2.直流漏电保护断路器基本设计思路
传统的AC型漏电保护断路器，之所以能够检测漏电信号是因为该漏电信号是交流信号，因此可以通过磁场感应出次级绕组电压。针对直流漏电保护断路器，基本思路就是人为叠加一个交流信号在传感器上，就可以借鉴AC型漏电保护断路器的漏电电流检测方法，最后检出直流漏电信号，以此为基础设计硬件电路。由于直流漏电保护断路器的漏电流采样方法不同于AC型，且市面上并未有相应的专业漏电检测芯片，同时本文设计的直流漏电保护断路器在外观上取消试验按钮的设计，而增加指示灯作为产品正常运行(绿灯常亮)或故障状态(红灯闪烁)的直观指示，同时原来的试验按钮位置改为拨码开关，相应的位置分别对应只报警不脱扣、报警且脱扣两种执行方法，方便用户根据实际使用情况动态的选择，而不是一旦选定某种型号就一成不变，其中基础报警方式为红灯闪烁，因此本文设计的直流漏电保护断路器以单片机为控制核心，其典型的功能框架如图所示。单片机根据特定的逻辑算法进行处理，实现直流漏电保护断路器的实时运行状态显示和系统自诊断功能，其中直流漏电流传感器由电源、互感器、方波激励源、低通滤波器、绝对值电路和放大电路组成。
3.直流漏电检测方法
直流漏电流采样电路如图所示，其设计思想在于以激励方波电压为载体，通过磁环在采样电阻Rs上感应出电压，显然该电压值与激励方波电压和Rs电阻存在必然的联系。当磁环中存在直流漏电流时，该直流电流会产生一个恒定的磁场，与磁环固有的磁性叠加，反应在采样电阻Rs上的电压就是相对于Y轴有固定的偏移，其偏移的方向取决于直流漏电流的方向。基于图二原理图，开展数学推导且方波激励电压的傅里叶展开只含奇次谐波分量，当磁环中存在直流漏电流I0时，得到采样电阻上得到的绕组电流I_leak仅含有直流分量和奇次谐波分量，并且直流分量正比于直流漏电电流I0。数学公式的推导也从侧面证实了该设计的可行性，要想得到直流漏电流信号，就需要通过合适的低通滤波器将高频分量滤除。由于直流漏电电流有正负方向，而对于漏电保护断路器而言，关注的重点是漏电流的大小而不是方向，因此还需要通过合适的信号调理电路，才能送到单片机的AD转换引脚，信号调理电路包含低通滤波电路、绝对值电路和放大电路。
4.单片机触发可控硅
本设计基于单片机开展具体的硬件电路设计，不同于传统的AC型漏电检测芯片54123，其内部差分运放输出端4脚和锁存器5脚连接，当锁存器高电平维持一定时间才将7脚电平拉高，以此触发可控硅，且触发后锁存器电平释放掉，使得配电线路排除故障后可以再次合闸;若直接由单片机IO口触发可控硅，从可控硅触发极电流和触发极电压大小考虑是满足要求的，但可控硅在导通瞬间是通过强电流的，为避免强电流对单片机IO口的冲击，需要在单片机IO口和可控硅之间加上隔离电路如常用的光耦，从成本上考虑，本设计采用三极管，其电路原理图如图所示。选择一款刚上电时所有的IO口默认为高电平的单片机即可，此时S9013三极管导通，可控硅SCR的触发极电平几乎为0，直流漏电保护断路器处于正常合闸状态;当检测到直流漏电流信号时，通过程序将单片机IO口SCR_ON设置为0电平，此时S9013三极管截止，可控硅SCR的触发极电平几乎为12V而触发，此时线圈Coil通过大电流使得直流漏电断路器脱扣，起到保护作用。
