保护人身和设备安全的固体传感开关

 

 

 

　　内容提要
　　由美国雷通和泰勤达因两家元件公司(Raytheon and Teledye Components)生产的温度和电流感测IC的原理与应用，本文作了典型的介绍。泰勤达因公司的固体热开关IC取代了价格昂贵，对振动敏感的双金属片温度传感器，雷通公司的IC器件探测漏泄电流5mA，并模压成软线装置，是将进入家庭，办公室和工厂的保护人身和设备安全的产品。两家产品的共同特点是体积小，价格低，每只在一美元左右。 温度和电流感测IC是将进入家庭，办公室和工厂的产品。
　　正文
　　由美国雷能和泰勤达因元件公司制造的两块廉价芯片，有助于对电气或电子设备的每个零件克服两种固有的危险——水和高温。泰勤达因IC是固体热开关新家族中最主要的成员，取代了通常使用在从咖啡工人到家庭加热恒温器范围内应用的价格昂贵，对振动敏感的双层金属片温度传感器。泰勤达因器件是一个小功率，两线接地故障断续(GFI)控制器。由于设计是为了使用在电吹风机上，但它是能够作为一个安全部件被利用在电吹风一类物品上。因为泰勤达因和雷通两家IC的目的是为消费者提供价格低廉的产品：做到体积小，价格尽可能低。
　　泰勤达因IC中的SC620和TSC621两者都是感测温度的：TSC620用一个单片离子注入电阻，具有绝对精度为±30℃，而TSC621使用一个外部热敏电阻。TSC620可以代替安装在许多设备或马达上的瞬时作用热开关，提供简单的通断保护与/或控制等。这些IC运用的高低温度，用户可编程(用两个电阻)设定值输入，并且三个一组控制逻辑输出。它们提供了一种简单的，而且是多用途的，多值温度报警或控制系统。一只TSC620和不到两打的廉价元件，可以制作一个完整的家庭用的加热—冷却恒温器。

　　图1，在芯片的温度升高到规定的上下设定值的时候，泰勤达因元件公司生产的TSC620温度感测开关被编程感测。当它达到上设定值时，先使MOSFET接通，然后接通电风扇。当它的温度下降到下设定值时，使它关闭。
在每个程序设计输入端和确定高、低温度设定值的电源之间，分别连接一个90KΩ到200KΩ的电阻(图1)。这两个逻辑输出端，下限和上限遵循下列的真值表：芯片(或外部的热敏电阻)无论什么时候上升到由它们各自的电阻程序设计的温度时，其下限和上限输出端变高。即当温度上升时，下限输出首先变高，然后上限输出才变高。在芯片(或热敏电阻)温度下降，大约低于它的程序设计值两度时，限制输出各自变低。在一种典型的应用中，当下限变高时，它能够接通电风扇并警告主人(人或硅)。如果温度上升到足够切断上限的时候，系统可能停止工作并关闭警报。
　　当所感测的温度上升到上设定值的时候，控制的逻辑输出变高，而当它降落在下设定值以下时，控制的逻辑输出变低。
　　不再电击人！
　　雷通器件的工作原理是如果发生触电事故，在不到24ms的时间内，切断两根交流线路。这就是说它必须探测出5或10mA的漏泄电流(美国规定为5mA，欧洲规定为10mA)，并且在比工频50或60Hz小2Hz时切断线路。这两种主要特性影响了电吹风机的成本、设计和单独投放市场的时间，为了探测和中断接地故障的漏泄电流，RV4140从另一方面来解决：不需要更改现存的电吹风机的设计，而在墙壁引出线和电吹风机之间只需要一条两根导线的线路(图2)。

　　现在的解决办法是从GFI到电吹风机需要三根导线，这第三根导线连接到电吹风机内部的金属板上。这个金属板和第三根导线增加了成本。这个金属板对每个现存的和新设计的电吹风机来讲，两者都需要重新设计，还需改变工装，这样就更进一步增加了成本和设计时间。最后，每个新的设计和每个重新设计都必须由UL认证或重新认证，因此延长投放市场的时间。
　　RV4140和它的电路消除了这类问题。它被塑造成软线装置，一旦取得认证就可以用来对任何一个电吹风机或对任何一个其它设备连接。为了要更进一步降低成本和尺寸，RV4140包含一个全波桥式整流器，必须把它外加到通用的GFIIC(包括雷通RV4145)。
　　探测器的核心部分是一个具有环形叠片铁芯或实心铁淦氧芯的电流互感器。接地故障在火线和零线电流之间产生差值。
　　放大、整流后的电流在脚I上产生一个误差电压。如果这个误差电压大于脚3上的参考电压，比较器C关闭，并启动SCR，于是断开继电器和到电吹风机的电路。