保護人身和設備安全的固體傳感開(kāi)關(guān)

內容提要
　　由美國雷通和泰勤達因兩家元件公司(Raytheon and Teledye Components)生產(chǎn)的溫度和電流感測IC的原理與應用，本文作了典型的介紹。泰勤達因公司的固體熱開(kāi)關(guān)IC取代了價(jià)格昂貴，對振動(dòng)敏感的雙金屬片溫度傳感器，雷通公司的IC器件探測漏泄電流5mA，并模壓成軟線(xiàn)裝置，是將進(jìn)入家庭，辦公室和工廠(chǎng)的保護人身和設備安全的產(chǎn)品。兩家產(chǎn)品的共同特點(diǎn)是體積小，價(jià)格低，每只在一美元左右。 溫度和電流感測IC是將進(jìn)入家庭，辦公室和工廠(chǎng)的產(chǎn)品。
　　正文
　　由美國雷能和泰勤達因元件公司制造的兩塊廉價(jià)芯片，有助于對電氣或電子設備的每個(gè)零件克服兩種固有的危險——水和高溫。泰勤達因IC是固體熱開(kāi)關(guān)新家族中最主要的成員，取代了通常使用在從咖啡工人到家庭加熱恒溫器范圍內應用的價(jià)格昂貴，對振動(dòng)敏感的雙層金屬片溫度傳感器。泰勤達因器件是一個(gè)小功率，兩線(xiàn)接地故障斷續(GFI)控制器。由于設計是為了使用在電吹風(fēng)機上，但它是能夠作為一個(gè)安全部件被利用在電吹風(fēng)一類(lèi)物品上。因為泰勤達因和雷通兩家IC的目的是為消費者提供價(jià)格低廉的產(chǎn)品：做到體積小，價(jià)格盡可能低。
　　泰勤達因IC中的SC620和TSC621兩者都是感測溫度的：TSC620用一個(gè)單片離子注入電阻，具有絕對精度為±30℃，而TSC621使用一個(gè)外部熱敏電阻。TSC620可以代替安裝在許多設備或馬達上的瞬時(shí)作用熱開(kāi)關(guān)，提供簡(jiǎn)單的通斷保護與/或控制等。這些IC運用的高低溫度，用戶(hù)可編程(用兩個(gè)電阻)設定值輸入，并且三個(gè)一組控制邏輯輸出。它們提供了一種簡(jiǎn)單的，而且是多用途的，多值溫度報警或控制系統。一只TSC620和不到兩打的廉價(jià)元件，可以制作一個(gè)完整的家庭用的加熱—冷卻恒溫器。

　　圖1，在芯片的溫度升高到規定的上下設定值的時(shí)候，泰勤達因元件公司生產(chǎn)的TSC620溫度感測開(kāi)關(guān)被編程感測。當它達到上設定值時(shí)，先使MOSFET接通，然后接通電風(fēng)扇。當它的溫度下降到下設定值時(shí)，使它關(guān)閉。
在每個(gè)程序設計輸入端和確定高、低溫度設定值的電源之間，分別連接一個(gè)90KΩ到200KΩ的電阻(圖1)。這兩個(gè)邏輯輸出端，下限和上限遵循下列的真值表：芯片(或外部的熱敏電阻)無(wú)論什么時(shí)候上升到由它們各自的電阻程序設計的溫度時(shí)，其下限和上限輸出端變高。即當溫度上升時(shí)，下限輸出首先變高，然后上限輸出才變高。在芯片(或熱敏電阻)溫度下降，大約低于它的程序設計值兩度時(shí)，限制輸出各自變低。在一種典型的應用中，當下限變高時(shí)，它能夠接通電風(fēng)扇并警告主人(人或硅)。如果溫度上升到足夠切斷上限的時(shí)候，系統可能停止工作并關(guān)閉警報。
　　當所感測的溫度上升到上設定值的時(shí)候，控制的邏輯輸出變高，而當它降落在下設定值以下時(shí)，控制的邏輯輸出變低。
　　不再電擊人！
　　雷通器件的工作原理是如果發(fā)生觸電事故，在不到24ms的時(shí)間內，切斷兩根交流線(xiàn)路。這就是說(shuō)它必須探測出5或10mA的漏泄電流(美國規定為5mA，歐洲規定為10mA)，并且在比工頻50或60Hz小2Hz時(shí)切斷線(xiàn)路。這兩種主要特性影響了電吹風(fēng)機的成本、設計和單獨投放市場(chǎng)的時(shí)間，為了探測和中斷接地故障的漏泄電流，RV4140從另一方面來(lái)解決：不需要更改現存的電吹風(fēng)機的設計，而在墻壁引出線(xiàn)和電吹風(fēng)機之間只需要一條兩根導線(xiàn)的線(xiàn)路(圖2)。

　　現在的解決辦法是從GFI到電吹風(fēng)機需要三根導線(xiàn)，這第三根導線(xiàn)連接到電吹風(fēng)機內部的金屬板上。這個(gè)金屬板和第三根導線(xiàn)增加了成本。這個(gè)金屬板對每個(gè)現存的和新設計的電吹風(fēng)機來(lái)講，兩者都需要重新設計，還需改變工裝，這樣就更進(jìn)一步增加了成本和設計時(shí)間。最后，每個(gè)新的設計和每個(gè)重新設計都必須由UL認證或重新認證，因此延長(cháng)投放市場(chǎng)的時(shí)間。
　　RV4140和它的電路消除了這類(lèi)問(wèn)題。它被塑造成軟線(xiàn)裝置，一旦取得認證就可以用來(lái)對任何一個(gè)電吹風(fēng)機或對任何一個(gè)其它設備連接。為了要更進(jìn)一步降低成本和尺寸，RV4140包含一個(gè)全波橋式整流器，必須把它外加到通用的GFIIC(包括雷通RV4145)。
　　探測器的核心部分是一個(gè)具有環(huán)形疊片鐵芯或實(shí)心鐵淦氧芯的電流互感器。接地故障在火線(xiàn)和零線(xiàn)電流之間產(chǎn)生差值。
　　放大、整流后的電流在腳I上產(chǎn)生一個(gè)誤差電壓。如果這個(gè)誤差電壓大于腳3上的參考電壓，比較器C關(guān)閉，并啟動(dòng)SCR，于是斷開(kāi)繼電器和到電吹風(fēng)機的電路。