LEM漏電流傳感器CTSR系列自檢功能淺析

：CTSR系列簡介

CTSR系列是LEM 在2011年發布的款用于漏電流的傳感器，該系列傳感器基于Fluxgate原理，目前可實現對300ma，600ma，1A漏電流的，可應用于光伏，電力等需要漏電流的行業。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。

由于漏電流涉及到因素，因此不但要測量的，同時也要器件本身是否正常。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，本文即闡述這功能的具體用法。

自檢的實現有2個別，簡單的自檢是對傳感器內部ASIC的，而*的自檢則是對整個傳感器輸出測試電流，進而漏電流傳感器的方式。

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：

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，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，將微器的IO口置為電平，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，當這過程持續過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：自檢功能用法

在CTSR系列中，只有幾個特定型號的產品具有自檢功能，這些產品的內部均帶有線圈。截至發稿為止有下面幾個型號：

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。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線圈驗證傳感器的。此時可以利用恒流源給線圈注入測試電流。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壓，因此電路中應該增加相關保護器件。

下圖是這功能的個測試示例，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。