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智能斷路器開(kāi)發(fā)首選SCR:超小尺寸,支持750V浪涌峰壓

作者: 時(shí)間:2023-11-23 來(lái)源:意法半導(dǎo)體博客 收藏


本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/202311/453232.htm

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X0115ML是ST為接地故障斷路器 (GFCI) 和電弧故障斷路器(AFCI)設(shè)計(jì)的首款斷態(tài)浪涌峰值電壓750 V的緊湊型可控硅整流器(),SOT23-3L微型封裝 (2.75 mm x 3.10 mm),可能是當(dāng)今市場(chǎng)上最小的晶閘管,工程師可以節(jié)約很大的電路板空間,同時(shí)讓工業(yè)應(yīng)用具有 600 V 的斷態(tài)重復(fù)峰值電壓。此外,1.1 mm 的爬電距離滿足 UL 840規(guī)范的120 V AC無(wú)涂層絕緣要求。

為什么要設(shè)計(jì)工業(yè) GFCI 和 AFCI?

關(guān)系生命安全的設(shè)計(jì)

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斷路器

根據(jù)美國(guó)勞工統(tǒng)計(jì)局 2021 年致死工傷調(diào)查(在冊(cè)最新一年的數(shù)據(jù)),因接觸有害物質(zhì)或環(huán)境致死的 798 人中,觸電是第二大死因(152 人),僅次于接觸有害物質(zhì)(551人)致死。 簡(jiǎn)而言之,觸電傷亡是工廠工人和在工業(yè)環(huán)境中工作的工人面臨的一個(gè)真實(shí)風(fēng)險(xiǎn),尤其是在有水的情況下,風(fēng)險(xiǎn)程度非常高,即使是 10 mA 的“小”電流也能引起嚴(yán)重的休克,而 50 mA 足以引起肌肉收縮,使心臟驟?;蛞鸷粑狡?。

預(yù)防觸電

為了保護(hù)人們用電安全,美國(guó)國(guó)家電氣法規(guī)開(kāi)始要求在住宅設(shè)備中使用 GFCI斷路器,并于 2000 年出臺(tái)了高壓工業(yè)環(huán)境(480 V 至 600 V)法規(guī)。大多數(shù)人都熟悉斷路器中的傳統(tǒng)的 GFCI。該系統(tǒng)監(jiān)視火線和零線的電流,以確定從插座流出的電流是否返回地線。如果兩條電線的電流相等,則一切正常。如果存在差異,系統(tǒng)就會(huì)認(rèn)為電流向其他地方,例如,流經(jīng)觸電的人體。在這種情況下,GFCI 就會(huì)使火線和零線之間的電路跳閘,中斷電流。

預(yù)防電氣火災(zāi)

另一方面,AFCI 監(jiān)測(cè)電弧形狀和電弧幅度,檢測(cè)危險(xiǎn)情況,防止發(fā)生電氣火災(zāi)。 因此,AFCI 的電子設(shè)計(jì)比 GFCI 更加復(fù)雜。電弧故障可能是由電線松動(dòng)或過(guò)熱或電流流過(guò)意外物體引起的。所有這些事件都會(huì)產(chǎn)生高強(qiáng)度和大規(guī)模的溫度激增,如果不加以控制,將會(huì)引發(fā)電氣火災(zāi)。腐蝕或液體也會(huì)導(dǎo)致電弧故障,在工業(yè)環(huán)境中,這可能造成嚴(yán)重后果。

讓工廠變得更智能

除了此類產(chǎn)品適用的國(guó)家法規(guī)之外,制造商還設(shè)計(jì)更智能的 GFCI 和 AFC,將其連接到云端,收集更多的用電數(shù)據(jù),實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化操作。當(dāng)想要簡(jiǎn)化設(shè)備維護(hù)時(shí),斷路器遠(yuǎn)程重置是一個(gè)非常有用的功能。然而,這些功能需要更多的電子元器件,例如,微控制器、射頻收發(fā)器、傳感器等。因此,新的GFCI 和 AFCI 必須封裝更多的組件,但是電路板尺寸必須保持不變,這意味著工程師必須尋找更小的組件,才能提高總體設(shè)計(jì)密度。然而,考慮到產(chǎn)品的關(guān)鍵特性,他們不能為了更小的封裝而犧牲器件性能及穩(wěn)定可靠性。

X0115ML,在工業(yè) GFCI 或 AFCI 中集成可控硅整流器,需要注意些什么?

柵極觸發(fā)電流

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X0115ML的標(biāo)記符號(hào)

是GFCI 或 AFCI 的核心組件,柵極靈敏度是許多人關(guān)注的的第一個(gè)技術(shù)特性。過(guò)去,工業(yè)環(huán)境中的設(shè)備不能太靈敏,否則會(huì)導(dǎo)致誤跳閘,保護(hù)設(shè)備會(huì)認(rèn)為存在故障,而實(shí)際上并沒(méi)有故障。究其原因,隨著設(shè)備使用的功率顯著增加,正常電流變化明顯高于住宅用設(shè)備。X0115ML 的柵極觸發(fā)電流范圍是 30 μA 至 150 μA,靈敏度足以適合各類應(yīng)用,同時(shí)仍然符合工業(yè)環(huán)境標(biāo)準(zhǔn)。

浪涌峰值電壓

另一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo)是斷態(tài)浪涌峰值電壓,這是決定晶閘管魯棒性[RC1]的關(guān)鍵指標(biāo)。事實(shí)上,為了達(dá)到預(yù)期效果,尤其是在工業(yè)環(huán)境中,SCR 必須能夠應(yīng)對(duì)非常高的尖峰電壓。傳統(tǒng)上,大功率系統(tǒng)器件的斷態(tài)浪涌峰值電壓是700 V,而 X0115ML 則升至 750 V。因此,工程師可以享受更大的電壓安全裕量,并可以在更多設(shè)備中使用 ST 器件。此外,我們還提供了更強(qiáng)的 EMI 保護(hù)措施,以提高其在使用壽命內(nèi)的魯棒性。

封裝尺寸與整體尺寸

最后,隨著智能電路中斷器市場(chǎng)激增,對(duì)電子元器件的需求日益提高,尺寸成為一個(gè)越來(lái)越重要的衡量指標(biāo)。通常,工業(yè) GFCI 和 AFCI用 SCR采用 SOT-223 封裝。因此,通過(guò)改用 SOT-23-3L封裝,我們可以將器件整體占板面積減少到標(biāo)準(zhǔn)封裝的五分之一,而不會(huì)影響性能或 UL 840 要求。X0115ML 甚至比X0115MUF, 還要小,后者具有相同的柵極觸發(fā)電流和直接浪涌電壓,不同的是采用5.6 mm x 3.05 mm 的 SMBflat-3L 封裝。


 [RC1]還是翻譯成穩(wěn)健性?



關(guān)鍵詞: 智能斷路器 SCR

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