Прецизна цифрова интегрална схема - детектор за ток на утечка към земя

Томас Болц, Rutronik

Понастоящем дефектнотоковите защитни прекъсвачи се използват във всички електрически инсталации за осигуряване на безопасността както на цели инсталации, така и на отделни потребители. Тяхното използване се регулира от международния стандарт IEC 60601-1. Обикновено те работят на принципа на измерване на разликата между токовете във външните проводници на променливотокова система. При твърде голям ток на утечка през защитния проводник (PE и N) се активира аларма или се изключват веднага всички полюси на засегнатите електрически кръгове.

При нормална ситуация разпределението на тока във всички проводници е еднакво. В случай на неизправност, която се дължи на несиметрично разпределение на натоварването на проводниците или повреда на изолацията, се откриват разлики в токовете или токове на утечка от променливотоков тип, включително до трети хармоник (за потребители с нелинейни източници на захранване, газоразрядни лампи и др.) и/или във формата на последователност от постояннотокови импулси. Защитният прекъсвач трябва да установява сигурно това състояние на неизправност, за да активира надеждно изключване или аларма.

За тези приложения японският производител на интегрални схеми New Japan Radio (NJR) сега предлага цифровия детектор за ток на утечка към земя NJU9102/90102A. Той работи на принципа на измерване на разликата между токовете и открива както променливи, така и постоянни диференциални токове. Неговият АЦП с висока точност извършва цифрова обработка на сигналите на измерването на разликата между токовете от токов трансформатор с нулева последователност (ТТНП). При превишаване на зададената гранична стойност на тока на утечка в контролираната верига NJU9102 генерира кратък постояннотоков импулс на изхода SCRT (брояч на събитията), който задейства външен тиристор (SCR), за да се приведе в действие желаната реакция.

Чипът NJU9102 предлага уникална характеристика: той генерира активиращ импулс 60 ms след измерването на разлика, която превишава петкратно праговата стойност. При NJU9102A изходният сигнал се забавя с 1,75 ms и нивото на сработване е установено на ± 8,4 mV. Неговият АЦП започва да преобразува след сигнала PORb- (нулиране при подаване на захранването) след подаване на тактовия сигнал на системата, докато от извода на SRC не бъде подаден сигнал за грешка (H).

За измервания с висока точност при двата модела се използва прецизен цифров нискочестотен филтър от тип Sinc3 с коефициент на децимация 64. Неговата честота на отрязване с 3 dB е при 150 Hz за точно детектиране на променливотокови смущения до третия хармоник. Използваният АЦП е 14-битов делта-сигма преобразувател с честота на дискретизация 146,6 kHz.

При първото включване на токовия кръг, който се следи, детекторът извършва обход на всички пускови токове, при които има измерен пад на напрежението 9,6 V върху резистор. Елементът работи със захранващо напрежение от 4 V до 5,5 V. Диапазонът на неговата работна температура е от -40 до +105°C. И двата модела се предлагат в 8-изводен корпус DMP8 (не съдържа халогениди и отговаря на изискванията на RoHS II) и е подходящ за запояване по метода "спойка вълна".