基于一款用于漏電流檢測的CTSR系列傳感器解析

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(shí)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(jìn)行測量時(shí)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精確性，同時(shí)也要保證器件本身是否正常?；谶@個(gè)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(shí)現(xiàn)有2個(gè)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(gè)傳感器輸出測試電流，進(jìn)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(gè)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(gè)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(shí)傳感器進(jìn)入自檢模式；

然后，對Out管腳的輸出電平Vout進(jìn)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(shí)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(jìn)入持續(xù)時(shí)間長約110ms的去磁模式，去磁結(jié)束之后才進(jìn)入正常測量模式。整個(gè)時(shí)序詳見下圖：

三：簡單自檢功能的實(shí)際使用

在實(shí)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(jìn)行AD轉(zhuǎn)換。

當(dāng)CTSR的Ref用于輸出模式時(shí)，Vout的輸出范圍可達(dá)2.5v±2v，因此如果需要得到整個(gè)測量范圍的值，需設(shè)置PGA=1。

實(shí)現(xiàn)自檢模式時(shí)，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(shí)Q1導(dǎo)通，由傳感器內(nèi)部的2.5V基準(zhǔn)經(jīng)過內(nèi)部的500ohm電阻給Q1灌電流，將Ref拉低，當(dāng)這一過程持續(xù)超過30ms，傳感器開始自檢，此時(shí)將AD采集得到的數(shù)據(jù)與表1中的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)行對比。

例如采用CTSR 0.3-P時(shí)，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(shí)Q1截止，Vref輸出2.5v基準(zhǔn)電壓，40us后傳感器進(jìn)入去磁模式，去磁過程將持續(xù)110ms，之后傳感器進(jìn)入測量模式。

如CTSR 0.3-P在測量300ma時(shí)，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(gè)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(gè)型號：

檢測線圈在傳感器內(nèi)的補(bǔ)償線圈上繞20匝，這樣就可以模擬原邊電流進(jìn)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)IEC62109-2標(biāo)準(zhǔn)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(shí)，需利用漏電流傳感器的檢測線圈驗(yàn)證傳感器的精度。此時(shí)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(shí)，由于互感原理的作用，當(dāng)原邊電流發(fā)生瞬間變化時(shí)，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(hù)器件。

下圖是這一功能的一個(gè)測試示例，由TL431（U3）構(gòu)建恒流源為線圈提供測試電流。當(dāng)U2的IO管腳置為高電平時(shí)，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(dāng)于給原邊通入15.6*20=312mA的電流。此時(shí)通過讀取AD值與理論值312mA進(jìn)行比對，對測量精度進(jìn)行驗(yàn)證。

驗(yàn)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(shí)可進(jìn)行正常測量。另外在檢測線圈兩端跨接TVS管，當(dāng)原邊電流發(fā)生瞬變時(shí)，測試線圈耦合產(chǎn)生的能量通過TVS管釋放。

責(zé)任編輯；zl