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LEM漏電流傳感器CTSR系列自檢功能淺析
一：CTSR系列簡介 CTSR系列是LEM 在2011年發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，目前可實現對300ma，600ma，1A漏電流的檢測，可應用于光伏，電力等需要漏電流檢測的行業。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。基于這個原因，LEM在該系列產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。 自檢的實現有2個級別，簡單的自檢是對傳感器內部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，將微控制器的IO口置為高電平，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，當這一過程持續超過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品具有全面自檢功能，這些產品的內部均帶有檢測線圈。截至發稿為止有下面幾個型號：
檢測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檢測。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標準中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高壓，因此電路中應該增加相關保護器件。 下圖是這一功能的一個測試示例，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，當原邊電流發生瞬變時，測試線圈耦合產生的能量通過TVS管釋放。
關于LEM 萊姆作為電量傳感器領域的市場先導者，為客戶提供創新的技術和高質量的電量測量解決方案。其核心產品為電流電壓傳感器，可廣泛應用于驅動與焊接、可再生能源與電源、鐵路與軌道交通、高精度、傳統汽車與新能源汽車等業務領域。萊姆的戰略在于發揮其核心業務固有優勢的同時，開發新的應用領域并在新的市場中尋求發展機遇。萊姆作為一家中等規模的化公司，在北京（中國）、日內瓦（瑞士）、町田（日本）、哥本哈根（丹麥）設有生產中心，各地的銷售辦事處能夠為客戶提供周到的服務。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，在各地區設有銷售辦事處，為中國客戶提供化的無縫服務。 |
