保護(hù)人身和設(shè)備安全的固體傳感開關(guān)

內(nèi)容提要
　　由美國雷通和泰勤達(dá)因兩家元件公司(Raytheon and Teledye Components)生產(chǎn)的溫度和電流感測IC的原理與應(yīng)用，本文作了典型的介紹。泰勤達(dá)因公司的固體熱開關(guān)IC取代了價格昂貴，對振動敏感的雙金屬片溫度傳感器，雷通公司的IC器件探測漏泄電流5mA，并模壓成軟線裝置，是將進(jìn)入家庭，辦公室和工廠的保護(hù)人身和設(shè)備安全的產(chǎn)品。兩家產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是體積小，價格低，每只在一美元左右。 溫度和電流感測IC是將進(jìn)入家庭，辦公室和工廠的產(chǎn)品。
　　正文
　　由美國雷能和泰勤達(dá)因元件公司制造的兩塊廉價芯片，有助于對電氣或電子設(shè)備的每個零件克服兩種固有的危險——水和高溫。泰勤達(dá)因IC是固體熱開關(guān)新家族中最主要的成員，取代了通常使用在從咖啡工人到家庭加熱恒溫器范圍內(nèi)應(yīng)用的價格昂貴，對振動敏感的雙層金屬片溫度傳感器。泰勤達(dá)因器件是一個小功率，兩線接地故障斷續(xù)(GFI)控制器。由于設(shè)計是為了使用在電吹風(fēng)機(jī)上，但它是能夠作為一個安全部件被利用在電吹風(fēng)一類物品上。因?yàn)樘┣谶_(dá)因和雷通兩家IC的目的是為消費(fèi)者提供價格低廉的產(chǎn)品：做到體積小，價格盡可能低。
　　泰勤達(dá)因IC中的SC620和TSC621兩者都是感測溫度的：TSC620用一個單片離子注入電阻，具有絕對精度為±30℃，而TSC621使用一個外部熱敏電阻。TSC620可以代替安裝在許多設(shè)備或馬達(dá)上的瞬時作用熱開關(guān)，提供簡單的通斷保護(hù)與/或控制等。這些IC運(yùn)用的高低溫度，用戶可編程(用兩個電阻)設(shè)定值輸入，并且三個一組控制邏輯輸出。它們提供了一種簡單的，而且是多用途的，多值溫度報警或控制系統(tǒng)。一只TSC620和不到兩打的廉價元件，可以制作一個完整的家庭用的加熱—冷卻恒溫器。

　　圖1，在芯片的溫度升高到規(guī)定的上下設(shè)定值的時候，泰勤達(dá)因元件公司生產(chǎn)的TSC620溫度感測開關(guān)被編程感測。當(dāng)它達(dá)到上設(shè)定值時，先使MOSFET接通，然后接通電風(fēng)扇。當(dāng)它的溫度下降到下設(shè)定值時，使它關(guān)閉。
在每個程序設(shè)計輸入端和確定高、低溫度設(shè)定值的電源之間，分別連接一個90KΩ到200KΩ的電阻(圖1)。這兩個邏輯輸出端，下限和上限遵循下列的真值表：芯片(或外部的熱敏電阻)無論什么時候上升到由它們各自的電阻程序設(shè)計的溫度時，其下限和上限輸出端變高。即當(dāng)溫度上升時，下限輸出首先變高，然后上限輸出才變高。在芯片(或熱敏電阻)溫度下降，大約低于它的程序設(shè)計值兩度時，限制輸出各自變低。在一種典型的應(yīng)用中，當(dāng)下限變高時，它能夠接通電風(fēng)扇并警告主人(人或硅)。如果溫度上升到足夠切斷上限的時候，系統(tǒng)可能停止工作并關(guān)閉警報。
　　當(dāng)所感測的溫度上升到上設(shè)定值的時候，控制的邏輯輸出變高，而當(dāng)它降落在下設(shè)定值以下時，控制的邏輯輸出變低。
　　不再電擊人！
　　雷通器件的工作原理是如果發(fā)生觸電事故，在不到24ms的時間內(nèi)，切斷兩根交流線路。這就是說它必須探測出5或10mA的漏泄電流(美國規(guī)定為5mA，歐洲規(guī)定為10mA)，并且在比工頻50或60Hz小2Hz時切斷線路。這兩種主要特性影響了電吹風(fēng)機(jī)的成本、設(shè)計和單獨(dú)投放市場的時間，為了探測和中斷接地故障的漏泄電流，RV4140從另一方面來解決：不需要更改現(xiàn)存的電吹風(fēng)機(jī)的設(shè)計，而在墻壁引出線和電吹風(fēng)機(jī)之間只需要一條兩根導(dǎo)線的線路(圖2)。

　　現(xiàn)在的解決辦法是從GFI到電吹風(fēng)機(jī)需要三根導(dǎo)線，這第三根導(dǎo)線連接到電吹風(fēng)機(jī)內(nèi)部的金屬板上。這個金屬板和第三根導(dǎo)線增加了成本。這個金屬板對每個現(xiàn)存的和新設(shè)計的電吹風(fēng)機(jī)來講，兩者都需要重新設(shè)計，還需改變工裝，這樣就更進(jìn)一步增加了成本和設(shè)計時間。最后，每個新的設(shè)計和每個重新設(shè)計都必須由UL認(rèn)證或重新認(rèn)證，因此延長投放市場的時間。
　　RV4140和它的電路消除了這類問題。它被塑造成軟線裝置，一旦取得認(rèn)證就可以用來對任何一個電吹風(fēng)機(jī)或?qū)θ魏我粋€其它設(shè)備連接。為了要更進(jìn)一步降低成本和尺寸，RV4140包含一個全波橋式整流器，必須把它外加到通用的GFIIC(包括雷通RV4145)。
　　探測器的核心部分是一個具有環(huán)形疊片鐵芯或?qū)嵭蔫F淦氧芯的電流互感器。接地故障在火線和零線電流之間產(chǎn)生差值。
　　放大、整流后的電流在腳I上產(chǎn)生一個誤差電壓。如果這個誤差電壓大于腳3上的參考電壓，比較器C關(guān)閉，并啟動SCR，于是斷開繼電器和到電吹風(fēng)機(jī)的電路。