【IC】胜金微电子自检功能漏电保护器芯片SJWCH5159，提供切实有效的保护作用

时间： 2024-09-28 来源：胜金微电子官网

技术问答

漏电保护器，依据具体功能和使用途径一般分为漏电保护器继电器、漏电保护开关及漏电保护插座等三种类型。

无论何种类型，基本原理都是对穿过零序互感器的零火线进行剩余电流进行检测，利用无故障时零线电流IN与火线电流IL应该是幅度相等、相位相反，通过零序互感器上的总电流应为零即处于平衡状态，当发生例如零火线绝缘层漏电，或者人为触电等异常时，零线与火线之间的电流失去平衡，即IΔL/IΔN＞0，当漏电检测电路检测到的漏电流IΔL/IΔN达到其设定的阈值（一般为5—10mA）时，漏电保护器电路锁定该漏电信号并经过处理后打开后面的可控硅，并通过磁吸开关关闭电源。或当IΔL/IΔN=0(零线或火线无漏电流),IΔ地≠0时，当检测到IΔ地达到电路设定的阈值（一般为30mA）时，漏电保护器电路锁定该漏电信号并经过处理后打开后面的可控硅，并通过磁吸开关关闭电源。

本文胜金微电子重点向用户及电力使用者介绍漏电保护芯片如何能够确保自身安全的前提下进一步确保用户与电器安全的问题。

自检功能漏电保护器芯片——SJWCH5159

漏电保护器的工作原理为：首先检测在低压配电线路中各相线（含中性线）电流矢量和不为零，通俗为电测发生了事故或用电异常情况，电流从带电体通过人体或者异常端口处流向大地，使电路中进出线中的电流|相和|中的大小不相等，即产生的电流瞬时矢量合成有效值称为剩余电流，俗称漏电流。然后经过一系列的I/V转换并经过放大，运算之后转换成驱动信号，以上这一系列的工作需要在mS级别时间完成，最终打开供电端口的可控硅，并引起磁吸开关获得一定的电流之后，关闭供电电源。

为了实现检测漏电信号→运算→控制电路开启→可控硅打开的工作。首先需要确保漏电保护器检测芯片是正常能够工作的，其次需要保证可控硅是无损良好的。当然电路的供电端口的用电异常与否也直接决定漏电保护芯片的功能正常与否。因此，随着用电环境的日益复杂化，漏电产生的概率日益增加，漏电保护器打开可控硅的频率日益频繁，而依照目前的无论是只检测交流漏电的AC型漏电保护器，还是在交流漏电信号检测基础上增加直流脉动漏电的A型漏电保护器，都无法完全满足目前的使用要求。

“打铁还需自身硬”，为了检测用户端用电是否正常，检测电路自身及其控制电路的正常首先需得到确保。否则是无法完成检测漏电信号→运算→控制电路开启→可控硅打开的一系列工作的。

首先，要检测别的电器是否正常使用，自身的用电首先得确保正常，因此需要漏电保护器芯片内部增加供电电源的检测。即在芯片供电端上电以后，电路内部需内置持续检测并判断交流供电电源的相位（正半周期或负半周期）的功能模块，该功能管脚我们可以设定为STIN引脚，通过对该引脚电平实现上述功能。若在连续秒级时间段内没有检测到STIN引脚电平的变化（从高电平变为低电平），则可以视为由于检测不到交流供电电源的相位，而输出脱扣脉冲信号和用电异常报警信号。为了确保可控硅的抗干扰性能及性能的稳定，可以进行双可控硅驱动端口两个脉冲信号宽度为2-3ms，间隔2-3ms的4个高电平脉冲信号。此后输出电源异常报警信号最长为200ms的高电平脉冲信号。电源异常报警信号的高电平驱动电流为可以设定为1mA以上1。在输出高电平期间，电源电压下降到复位电压以下，自检模块复位，在2s之后重新开始自检。若相位检测功能正常，则在电源上电2s后开始进行首次自检，若自检通过，视为电源端正常用电，电路正常进行工作状态。同时，我们还可以设定对电源是否正常供电的检测时间间隔，即在首次自检完成之后可以设定每N分钟自检一次。若确认自检失败，则输出可控硅脱扣脉冲信号和电源异常报警信号，并关闭电源。具体如图一所示。

