0引言
漏电保护器在标准中称剩余电流断路器，俗称漏电开关，是用于在电路或电器绝缘受损发生对地短路时，防人身触电和电气火灾的保护电器，一般安装于每户配电箱的插座回路上和全楼总配电箱的电源进线上。
漏电保护器按照功能与电源电压的关系分为与电源电压有关和与电源电压无关两类，通俗的说，功能与电源电压有关的一般为电磁式漏电保护器，功能与电源电压无关的一般为电子式漏电保护器。电磁式产品是通过互感器输出直接驱动电磁动作机构；而电子式产品是通过漏电检测及放大比较电路驱动电子开关，再由此电子开关控制动作机构。电磁式产品成本高，制作工艺复杂，成品一致性差；电子式漏电保护器灵敏度高（可到5mA）,整定误差小，制作工艺简单，成本低。所以，电子式漏电保护器在实际应用中越来越受到推崇。
现在，各大低压电气供应商都已经有了自己的电子式漏电保护器产品，除施耐德、ABB等少数几家低压电气厂家外，大多数国内外厂家都是用漏电保护专用芯片来做漏电保护器，这样的芯片如三菱公司的M54123L、M54133, Fairchild(飞兆半导体)的 RV4145, 无锡艾立德智能科技有限公司的AL311，这样的好处是最大程度地减少了电子元件的数量，使得PCB更加小型化。但是，这样也有一个致命缺点，那就是元件的依赖性十分强，如果专用芯片因为某种原因而无法供货或是存在某种设计缺陷，那么对于应用者来说就束手无策了。
1漏电专用芯片解决方案
1.1 M54123L方案
M54123L是一款比较经典的芯片，其由三菱电机半导体研发出来后，在漏电保护器产品中得到了广泛的应用，因为此款芯片的热销，国内外也相继出现了功能与非常之类似的多款芯片，如韩国IK Semicon的IL54123、台湾友顺科技 (UTC)的M54123L、上海复旦微电子集团 (FM)的VG54123L/P、浙江朗威微系统的LW54123。
M54123的使用非常简单、方便，通过简单的外围电路，即可实现漏电保护器的功能。图一为M54123L的应用图。
图1：M54123L应用图
1.2 RV4145方案
RV4145是由Fairchild研发的，市场上同样也有众多与之功能类似的芯片，如韩国IK Semicon的IL4145AD、台湾友顺科技 (UTC)的GV4145A、上海复旦微电子集团 (FM)的FM2145。图二为RV4145A的应用图。
图2：RV4145A应用图
2 运算放大器解决方案
2.1 设计思路
作为家用和类似用途的漏电产品标准(IEC61009、GB16917)中规定的额定剩余动作电流------即额定漏电流------指的都是电流有效值，那么要想保证产品动作的可靠性，就必须在漏电流有效值达到动作阈值的时候才可以保护脱扣，所以需要有效值判断，这样就需要硬件实现真有效值的转换和放大比较。
基于有效值判断的漏电保护器比基于峰值判断的更可靠，并且更适合实现脉动直流漏电信号的检测，即A型漏电保护器保护功能。因为漏电流检测互感器------即零序电流互感器ZCT------检测脉动直流漏电流时，在不同导通滞后角（0°、90°、135°）但有效值一样的输入漏电流波形的情况下，所得到的采样电压波形有效值并无太大差异。换句话说，当漏电检测电路中，作为脱扣动作界限的电压有效值阈值一定时，所对应的不同波形的漏电流有效值相差不大。如图3~图9所示为一种具有很高的弱磁场导磁率材料做成的ZCT的测试波形，采样电压有效值取12mV。
图3：正弦漏电流有效值29.7mA
图4：导通角+0°漏电流有效值41.6mA
图5：导通角+90°漏电流有效值33.2mA
图6：导通角+135°漏电流有效值29mA
图7：导通角-0°漏电流有效值42.8mA
