基于P87LPC764型单片机延时型漏电继电器

　　1 引言

　　漏电继电器是一种可在被保护线路漏电电流达到设定值（额定动作电流IΔ）后切断被保护线路供电电源的保护装置。漏电信号的检测由零序电流互感器来完成，它 可将检测到的被保护线路的漏电电流转换成毫伏级的交流电压信号，再通过信号整流、放大和滤波得到一个直流电压，然后配合相应的控制电路来驱动执行回路，以 实现切断保护线路供电电源的控制目的。简单的实现过程是信号检测→滤波→二级放大→控制电路→驱动执行回路→切断被保护线路电源。

　　本文给出的延时型漏电继电器解决方案就是利用P87LPC764型单片机构成控制电路来取代传统的电路，该电路可在不同IΔ条件下实现不同的延时动作时间及其他相关功能。

　　2 继电器的功能

　　根据漏电保护标准及延时型漏电继电器驱动要求，该保护装可以实现以下功能：

　　（1）用户可选择3档额定动作电流（分别记为IΔ1、IΔ2、IΔ3），在使用中由用户根据被保护线路的实际状况来决定。一般可以设定IΔ1

　　（2） 每一种额定动作电流下（1倍情况下）均设有3档延时动作时间T1a、T1b、T1c(设定T1a

　　（3） 与第一点对应，在5倍额定动作电流下，这3档电流可分别记为5IΔ1、5IΔ2、5IΔ3，相应的3档延时动作时间为T2a、T2b、T2c，同样设定 T2a

　　（4）在电路中保留重合闸功能。如选择该功能，当保护装置动作并切断被保护线路电源后，将在延时T3时间后自动恢复供电。否则，装置必须手动恢复并回到初始状态。

　　（5） 根据漏电动作基本要求，当选择第条功能后，装置可以在T3延时时间后自动恢复，但此时若检测的漏电信号仍然超过装置设定的额定动作电流（可称为“二次漏 电”），软件中在延时T3后紧接着设定T4（T4

　　3 P87LPC764简介

　　P87LPC764是Philips公司推出的51内核、改进型单片机，运行速度为标准80C51型机的2倍，丰富灵活的端口定义、内含二个精确模拟量比较器是选用该型号的理由。该单片机的主要功能如下：

　　运行速度快；

　　程序存储器为4KB OTP（一次编程），32B用户代码区；

　　2个16位定时/计数器；

　　2个精确模拟量比较器；

　　可编程的I/O口输出模式；

　　20mA的口线驱动能力。

　　4 硬件电路

　　4．1 信号检测与放大电路

　　图1所示是漏电保护装置中信号检测与放大部分的局部电路。该装置对漏电电流的检测用一个零序电流互感器来完成，以将检测到的被保护线路的漏电电流转换成毫 伏级的交流电压信号。再由运算放大器构成的线性电路整流放大、通过对零二级放大，得到一个直流电压U20。显然，通过对零序电流互感器及相应电路参数的设 定，可使U20在一段漏电电流的范围内正比于漏电的电流。这样，对漏电电流信号的处理在电路中就转化为对U20的处理。前面提到，用户可以选择、3种额定 动作电流，实际上是在电路中通过调节R28、R29、R30将U20整定在3种不同的电压，并用三选一开关S2A（提供给用户 ）来实现，每次只有一种（必须有一种）选择；额定动作电流下T1a、T1b、T1c时间的设定及5倍额定动作电流下T2a、T2b、T2c时间的设定均通 过三选一开关S3A判断，同样每次只有一种（必须有一种）选择；重合闸选用单选开关S1进行设定，具体电路如图2所示。

　　在P87LPC764的16脚外接电阻分压器可以设定参考电位VREF，可以理解用户选择的3种不同额定动作电流所对应的U20是不同的，而参考电位 VREF只有一种标准，该标准一旦设定就不能改变，所以S2A的作用就是将U20信号通过开关的引导与电位器的分压来把不同数值的U20调整到合适的大 小，进而与设定的参考电位VREF进行比较。

　　4．2 P87LPC764的外围电路

　　图2是P87LPC764的外围电路部分，其中16脚是VREF电压设定端，按照图中参考可以得出VREF=2V。12脚P1.0用于重合闸判断，用户可 以选择装置是否执行重合闸，P1.0为0时装置具有重合闸功能；P1.1、P1.2、P1.3用于额定动作电流下T1a、T1b、T1c时间和5倍额定动 作电流下T2a、T2b、T2c的判断和选择。二级放大后的U20，一路直接送至比较器CIN1A的输入端（17脚），另外一路通过电阻分压器送至比较器 CIN2A的输入端（19脚），以分别用于输入额定动作电流下的U20和5倍额定动作电流下的U20，P0.0来驱动执行电路中的继电器，初始状态设定为 0（低电平，继电器吸合），将其连接于后面的执行电路即可使继电器处于吸合状态，配合交流接触器维持被保护线路的供电。

　　5 软件设计

　　软件设计主要围绕不同状态下的延时时间的设定来进行，首先判断比较器1和比较器2的输出以确定当前漏电电流的大小，具体可有三种情况：一是小于当前设定的 额定动作电流；二是大于当前设定的额定动作电流但小于5倍的额定动作电流；三是大于5倍的额定动作电流，这些可以在软件中通过判断比较器1和比较器2的输 出来控制。并可根据P1.0、P1.1、P1.2、P1.3的状态来决定是否实际重合闸及不同的动作时间。其程序流程如图3所示。

　　6 结束语

　　于要区分多种延时时间，因而采用单片机的实现方案，克服了传统分立元件带来的离散性大且不易控制的弊端。P87LPC764内含电压比较器，可以很方便地 控制额定动作电流和5倍额动作电流下的动作时间。软件编写中，延时时间主要以“软件延时和定时器定时”来实现，利用传递不同变量的方式来完成多种延时时间 的控制，事实证明，这是软好的实现方案。