图一

图一中，通道1显示了VAC120VRMS、60Hz的线路电压。通道2显示了正相、负相的半波周期。通道3显示故障测试信号，通道4显示IDF信号（CTO输出）。自−测试周期以正半波周期开始。故障测试引脚过高，产生一个GF信号。IDF信号是CTO放大器的输出，根据已知的GF电流到电压信号。当检测到5~15mA的GF信号时，将记录一个“通过GF测试”，并禁用故障测试信号。

正如图一所示，电路在自检时会进行负半周期和正半周期自检，首先根据STIN引脚的相位判断结果，在交流电源的负半周期，在芯片内部将STIN拉高，并从FOUT引脚输出最大为3ms的高电平脉冲信号，该脉冲信号通过三极管和电阻产生模拟漏电流。该模拟漏电被感应线圈感应并输入到芯片的1和2引脚。漏电保护模块检测到该漏电流后从TRIG1引脚输出高电平触发信号。TRIG1的高电平触发信号使得可控硅导通。STIN引脚的电平被导通的可控硅通过二极管下拉到低电平（2.4V以下）。当STIN引脚在被上拉期间检测到STIN被下拉为低电平，电路则认为ALCI断路器的漏电保护功能正常，自检通过。若STIN在上述被上拉期间没有被下拉到低电平，则说明ALCI断路器对漏电流的响应可能存在问题。在经过四个工频周期后进入正半周期自检的状态。

图二

图二显示了一个通过的SCR自我测试。该测试将检查SCR和偏置电路。通道1显示了VAC120VRMS、60Hz的线路电压。通道2显示了正相、负相的半波周期。通道3显示SCR信号，通道4显示SCR测试信号。在正半周期结束时，SCR测试销偏置较高。进入负半波周期约3ms时，导致SCR测试端变低。当低于~2.1伏时，通过记录SCR测试数据，禁用SCR信号。

在根据图一和图二通过一个自−测试周期后，下一个周期将在20分钟内发生。

图三

图三显示了打开ZCT（互感器）的ST循环故障。通道1显示了电源电压。通道2显示了相位引脚。通道3显示故障测试信号，通道4显示LED（寿命结束）信号。前四个连续的ST周期发生在大约1.1秒，然后是2.2、3.3和4.4秒……。连续第16个循环故障后，SCR启用4个正半循环，然后启用LED。

图四

图四还显示了一个开放ZCT失败的ST周期。它是前四个连续的ST周期的缩放图。它显示了与图三相同的波形，但通道4显示了SCR引脚。对比图四和图一，可以看出，由于电路没有检测到GF信号，所以可以实现完全的正半波周期。

图五

图五显示了打开SCR的ST周期。通道1显示电源电压，通道2显示相位引脚，通道3显示SCR引脚，通道4显示SCR测试引脚。SCR在负半波循环内启用。SCR测试端没有检测到SCR变低，因此该循环被记录为SCR故障测试。

图六

图六显示了一个失败的“无时钟”测试。此测试的相位端是浮动的。通道1显示电源电压，通道2为相位引脚，通道3显示LED引脚。在结束后的相位引脚上没有出现任何信号。在百ms级别时，在正半波周期中启用LED寿命结束信号。LEDEOL信号在4Hz左右时闪烁。

图七

图七还显示了一个失败的“无时钟”测试。除时间尺度和添加了SCR信号（通道4）外，该图与图六相同。第一个SCR脉冲发生在～值为2-4秒时。

通过以上描述，可以认为该漏电保护器整体是能够正常工作并为用户提供切实有效的保护作用。

所幸的是，胜金微电子深耕漏电保护器多年，目前不但形成A型漏电保护器、AC型漏电保护器、低压低功耗型AC型漏电保护器系列产品，而且经过对客户端进行详细的用户使用情况与需求的调查。成功开发出了公司第一款带部分上述自检功能模块的漏电保护器产品SJWCH5159产品。如有需求，请联系世强平台工作人员索取更加详细的使用说明。

同时，为了更加丰富胜金微电子的漏电保护器产品线，目前还规划了全部实现上述自检功能的智能型漏电保护器产品。例如自检时间的设定逐步向客户端进行编程式开放，脱扣电流的设定逐步向客户端进行可编程式开放，以及对针对热水器产品增加“花洒出水断电”功能，敬请期待。

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