智能斷路器開(kāi)發(fā)首選SCR:超小尺寸,支持750V浪涌峰壓

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

為什么要設計工業(yè) GFCI 和 AFCI？

關(guān)系生命安全的設計

斷路器

根據美國勞工統計局 2021 年致死工傷調查（在冊最新一年的數據），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(chǎng)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，尤其是在有水的情況下，風(fēng)險程度非常高，即使是 10 mA 的“小”電流也能引起嚴重的休克，而 50 mA 足以引起肌肉收縮，使心臟驟?；蛞鸷粑狡?。

預防觸電

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

預防電氣火災

另一方面，AFCI 監測電弧形狀和電弧幅度，檢測危險情況，防止發(fā)生電氣火災。 因此，AFCI 的電子設計比 GFCI 更加復雜。電弧故障可能是由電線(xiàn)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)生高強度和大規模的溫度激增，如果不加以控制，將會(huì )引發(fā)電氣火災。腐蝕或液體也會(huì )導致電弧故障，在工業(yè)環(huán)境中，這可能造成嚴重后果。

讓工廠(chǎng)變得更智能

除了此類(lèi)產(chǎn)品適用的國家法規之外，制造商還設計更智能的 GFCI 和 AFC，將其連接到云端，收集更多的用電數據，實(shí)現自動(dòng)化操作。當想要簡(jiǎn)化設備維護時(shí)，斷路器遠程重置是一個(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(zhù)工程師必須尋找更小的組件，才能提高總體設計密度。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

X0115ML的標記符號

SCR是GFCI 或 AFCI 的核心組件，柵極靈敏度是許多人關(guān)注的SCR的第一個(gè)技術(shù)特性。過(guò)去，工業(yè)環(huán)境中的設備不能太靈敏，否則會(huì )導致誤跳閘，保護設備會(huì )認為存在故障，而實(shí)際上并沒(méi)有故障。究其原因，隨著(zhù)設備使用的功率顯著(zhù)增加，正常電流變化明顯高于住宅用設備。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(lèi)應用，同時(shí)仍然符合工業(yè)環(huán)境標準。

浪涌峰值電壓

另一個(gè)關(guān)鍵指標是斷態(tài)浪涌峰值電壓，這是決定晶閘管魯棒性^[RC1]的關(guān)鍵指標。事實(shí)上，為了達到預期效果，尤其是在工業(yè)環(huán)境中，SCR 必須能夠應對非常高的尖峰電壓。傳統上，大功率系統器件的斷態(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，并可以在更多設備中使用 ST 器件。此外，我們還提供了更強的 EMI 保護措施，以提高其在使用壽命內的魯棒性。

封裝尺寸與整體尺寸

最后，隨著(zhù)智能電路中斷器市場(chǎng)激增，對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。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準封裝的五分之一，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]還是翻譯成穩健性？