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LEM漏電流傳感器CTSR系列自檢功能淺析

時間:2016/10/30閱讀:3469

 

:CTSR系列簡介

CTSR系列是LEM 在2011年發布的款用于漏電流的傳感器,該系列傳感器基于Fluxgate原理,目前可實現對300ma,600ma,1A漏電流的,可應用于光伏,電力等需要漏電流的行業。在進行測量時候,將承載漏電流的接地線通過傳感器中間的圓孔,通過測量傳感器的輸出推算出漏電流值。

由于漏電流涉及到因素,因此不但要測量的,同時也要器件本身是否正常。基于這個原因,LEM在該系列產品上增加了器件的自我的功能。目前該功能是市場上大部分同類產品所不具備的,本文即闡述這功能的具體用法。

自檢的實現有2個別,簡單的自檢是對傳感器內部ASIC的,而完善的自檢則是對整個傳感器輸出測試電流,進而漏電流傳感器的方式。

二:簡單自檢功能用法

CTSR系列的副邊共有4個管腳,分別是VCC(電源),0v(地),Ref(參考腳),Out(輸出腳)。

自檢功能是配合使用Ref和Out兩個管腳來完成的:

先,需要將Ref拉低至0v到1v范圍內的低電平并持續至少30ms,此時傳感器進入自檢模式;

然后,對Out管腳的輸出電平Vout進行,如果在表1所述范圍,說明傳感器正常,否則說明該傳感器已經失效;

表1 自檢模式下的Vout輸出范圍:

注:Vref是參考腳Ref此時的輸入值

將Ref管腳的低電平釋放后40us,傳感器結束自檢模式,然后進入持續時間長約110ms的去磁模式,去磁結束之后才進入正常測量模式。整個時序詳見下圖:

三:簡單自檢功能的實際使用

 

在實際應用中,由于傳感器的Ref和Out可能會傳輸比較長的距離,因此可能引入共模干擾,為了減少共模干擾以及溫漂的影響,通常會將Ref與Out接成差分輸入的方式。本文采用了TI公司的ADS1000作為AD轉換器,該器件內置有PGA環節,可對差分輸入量放大之后再進行AD轉換。

當CTSR的Ref用于輸出模式時,Vout的輸出范圍可達2.5v±2v,因此如果需要得到整個測量范圍的值,需設置PGA=1。

實現自檢模式時,將微器的IO口置為電平,經U3跟隨之后驅動Q1,此時Q1導通,由傳感器內部的2.5V基準經過內部的500ohm電阻給Q1灌電流,將Ref拉低,當這過程持續過30ms,傳感器開始自檢,此時將AD采集得到的數據與表1中的數據進行比對。由于U1將Ref和Out接成差分模式,因此應該是將AD值與Vout和Vref的差值進行對比。

例如采用CTSR 0.3-P時,如果發現AD采集值在[0.7,1.7v]的范圍,則表明傳感器自檢成功,否則失敗。

自檢結束之后,將微器的IO口置為低電平,此時Q1截止,Vref輸出2.5v基準電壓,40us后傳感器進入去磁模式,去磁過程將持續110ms,之后傳感器進入測量模式。

如CTSR 0.3-P在測量300ma時,U1的輸入差值為Vout-Vref=0.3*4=1.2v,ADS1000的理論輸出CODE為:2048*1*1.2/5=492。

四:自檢功能用法

在CTSR系列中,只有幾個特定型號的產品具有自檢功能,這些產品的內部均帶有線圈。截至發稿為止有下面幾個型號:

線圈在傳感器內的補償線圈上繞20匝,這樣就可以模擬原邊電流進行。因此輸出與測試電流的關系為:Vout-Vref=Gth*It(測試電流)*20

根據IEC 62109-2中4.4.4.15.1和4.8.3.5規定,每次光伏逆變器在重啟時,需利用漏電流傳感器的線圈驗證傳感器的。此時可以利用恒流源給線圈注入測試電流。在測試結束之后,應該斷開測試線圈回路,以免對正常測量形成干擾。此時,由于互感原理的作用,當原邊電流發生瞬間變化時,開路的測試線圈兩端可能會產生壓,因此電路中應該增加相關保護器件。

下圖是這功能的個測試示例,由TL431(U3)構建恒流源為線圈提供測試電流。當U2的IO管腳置為電平時,Q2將恒流源接通,注入測試線圈的電流為 2.5v/R2=2.5v/160=15.6mA,相當于給原邊通入15.6*20=312mA的電流。此時通過讀取AD值與理論值312mA進行比對,對測量進行驗證。

驗證完成之后,將U2的IO管腳置為低電平,Q2截止,測試線圈回路斷開。此時可進行正常測量。另外在線圈兩端跨接TVS管,當原邊電流發生瞬變時,測試線圈耦合產生的能量通過TVS管釋放。

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