關(guān)于低靜態(tài)電流電壓監(jiān)控器在漏電保護(hù)中的作用

在本文中，將回顧RCD泄漏電流檢測和跳閘的要求，以及如何將超低功耗電壓監(jiān)控器或Reset IC用作泄漏電流檢測器。此外還將說明電壓監(jiān)控器如何使中壓斷路器受益，例如使用微控制器的空氣斷路器(ACB)和塑殼斷路器(MCCB)。

使用電壓監(jiān)控器作為泄漏電流閾值檢測器

當(dāng)故障設(shè)備或觸電時(shí)，會發(fā)生漏電流，RCD的目的就是為了用于響應(yīng)5 mA-500mA的電流。如國際電工委員會TS60479-1標(biāo)準(zhǔn)中所述，在50 mA 200ms時(shí)間內(nèi)，人就會出現(xiàn)肌肉收縮，而暴露時(shí)間超過3s將增加心室纖顫的可能性。

RCD通過感測有源線和中性線電流之間的差異來檢測泄漏電流。如果線路電流和中性線電流不平衡且泄漏電流超過預(yù)定閾值，則斷路器跳閘，中斷并隔離電源。RCD設(shè)備可以分為三個(gè)主要階段。首先是感測階段，在此期間，泄漏傳感器感測泄漏電流。在第二階段，檢測電路設(shè)置泄漏電流閾值。第三階段中，繼電器跳閘，以隔離泄漏源。

過去，繼電器被用作檢測電路來設(shè)置泄漏電流閾值?，F(xiàn)代RCD使用諸如電壓監(jiān)控器之類的集成電路來提高檢測漏電流和驅(qū)動螺線管繼電器的準(zhǔn)確性和響應(yīng)時(shí)間。

圖1顯示了TI的TPS3840電壓監(jiān)控器如何檢測泄漏電流。在該示例中，泄漏傳感器(例如差分電流互感器或零相電流互感器)由電流源表示。對于電流檢測電路，電阻分壓器用于將輸入電流轉(zhuǎn)換為電壓，然后由TPS3840檢測。 TPS3840集成了精確的基準(zhǔn)電壓帶隙和電壓比較器。觸發(fā)點(diǎn)在出廠時(shí)通過一次性非易失性存儲器(OTP)進(jìn)行了編程，電壓閾值可在1.6 V至4.9 V范圍內(nèi)設(shè)置，典型精度為1%。

當(dāng)VDD引腳上的電壓上升到閾值以上時(shí)，RESET引腳將拉高以中斷微控制器或驅(qū)動電磁繼電器。此外，還可以使用單個(gè)外部電容器來延長RESET響應(yīng)時(shí)間，以根據(jù)泄漏電流的大小來滿足變化的RCD響應(yīng)時(shí)間。

圖1：作為比較器或電源序列發(fā)生器使用的毫微功耗、寬輸入電壓(最高 12V)監(jiān)控器參考設(shè)計(jì)

該參考設(shè)計(jì)重點(diǎn)介紹了低功耗復(fù)位 IC 和看門狗計(jì)時(shí)器的通用用例。TPS3840 器件具有小于 1µA 的電流消耗，其經(jīng)配置可用作比較器(通過簡單的 3 引腳配置)，也可用作通用電源監(jiān)控器，后者可以菊花鏈方式級聯(lián)為序列發(fā)生器。此外，響應(yīng)和延遲時(shí)間可通過外部電容器進(jìn)行配置。對于需要運(yùn)行看門狗的應(yīng)用，可以使用 TPS3431 器件，它是一個(gè)精度為 ±2.5%(典型值)的獨(dú)立可編程看門狗計(jì)時(shí)器。

特性

閾值檢測 (TPS3840)：使用電壓監(jiān)控器作為比較器(通過 3 引腳配置，無外部電源)的自供電閾值檢測器。

極低靜態(tài)電流 (<700nA) 架構(gòu)，具有 1.6V–4.9V(0.1V 階躍)的設(shè)定閾值范圍;用戶可控響應(yīng)時(shí)間(通過外部電容器可控制在 80µs 至 600ms)的快速上電(啟動延遲 <250µs)。

電源監(jiān)控和定序復(fù)位 (TPS3840)：可用于多軌復(fù)位監(jiān)控和啟動定序。

提供低電平有效和高電平有效配置，閾值范圍為 1.6V–4.9V，TD 范圍為 80µs–600ms。

看門狗計(jì)時(shí)器 (TPS3431)：用戶可調(diào)計(jì)時(shí)器，帶使能引腳和寬輸入范圍。

適用于看門狗功能的低電流消耗(最高 20µA)以及用戶可使用外部電阻器和電容器配置超時(shí)功能。

該參考設(shè)計(jì)著重介紹了低功耗復(fù)位IC和看門狗定時(shí)器的通用用例。 TPS3840器件的電流消耗小于1µA，可以配置為用作比較器(具有簡單的3引腳配置)，也可以用作通用電源監(jiān)控器，并可以菊花鏈方式連接成序列器。 另外，可以使用外部電容器配置響應(yīng)和延遲時(shí)間。 對于需要看門狗操作的應(yīng)用，可以使用TPS3431器件，它是具有±2.5%精度(典型值)的獨(dú)立可編程看門狗定時(shí)器。

該參考設(shè)計(jì)中的電壓監(jiān)控器滿足三個(gè)關(guān)鍵規(guī)格：

快速上電和可編程響應(yīng)時(shí)間。當(dāng)電壓監(jiān)控器從零輸入電壓上升到跳變點(diǎn)或閾值電壓以上時(shí)，均需要一定的時(shí)間才能啟動并做出反應(yīng)。斷路器需要快速檢測泄漏電流水平，并具有根據(jù)泄漏水平和持續(xù)時(shí)間配置跳閘響應(yīng)時(shí)間的靈活性，以避免由瞬變引起的誤跳閘。TPS3840的啟動時(shí)間為200 µs，可以快速響應(yīng)。