图8：导通角-90°漏电流有效值33.6mA
图9：导通角-135°漏电流有效值29.7mA
由图3~图9可以看出，采样电压有效值取12mV时，ZCT一次侧漏电流有效值波动范围不大，除了在导通滞后角0°时偏差大些，其他情况下的漏电流有效值基本一致。需要说明的是，0°时的偏差在标准IEC61009和GB16917中是被允许的。
2.2 设计电路
真有效值即为"真正有效值"之意，英文缩写为"TRMS"，有的文献也称为真均方根值，我们先回忆一下交流电压的有效值的表达式，它的定义如下： 
...... (1)
近似公式为：
...... (2)
我们对式（1）进行变换，两边平方，并令 
就得到真有效值电压的另一种表达式 
... (3)
从（3）式即得，对输入电压依次进行"取绝对值→平方/除法→取平均值"运算，也能得到交流电压的有效值，而且这公式更有使用价值。图10所示为计算框图。
图10： 真有效值计算框图
2.2.1 取绝对值电路
对于交流信号而言，取绝对值电路实际就是整流电路。但是对于小信号而言，一般的全桥整流电路是无法适用的，因为整流二极管存在导通压降（硅管0.7V，锗0.2V），这对于mV级的信号而言，显然是非常巨大的。所以，我们必须应用精密全桥整流电路。图11所示为精密全桥整流电路。
图11：精密全桥整流电路
当V1>0时,Ue<0,二极管D1截止,故Ua=Uc=V1,使 iR1=iR2=0,因而Ub=V1。
当V1<0时,Ue>0,二极管D1导体,故Ua=Uc=Ud=0,因而Ub=-V1*R2/R1=-V1。
因此 Ub =|V1|。图12为此电路仿真结果。整流后电压峰值与交流电压峰值相同，没有损失。
图12：精密全桥整流电路仿真结果
2.2.2 平方/除法电路
平方/除法电路其实就是乘除法运算电路，从数学运算的角度看，有显示法和隐示法两种实现方法。显示法直接进行乘除法运算，表面上数学运算比较简单、直接，但是若用电路实现，那就比较复杂了。隐示法通过取对数运算后进行加减运算，后在反对数运算，从而实现乘除法运算。如图10中所示。
基本原理是晶体管的基本特性，即晶体管的PN结的正向压降与电流成对数关系，用公式表示为：
... (4)
图13所示为平方/除法电路。
图13：平方/除法电路
工作原理为：
因为电路中R5=R7=R9=R11,则：
平方/除法电路其实就是乘除法运算电路，从数学运算的角度看，有显示法和隐示法两种实现方法。显示法直接进行乘除法运算，表面上数学运算比较简单、直接，但是若用电路实现，那就比较复杂了。隐示法通过取对数运算后进行加减运算，后在反对数运算，从而实现乘除法运算。如图10中所示。
2.2.3 取平均值电路
取平均值电路其实就是电容滤波电路，如图14所示。
图14：取平均值电路
工作原理为：
... (5)
2.2.4 阈值比较电路
有式5得出，Us为输入电压绝对值的均方根值，即Us为输入电压的真有效值，图15所示为此直有效值与动作阈值的比较电路。
图15：阈值比较电路
2.3 漏电保护电路仿真分析
图15所示，脱扣阈值设定在12mV,那么当图11中V1所模拟的漏电采样信号超过这一阈值时，那么，输出电压Uo将从-5V跳变到+5V。
图16：漏电保护电路动作阈值仿真
3 结语
作为用运放搭建的漏电检测电路，所使用的元件数必然会较使用漏电专用芯片的多，而且成本要高。但是，这样对于电子研发是十分有好处的。首先，让我们真正懂得内部电路的原理，不至于知其然而不知其所以然；另外，最重要的是，开发者可以更自由、主动地对漏电保护器产品性能进行提升。
参考文献
1\] 童诗白，华成英．模拟电子技术基础〔M〕．第三版．北京∶高等教育出版社，2000∶P336~345，P440~442