(lián)的電阻94和電容器96互相連接。并且，運(yùn)算放 大器90的輸出端子與比較電路32B連接，進(jìn)而比較電路32B根據(jù)運(yùn)算放大器90的輸出電 壓來檢測有無發(fā)生漏電。下面，說明上述磁通門漏電傳感器的動作。圖3是示出未發(fā)生漏電時的動作的時序圖，其中，圖3(a)示出了由電流檢測電路 26檢測出的線圈電流Ic隨時間的變化，圖3(b)示出了正側(cè)比較器70的輸出電壓Vcp+隨 時間的變化，圖3(c)示出了負(fù)側(cè)比較器80的輸出電壓Vcp-隨時間的變化，圖3(d)示出了 運(yùn)算放大器90的輸出電壓Vout隨時間的變化。如圖3(a)所示，在未發(fā)生漏電時，由流經(jīng)電線14a、14b的電流所產(chǎn)生的磁場相互 抵消，因此，線圈電流Ic呈正負(fù)對稱。正側(cè)比較器70將對應(yīng)于線圈電流Ic的測定電壓與 正側(cè)基準(zhǔn)電壓相比較，如圖3(b)所示，在測定電壓高于正側(cè)基準(zhǔn)電壓期間，輸出一定電壓。同樣，負(fù)側(cè)比較器80將對應(yīng)于線圈電流Ic的測定電壓與負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓相比較，如 圖3(c)所示，在測定電壓低于負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓期間，輸出一定電壓。正側(cè)比較器70和負(fù)側(cè)比較器80所分別輸出的一定電壓的絕對值實質(zhì)上相等，因 此，在未發(fā)生漏電時，正側(cè)比較器70的輸出電壓Vcp+和負(fù)側(cè)比較器80的輸出電壓Vcp-也 呈正負(fù)對稱。并且，正側(cè)FET 76的漏極電壓(9V)和負(fù)側(cè)FET的漏極電壓(-9V)是正負(fù)對稱的， 因此，正側(cè)FET 76的漏極電流(正側(cè)電信號)和負(fù)側(cè)FET 86的漏極電流也呈正負(fù)對稱。運(yùn) 算放大器90的輸出電壓Vout由于是將這些漏極電流相加并將對應(yīng)于相加后的漏極電流之 和的電壓放大而得到的，因此，如圖3(d)所示那樣，其大致為零。 與上述情況相反，圖4示出了發(fā)生了漏電、在流經(jīng)電線14a、14b的電流之中的一個變得相對較大情況下的時序圖。具體而言，在圖4(a)中，由于發(fā)生了漏電，因而由流經(jīng)電線14a、14b的電流所產(chǎn)生 的磁場未相互抵消，線圈電流Ic的正側(cè)相對于負(fù)側(cè)增大了。因此，如圖4(b)、4(c)所示，正側(cè)比較器70輸出一定電壓的期間比負(fù)側(cè)比較器80 輸出一定電壓的期間要長。于是，如圖4(d)所示，就其結(jié)果而言，運(yùn)算放大器90的輸出電 壓Vout實際上變?yōu)楸攘愦蟮挠邢拗?。同樣，圖5也示出了在發(fā)生了漏電情況下的時序圖。但是，圖5與圖4相反，其示 出了在流經(jīng)電線14a、14b的電流中的另一電流變得相對較大情況下的時序圖。在這種情況 下，如圖5(d)所示，運(yùn)算放大器90的輸出電壓Vout實際上變?yōu)楸攘阈〉挠邢拗?。因此，判斷電?2的比較電路32B可以根據(jù)輸出電壓Vout值來檢測所發(fā)生的漏
^^ o根據(jù)上述的一個實施方式的磁通門漏電傳感器，其根據(jù)測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓 高的期間和測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間，判斷流經(jīng)電線14a、14b的電流之間的大小 關(guān)系。即，其根據(jù)測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間和測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間 來檢測漏電。根據(jù)該磁通門漏電傳感器，由于施加的是正負(fù)對稱的電壓，使得芯16的磁通密度 邊反向邊飽和，因此，流經(jīng)線圈18的線圈電流Ic不受芯16的磁通密度滯后現(xiàn)象的影響。另外，由于施加的是正負(fù)對稱的電壓，使得芯16的磁通密度邊反向邊飽和，因此， 即使芯16的磁導(dǎo)率隨溫度的變化而變化，也可以維持測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間 和測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間之間的相對關(guān)系。