ZHCUDL3 December   2025

 

  1.   1
  2.   说明
  3.   资源
  4.   特性
  5.   应用
  6.   6
  7. 1系统说明
    1. 1.1 术语
    2. 1.2 主要系统规格
  8. 2系统概述
    1. 2.1 方框图
    2. 2.2 设计注意事项
      1. 2.2.1 传感器选择
    3. 2.3 重点产品
      1. 2.3.1 TLV387
      2. 2.3.2 TLV9054
      3. 2.3.3 MSPM0G5187-LP
      4. 2.3.4 LOG300
      5. 2.3.5 UCC28881
      6. 2.3.6 TPS709
  9. 3系统设计原理
    1. 3.1 电流传感器
    2. 3.2 混合积分器
    3. 3.3 带通滤波器
      1. 3.3.1 对数放大器
      2. 3.3.2 电流低通滤波器
      3. 3.3.3 非隔离式电压检测
      4. 3.3.4 自动标记电路
        1. 3.3.4.1 线路电压检测
        2. 3.3.4.2 电弧间隙电压检测
        3. 3.3.4.3 差分至单端转换
      5. 3.3.5 电源
  10. 4硬件、软件、测试要求和测试结果
    1. 4.1 硬件要求
    2. 4.2 软件
    3. 4.3 测试设置
      1. 4.3.1 电弧测试装置
    4. 4.4 测试结果
  11. 5设计和文档支持
    1. 5.1 设计文件
      1. 5.1.1 原理图
      2. 5.1.2 BOM
    2. 5.2 工具与软件
    3. 5.3 文档支持
    4. 5.4 支持资源
    5. 5.5 商标
  12. 6作者简介

2.2.1 传感器选择

断路器必须对电路支路布线提供保护。电流传感器是实现这一保护的主要方式。实现该保护最简单的方法就是测量输入支路电流。

电弧故障检测可采用电压、电流、光传感器，或这些传感器的组合。电弧特征决定了电弧检测的传感器选型。电弧特征是指电弧特有的数据特征。对目标频率进行滤波可放大这些特征。快速傅里叶变换 (FFT) 等常见的 DSP 技术也可增强信号特征。

最终应用会带来额外的要求。断路器通常会中断 10,000A 的电流。电弧故障断流器可阻止 5A 至 500A 的电弧。电弧信号产生的频率可高达 10MHz 及以上。成本、尺寸、可制造性、线性度和温度稳定性均会影响传感器选型。

对电弧电流数据的分析表明，电弧属于时变粉红噪声。这会产生宽频谱。图 2-3 将此在 FFT 上展示为一条竖直线，且该信号会随频率升高而衰减。检测需在 MHz 级频率下进行。幅值随时间及频率呈随机变化特性。

交流电弧存在一段电压持续上升、电流却保持零值的阶段。电弧间隙电压必须达到足够幅值，方可使间隙内的空气发生电离。相较于测量电压，测量电流可通过捕捉这一电流断续特征，获取更显著的电弧特征。断路器标准 UL1699 规定了电弧放电的电流阈值。综合上述因素，电流传感器在支路电弧检测应用中具备显著技术优势。

电压检测方案则在其他应用场景中更具优势。电压的动态范围界定更窄。这使得滤波与 DSP 的要求更简单。光传感器不适用于本应用场景。电弧检测必须覆盖整个电路的任意位置。

TIDA-010971 真空负载下电弧频谱随时间的变化情况图 2-3 真空负载下电弧频谱随时间的变化情况
TIDA-010971 真空负载下 40 ms 时段内的 MHz 级电弧频谱图 2-4 真空负载下 40 ms 时段内的 MHz 级电弧频谱

本方案考量的电流传感器类型包括电流互感器、罗氏线圈及分流器。

表 2-1 电流传感器对比
电流传感器 优点 缺点
分流器 体积紧凑、低成本、高带宽 易受温度影响、无电气隔离设计、需耐受 10,000A 大电流
CT 具备电气隔离能力、灵敏度良好、饱和特性会限制感应电压 体积较大、实现高带宽需付出较高成本
罗氏线圈 高带宽、对电弧频段灵敏度高、集成至 PCB 时体积小巧、成本低 需配套积分器使用、对低频信号灵敏度低