自檢接地故障斷路器(GFCI) NCS37021技術解析與應用指南
安森美 (onsemi) NCS37021自檢接地故障斷路器（GFCI）是一款符合UL943標準的信號處理器，適用于GFCI應用，具備自檢功能。該器件集成靈活的電源系統(tǒng)（包含12V分流器、兩個3.3V內置串聯(lián)穩(wěn)壓器及1.8V內置穩(wěn)壓器）、差分故障檢測電路及零線接地檢測電路。安森美 (onsemi) NCS37021的自檢功能在啟動時進行監(jiān)控，之后每分鐘重復一次。
數(shù)據(jù)手冊；*附件：onsemi NCS37021自檢GFCI數(shù)據(jù)手冊.pdf
特性
- 符合UL943自檢GFCI要求
- 工作電壓范圍：4.0V至12V（在適當?shù)拇?lián)阻抗下，可適用于120VAC~~ 至480VAC~~ 電源輸入）
- 寬工作溫度范圍：-40 °C至+95 °C
- 低靜態(tài)電流
- 優(yōu)化電磁閥驅動策略（線圈在交流電源過零點附近不通電）
- 電源監(jiān)控器，用于驗證二極管橋的完整工作狀態(tài)
- 分級接地故障跳閘時間，增強抗噪能力
- 欠壓檢測功能可提升在較低AC輸入電壓下的運行能力
- 智能感應技術可區(qū)分接地故障與零線接地故障（防止誤跳閘）
- 16引腳QFN封裝
- 無鉛
簡化框圖
自檢接地故障斷路器(GFCI) NCS37021技術解析與應用指南?
1. 產品概述
NCS37021是一款符合UL943標準的自檢型接地故障斷路器信號處理器，該器件集成了靈活的電源系統(tǒng)（包括12V分流穩(wěn)壓器、兩個3.3V內部串聯(lián)穩(wěn)壓器和1.8V內部穩(wěn)壓器）、差分故障檢測電路以及接地中性線檢測電路，具備上電自檢和每分鐘周期性自檢功能。
1.1 主要特性
- 滿足UL943自檢GFCI要求
- 4.0-12V寬電壓工作范圍（配合適當串聯(lián)阻抗可支持120-480V交流電網）
- -40°C至95°C的寬工作溫度范圍
- 優(yōu)化的電磁線圈驅動（在交流電網過零附近不激勵線圈）
- 電源監(jiān)控器驗證全橋整流器工作
- 分級GF跳閘時間提高抗噪能力
- 欠壓檢測允許在較低交流輸入電壓下工作
- 智能感測區(qū)分接地故障與接地中性線故障（防止誤跳閘）
2. 電氣特性參數(shù)
2.1 極限參數(shù)
| 參數(shù) | 符號 | 數(shù)值 | 單位 |
|---|---|---|---|
| 電源電壓范圍 | Vs | 13.5 | V |
| 電源電流 | Is | 10 | mA |
| 輸入電壓范圍 | Vin | -0.3至3.6 | V |
| 最大結溫 | TJ(max) | 140 | °C |
| 存儲溫度范圍 | TSTG | -65至150 | °C |
| ESD人體模型 | ESDHBM | 2 | kV |
2.2 工作參數(shù)
- ?靜態(tài)電流?：1.3mA（典型值）
- ?RMS跳閘閾值電壓?：160mV（5mA時）
- ?SCR觸發(fā)電流?：4mA
- ?SCR觸發(fā)輸出電壓?：3.3V
- ?故障響應時間?：
- 5mA≤IDIFF<15mA：135ms
- 15mA≤IDIFF<30mA：70ms
- ≥30mA：20ms
3. 引腳功能詳解
3.1 關鍵引腳說明
? CTG (引腳1) ?：接地中性線電流互感器激勵
? CTS (引腳4) ?：差分電流輸入
? CTO (引腳5) ?：差分電流到電壓輸出
? IDF (引腳6) ?：差分低通濾波器/ADC輸入
? MLD (引腳10) ?：主電網電平/欠壓檢測器
? GFT (引腳15) ?：差分自檢輸出信號
? SCR (引腳16) ?：SCR柵極驅動信號
4. 自檢功能詳解
4.1 自檢時序
- ?首次自檢?：上電后1秒進行
- ?周期性自檢?：穩(wěn)定狀態(tài)下每分鐘執(zhí)行一次
- ?自檢失敗?：失敗后測試間隔加速至12個交流周期
4.2 自檢邏輯流程
- 在正相MLD期間使能GFT引腳約16ms
- 驗證8mA RMS的CT電流
- SCR陽極電壓通過SCM引腳預偏置至約3.3V
- 如果陽極電壓降至約2.1V以下，自檢周期被標記為通過
4.3 故障處理機制
- 連續(xù)7次自檢失敗將啟用SCR
- 首次自檢失敗后LED以4Hz頻率閃爍
- 自檢通過后恢復1分鐘檢測間隔
5. 典型應用電路設計
5.1 GFCI插座應用
?核心組件配置?：
5.2 電路斷路器應用（半橋電源）
與GFCI插座應用類似，但采用不同的電源拓撲結構，適應斷路器應用需求。
6. 設計注意事項
6.1 元件選型建議
- ?SCR?：建議使用Q1、Q2（NPN型）
- ?晶體管Q3?：推薦MMBT6517LT1-D
- ?二極管?：全部采用1N4007
- ?電容C4?：56nF（抗混疊濾波器，140Hz拐角頻率）
6.2 關鍵參數(shù)設置
- ?MLD電流限制電阻R2?：1MΩ
- ?GN靈敏度設置?：電阻R6（0-10Ω）
- ?自檢電流控制?：電阻R8：15kΩ
7. 應用領域
- ?GFCI插座?
- ?負載面板GFCI斷路器?
- ?在線GFCI電路（電源線）
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