這些結(jié)果使得該磁通門漏電傳感器在廣泛的溫度范圍內(nèi)高精度地檢測漏電。另外，根據(jù)該磁通門漏電傳感器，與測定電壓比正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間相對應(yīng)地 波形整形后的柵極電壓被施加到正側(cè)電場效應(yīng)晶體管76上。并且，與測定電壓比負(fù)側(cè)基準(zhǔn) 電壓低的期間相對應(yīng)地波形整形后的柵極電壓被施加到負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶體管86上。通過施加波形被如此整形過的柵極電壓，根據(jù)該磁通門漏電傳感器，漏電的檢測 精度提高。本發(fā)明并不限于上述的一個實施方式，還可以進(jìn)行各種變形。在一個實施方式中， 與圖示一起列舉的電路構(gòu)成只不過是一個優(yōu)選的例子，當(dāng)然，即使向基本的電路構(gòu)成中添 加各種元件，或者替換其一部分，也可以適當(dāng)?shù)貙嵤┍景l(fā)明。
權(quán)利要求
一種磁通門漏電傳感器，具有用于插入作為測定對象的第一電線和第二電線的環(huán)狀的芯以及纏繞在所述芯上的線圈，所述磁通門漏電傳感器的特征在于，包括驅(qū)動電路，將正負(fù)對稱的矩形波電壓施加到所述線圈上，以便一邊使所述線圈的磁通密度的方向反向，一邊使所述線圈的磁通密度飽和；比較器電路，將與流經(jīng)所述線圈的線圈電流對應(yīng)地進(jìn)行變化的測定電壓與正負(fù)對稱的正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓相比較，并輸出正側(cè)電信號和負(fù)側(cè)電信號，其中，正側(cè)電信號相當(dāng)于所述測定電壓高于所述正側(cè)基準(zhǔn)電壓的期間，負(fù)側(cè)電信號對應(yīng)于所述測定電壓低于所述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓的期間；以及判斷電路，比較從所述比較器電路輸出的所述正側(cè)電信號和所述負(fù)側(cè)電信號。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的磁通門漏電傳感器，其特征在于，所述比較器電路包括正側(cè)比較器，具有被施加所述測定電壓的非倒相輸入端子和用于輸入所述正側(cè)基準(zhǔn)電 壓的倒相輸入端子；負(fù)側(cè)比較器，具有被施加所述測定電壓的倒相輸入端子和用于輸入所述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓 的非倒相輸入端子；正側(cè)電場效應(yīng)晶體管，具有用于輸入所述正側(cè)比較器的輸出電壓的柵極電極；以及負(fù)側(cè)電場效應(yīng)晶體管，具有用于輸入所述負(fù)側(cè)比較器的輸出電壓的柵極電極，所述判斷電路包括積分電路，該積分電路對所述正側(cè)電場效應(yīng)晶體管和所述負(fù)側(cè)電場 效應(yīng)晶體管的漏極電流相加，并輸出與相加后的所述漏極電流的積分量對應(yīng)的電壓。
全文摘要
本發(fā)明公開一種磁通門漏電傳感器，該磁通門漏電傳感器包括用于插入測定對象第一電線和第二電線的環(huán)狀芯；纏繞在上述芯上的線圈；驅(qū)動電路，其將正負(fù)對稱的矩形波電壓施加到上述線圈上，以便一邊使上述線圈的磁通密度的方向反向，一邊使上述線圈的磁通密度飽和；比較器電路，其將與流經(jīng)上述線圈的線圈電流對應(yīng)地進(jìn)行變化的測定電壓與正負(fù)對稱的正側(cè)基準(zhǔn)電壓和負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓相比較，并輸出正側(cè)電信號和負(fù)側(cè)電信號，其中，正側(cè)電信號相當(dāng)于上述測定電壓比上述正側(cè)基準(zhǔn)電壓高的期間，而負(fù)側(cè)電信號對應(yīng)于上述測定電壓比上述負(fù)側(cè)基準(zhǔn)電壓低的期間；以及判斷電路，其用于比較從上述比較器電路輸出的上述正側(cè)電信號和上述負(fù)側(cè)電信號。
文檔編號G01R31/02GK101949987SQ20101022064
公開日2011年1月19日 申請日期2010年7月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年7月9日
發(fā)明者余孔惠, 小林正和 申請人:株式會社田村制作所