剩余電流檢測器 (RCD) 或剩余電流斷路器 (RCCB) 在建立備用接地路徑時檢測泄漏電流。RCD 通過斷開電路將電源與泄漏路徑隔離。與保險絲不同，這些類型的斷路器可以重置和重復使用。它們在保護人員和設備方面發(fā)揮著重要作用。

在這篇文章中，我將回顧 RCD 的漏電流檢測和跳閘要求，以及如何將超低功耗電壓監(jiān)控器或復位 IC 用作漏電流檢測器。我還將解釋電壓監(jiān)控器如何使中壓斷路器受益，例如使用微控制器的空氣斷路器 (ACB) 和塑殼斷路器 (MCCB)。

使用電壓監(jiān)控器作為漏電流閾值檢測器

當故障設備或人無意接觸線路建立備用路徑時，會發(fā)生泄漏電流，從而形成接地的備用路徑。由于長時間暴露于高泄漏電流會對身體造成傷害，因此 RCD 設計為可響應低至 5 mA 的電流，一直到 500 mA。如國際電工委員會TS60479-1標準所述，人體暴露在50mA下200ms會出現(xiàn)肌肉收縮；暴露時間超過 3 秒會增加心室顫動的可能性。

RCD 通過感測有源線路和中性線電流之間的差異來檢測漏電流。如果線路電流和零線電流不平衡并且漏電流超過預定閾值，則斷路器跳閘，中斷和隔離電源。RCD 設備可以分為三個主要階段。首先是感測階段，在此期間漏電傳感器感測漏電流。在第二階段，檢測電路設置漏電流閾值。在最后的第三階段，螺線管繼電器跳閘打開開關以將泄漏源與泄漏源隔離。

過去，使用機電設備作為檢測電路來設置漏電流閾值?，F(xiàn)代 RCD 使用集成電路（如電壓監(jiān)控器）來提高檢測泄漏電流和驅動螺線管繼電器的準確性和響應時間。

圖 1 顯示了 TI 的TPS3840電壓監(jiān)控器如何檢測泄漏電流。在本例中，差動電流互感器或零相電流互感器等漏電傳感器由電流源表示。對于電流檢測電路，使用電阻分壓器將輸入電流轉換為電壓，然后由 TPS3840 檢測。TPS3840 集成了一個精確的參考電壓帶隙和電壓比較器。觸發(fā)點在出廠時由一次性非易失性存儲器 (OTP) 精確編程，電壓閾值可在 1% 典型精度范圍內設置為 1.6 V 至 4.9 V。

當 VDD 引腳上的電壓上升到閾值以上時，RESET 引腳拉高以中斷微控制器或驅動螺線管繼電器。此外，可以使用單個外部電容器延長 RESET 響應時間，以滿足基于漏電流幅度的不同 RCD 響應時間。

圖 1：漏電流檢測器的電壓監(jiān)控器

· 

快速上電和可編程響應時間。當電壓監(jiān)控器從零輸入電壓上升到跳變點或閾值電壓以上時，它需要一定的時間來啟動和反應。斷路器需要快速檢測漏電流水平，并根據漏電流水平和持續(xù)時間靈活配置跳閘響應時間，以避免瞬態(tài)引起的誤跳閘。憑借 200 μs 的啟動時間，TPS3840 可以快速響應。

· 

· 

超低輸入電流。在圖 1 中，監(jiān)控器 IC (VDD) 的電源引腳與輸入信號監(jiān)控引腳 (SENSE) 相同。由于它由輸入信號供電，電壓監(jiān)控器應具有高輸入阻抗，以最大限度地減少分壓器 (I DIV )上的誤差 (I IN )。TPS3840 電壓監(jiān)控器消耗超低電流，典型 I Q為 350 nA，

· 

· 

低V OL 的低 V POR。V POR是受控輸出狀態(tài)所需的最小輸入電壓。當 V IN < V POR 時，輸出跟蹤輸入并可能觸發(fā)繼電器。V POR應盡可能低，以便在繼電器的啟用電壓電平和電壓監(jiān)控器低輸出電壓電平 (V OL )之間提供一個裕度。TPS3840 推挽式低電平有效版本具有低 V POR和300 mV的 V OL以避免錯誤復位。

· 

使用電壓監(jiān)控器作為微控制器電源電壓監(jiān)控

圖 2 顯示了 ACB 和 MCCB 參考設計的框圖，這些斷路器需要微控制器來處理捕獲的數據以檢測過流和接地電流故障。LM8364 或 TPS3840 等低 I Q電壓監(jiān)控器可以監(jiān)控電源軌。該TPS3840 具有更寬的操作溫度范圍和較低的I Q比LM8364。

如果電壓監(jiān)控器集成在微控制器中，則建議使用外部看門狗定時器。外部看門狗通過定期檢測微控制器通用輸入/輸出引腳發(fā)送的脈沖來幫助確保微控制器不會鎖存。如果軟件出現(xiàn)故障并且錯過了一個脈沖，外部看門狗定時器將復位微控制器。

TPS3430 可編程看門狗定時器是一個不錯的選擇，因為它提供可編程看門狗超時和復位時間延遲，以滿足任何微控制器的時序要求。如果需要增強可靠性，則應同時實施電壓監(jiān)控器和看門狗，TPS3823 集成看門狗和電壓監(jiān)控器是一個不錯的選擇，提供固定閾值和看門狗超時選項。

圖 2：用于斷路器應用的信號處理子系統(tǒng)和基于電流輸入的（ACB/MCCB） 參考設計框圖

電壓監(jiān)控器不僅可以監(jiān)控微控制器的電壓供應以確保正常運行，還可以用作漏電流檢測器，從而幫助改進我們的斷路器設計。