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LEM漏電流傳感器CTSR系列自檢功能淺析

閱讀：985 發(fā)布時間：2019-8-29

一：CTSR系列簡介

CTSR系列是LEM 在2011年發(fā)布的一款用于漏電流檢測的傳感器,，該系列傳感器基于Fluxgate原理,，目前可實現(xiàn)對300ma,，600ma,，1A漏電流的檢測,，可應(yīng)用于光伏,，電力等需要漏電流檢測的行業(yè)。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。

由于漏電流檢測涉及到安全因素,，因此不但要保證測量的性,，同時也要保證器件本身是否正常?；谶@個原因,，LEM在該系列產(chǎn)品上增加了器件的自我檢測的功能。目前該功能是市場上大部分同類產(chǎn)品所不具備的,，本文即闡述這一功能的具體用法,。

自檢的實現(xiàn)有2個級別，簡單的自檢是對傳感器內(nèi)部ASIC的檢測,，而更完善的自檢則是對整個傳感器輸出測試電流,，進而檢測漏電流傳感器精度的方式。

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：

首先，需要將Ref拉低至0v到1v范圍內(nèi)的低電平并持續(xù)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進行檢測，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(jīng)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(jié)束自檢模式,，然后進入持續(xù)時間長約110ms的去磁模式，去磁結(jié)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(yīng)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(zhuǎn)換器,，該器件內(nèi)置有PGA環(huán)節(jié)，可對差分輸入量放大之后再進行AD轉(zhuǎn)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(shè)置PGA=1,。

實現(xiàn)自檢模式時，將微控制器的IO口置為高電平,，經(jīng)U3跟隨之后驅(qū)動Q1,，此時Q1導(dǎo)通，由傳感器內(nèi)部的2.5V基準經(jīng)過內(nèi)部的500ohm電阻給Q1灌電流,，將Ref拉低,，當這一過程持續(xù)超過30ms，傳感器開始自檢,，此時將AD采集得到的數(shù)據(jù)與表1中的數(shù)據(jù)進行比對,。由于U1將Ref和Out接成差分模式，因此應(yīng)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(fā)現(xiàn)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(jié)束之后,，將微控制器的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(xù)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：全面自檢功能用法

在CTSR系列中，只有幾個特定型號的產(chǎn)品具有全面自檢功能,，這些產(chǎn)品的內(nèi)部均帶有檢測線圈,。截至發(fā)稿為止有下面幾個型號：

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

根據(jù)IEC 62109-2標準中4.4.4.15.1和4.8.3.5規(guī)定,，每次光伏逆變器在重啟時，需利用漏電流傳感器的檢測線圈驗證傳感器的精度,。此時可以利用恒流源給檢測線圈注入測試電流,。在測試結(jié)束之后，應(yīng)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(fā)生瞬間變化時,，開路的測試線圈兩端可能會產(chǎn)生高壓，因此電路中應(yīng)該增加相關(guān)保護器件,。

下圖是這一功能的一個測試示例,，由TL431（U3）構(gòu)建恒流源為線圈提供測試電流。當U2的IO管腳置為高電平時,，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,，對測量精度進行驗證,。

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,。另外在檢測線圈兩端跨接TVS管,，當原邊電流發(fā)生瞬變時，測試線圈耦合產(chǎn)生的能量通過TVS管釋放。

　　關(guān)于LEM

　　萊姆作為電量傳感器領(lǐng)域的市場先導(dǎo)者,，為客戶提供創(chuàng)新的技術(shù)和高質(zhì)量的電量測量解決方案,。其核心產(chǎn)品為電流電壓傳感器，可廣泛應(yīng)用于驅(qū)動與焊接,、可再生能源與電源,、鐵路與軌道交通、高精度,、傳統(tǒng)汽車與新能源汽車等業(yè)務(wù)領(lǐng)域,。萊姆的戰(zhàn)略在于發(fā)揮其核心業(yè)務(wù)固有優(yōu)勢的同時，開發(fā)新的應(yīng)用領(lǐng)域并在新的市場中尋求發(fā)展機遇,。萊姆作為一家中等規(guī)模的化公司,，在北京（中國）、日內(nèi)瓦（瑞士）,、町田（日本）,、哥本哈根（丹麥）設(shè)有生產(chǎn)中心，各地的銷售辦事處能夠為客戶提供周到的服務(wù),。萊姆（LEM）集團于1986年在瑞士證券交易所上市（股市代碼：LEHN）。萊姆電子（中國）有限公司是萊姆電子在中國的全資公司,，在各地區(qū)設(shè)有銷售辦事處,，為中國客戶提供化的無縫服務(wù)。

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