高安全系数的漏电保护器电路设计

1.漏电芯片电源部分

最新的国家标准GB16917.1-2014（带过载电流保护的漏电断路器标准）中规定，对于应用于三相四线制中的漏电保护器，当其中任意两相发生断相的故障且此时线路中存在漏电流，若该漏电流达到漏电保护器的整定动作电流值IΔn，那么漏电保护器必须可靠脱扣，能够发挥保护功能。针对这一标准，漏电保护器的整流部分，通常采用全桥整流就能满足要求，只要考虑整流二极管的反向耐压值能满足EMC方面的试验要求。若采用集成芯片如54123方案，那么芯片8脚需要并联钽电容和X7R封装电容，起到整流后滤波和抗高频干扰的作用，这样芯片54123才能工作在较理想的状态。同时国家标准GB16917.1-2014中规定了：若漏电保护器的整定漏电动作电流小于等于30mA，则该漏电保护器需要满足50V动作特性。

50V动作特性：当漏电保护器RCBO处于闭合位置时切断电源，RCBO不应分断；紧接着在电源端施加50V电压，对RCBO某一极突加IΔn，RCBO应脱扣。为了满足这个动作特性，就要合适的选择芯片54123的电源脚的降压电阻，使得当电源端电压为交流50V时，经过整流滤波之后芯片54123的电源电压在其数据手册规定范围内（最小值为12V，通常需要16V）。经过这两个步骤，应该说漏电集成芯片的电源端是比较理想的，如果PCB空间充足情况下还可在电源引脚和地之间并联一个稳压管。

2.可控硅触发部分

断路器三相同时通电时，经过全桥整流之后加在可控硅两端的直流电压超过500V，对单个可控硅的参数要求非常高，目前主流产品都是采用双硅串联的电路，以此降低单个可控硅两端的直流电压，提高可控硅触发电路的可靠性和稳定性。现有技术采用的双硅串联电路如下图所示，只是简单的把两个可控硅串联起来，当漏电IC芯片检测到漏电信号达到跳闸阈值时，跳闸信号输出引脚输出高电平，可控硅SCR2触发，继而可控硅SCR1触发，从而使得漏电断路器线圈脱扣。从图1可以看出，断路器正常通电情况下，整流之后的直流电压几乎全部加在可控硅SCR1上，SCR2并没有起到分担电压的作用。若可控硅SCR1性能参数不良被击穿时，线路中的高直流电压非常容易再次击穿可控硅SCR2，导致漏电断路器直跳异常现象的发生。这种线路对单个可控硅的参数性能要求依旧很高，并没有充分利用双硅串联的可靠性。因此，通过上述分析，漏电保护器可控硅触发部分的设计，最重要的是要使得两个串联的可控硅在漏电保护器正常通电时的承受电压比较均匀，这样才能充分发挥两个可控硅的作用，提高线路的整体耐压水平。最容易想到的就是通过电阻进行分压如下图所示，其中R3，R4电阻阻值要选择一样，根据可控硅SCR1的具体参数选择合适的R5，R6阻值，保证可控硅SCR2触发时可控硅SCR1能被可靠触发。当断路器正常通电时，经过整流之后的直流电压通过R3和R4构成的均分分压电路，可控硅SCR2视为阻值非常大的电阻，使得加在可控硅SCR1阴极上的电压几乎和触发极一样，同为阳极电压的一半。此时可控硅SCR2的阳极电压也就是可控硅SCR1阳极电压的一半，实现两个可控硅分担均分电压，即使单个可控硅的耐压参数不高，也能可靠的工作。当漏电IC芯片检测到漏电信号达到跳闸阈值时，跳闸信号输出引脚输出高电平，可控硅SCR2触发，此时可控硅SCR2的阳极电压接近于0，可控硅SCR1阳极电压经过电阻R3，R4，R5，R6构成的分压电路，以合适的电压加在触发极上，从而使得漏电断路器线圈脱扣。