來源:意法半導體博客
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),可能是當今市場上最小的晶閘管,工程師可以節約很大的電路板空間,同時讓工業應用具有 600 V 的斷態重復峰值電壓。此外,1.1 mm 的爬電距離滿足 UL 840規范的120 V AC無涂層絕緣要求。
為什么要設計工業 GFCI 和 AFCI?
關系生命安全的設計
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),因接觸有害物質或環境致死的 798 人中,觸電是第二大死因(152 人),僅次于接觸有害物質(551人)致死。簡而言之,觸電傷亡是工廠工人和在工業環境中工作的工人面臨的一個真實風險,尤其是在有水的情況下,風險程度非常高,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,使心臟驟停或引起呼吸窘迫。
預防觸電
為了保護人們用電安全,美國國家電氣法規開始要求在住宅設備中使用 GFCI斷路器,并于 2000 年出臺了高壓工業環境(480 V 至 600 V)法規。大多數人都熟悉斷路器中的傳統的 GFCI。該系統監視火線和零線的電流,以確定從插座流出的電流是否返回地線。如果兩條電線的電流相等,則一切正常。如果存在差異,系統就會認為電流向其他地方,例如,流經觸電的人體。在這種情況下,GFCI 就會使火線和零線之間的電路跳閘,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松動或過熱或電流流過意外物體引起的。所有這些事件都會產生高強度和大規模的溫度激增,如果不加以控制,將會引發電氣火災。腐蝕或液體也會導致電弧故障,在工業環境中,這可能造成嚴重后果。
讓工廠變得更智能
除了此類產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,實現自動化操作。當想要簡化設備維護時,斷路器遠程重置是一個非常有用的功能。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,考慮到產品的關鍵特性,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 GFCI 或 AFCI 中集成可控硅整流器,需要注意些什么?
柵極觸發電流
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注的SCR的第一個技術特性。過去,工業環境中的設備不能太靈敏,否則會導致誤跳閘,保護設備會認為存在故障,而實際上并沒有故障。究其原因,隨著設備使用的功率顯著增加,正常電流變化明顯高于住宅用設備。X0115ML 的柵極觸發電流范圍是 30 μA 至 150 μA,靈敏度足以適合各類應用,同時仍然符合工業環境標準。
浪涌峰值電壓
另一個關鍵指標是斷態浪涌峰值電壓,這是決定晶閘管魯棒性的關鍵指標。事實上,為了達到預期效果,尤其是在工業環境中,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,隨著智能電路中斷器市場激增,對電子元器件的需求日益提高,尺寸成為一個越來越重要的衡量指標。通常,工業 GFCI 和 AFCI用 SCR采用 SOT-223 封裝。因此,通過改用 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。