今天是九月初五，过几天九是九月九。人生易老天难老，岁岁重阳。
祝天下所有老人幸福安康！福寿绵长!
本贴分为四个部分：
一、什么是接地故障断路器GFCI
二、小型漏电断路器介绍
三、适应美标UL943的控制芯片D4145介绍
四、拆AO史密斯热水器漏电保护插头
一、什么是接地故障断路器GFCI GFCI(全称Ground Fault Circuit Interrupter)，中文译名是接地故障断路器，通俗地说，就是漏电保护器。是一种用于监测电路中零线与火线电流差异的装置，当检测到漏电或接地故障时，会立即切断电源以防止电击事故。 上图为工作原理：GFCI通过持续监测电路中的零线和火线电流是否平衡。正常情况下，两者电流相等、方向相反；当火线电流异常增大（如人体触电导致火线直接接地），GFCI的电流传感器线圈在检测到电流不平衡时会产生小电流，该电流可被传感器电路检测并作出反应。一旦检测到的电流超过预设阈值，GFCI会在短短的三十分之一秒内迅速切断电路，即所谓的“跳闸”，反应速度比传统断路器快数倍。 GFCI正是通过感知这种电流差异来及时切断电路，从而避免触电事故的发生。若无GFCI保护，触电者可能遭受严重电击，甚至危及生命；而有了GFCI，电路在极短时间内被切断，触电者只会感受到轻微的电击，确保了安全。 NEC标准中，规定用于保护人员的住宅GFCI应在漏电流超过4至6mA时，在25毫秒内切断电路，以确保安全。而对于仅用于设备的插座，则约为30毫安。 要注意的是，GFCI主要针对的是防止电流从火线或零线流经人体并到达地面的触电情况，而非其他类型的触电。如果，当有人同时触摸火线和零线时，GFCI是无法有效区分电流路径，不能提供保护的。 尽管GFCI无需设备接地导线，但它们仍然能够检测到火线与零线之间的电流不平衡。因此，即使在没有第三线接地的情况下，GFCI仍然能够发挥其保护作用。 常见的漏电保护器是由空气开关与GFCI组成一体的，空气开关完成负载的断路与过载保护，GFCI完成漏电保护，我们经常把二者合在一起称为“漏保”。 下图就是“漏保”中的GFCI： 电路原理大概如下： 220V交流电源接入漏电开关电源入线端，合上联动开关手柄，联动开关SA闭合，220V交流电源经SA加至零序电流互感器U1。互感器穿过火线L和零线N，与次级（输出）同绕在一个磁环上。 在正常情况时：L、N电流大小相等方向相反，因此L、N磁通互相抵消，次级的磁通为零。互感器U1无感应电压输出。 调整电阻R3、抗干扰电容C1、C2、单向晶闸管D5组成的漏电检测电路无漏电信号，D5截止，脱扣继电器L1无电流流过，联动开关SA不动作，正常向负载送电。 当负载电路发生漏电时：一部分电流经火线泄入大地，这时L、N的电流不再相等，流过零序电流互感器U1的磁通不能抵消，互感器两端有感应电压，漏电检测电路的漏电信号，加到单向晶闸管D5的G极，触发D5导通，220V交流电源经整流桥D1～D4整流通过D5向L1送电。L1得电产生磁场吸动联动开关的脱扣，带动联动机构复位，在极短时间内使联动开关SA断开，停止向负载送电，从而起到漏电保护的作用。 LED为工作指示，正常时点亮，保护（开关SA断开）时熄灭。 SW1为试验按键，当按键按下时，L线与N线有约（220V/6K）37mA的电流差，以此强制D5触发导通，使联动开关断开。用以检查整体电路是否能正常工作。
二、漏电保护开关电路M54123 小型漏电断路器中常用的芯片是54123，M54123L是一款比较经典的芯片，由三菱电机半导体研发，在漏电保护器产品中得到了广泛的应用，国内外也有功能与非常之类似的多款芯片，如韩国IK Semicon的IL54123、台湾友顺科技 (UTC)的M54123L、上海复旦微电子集团 (FM)的VG54123L/P、浙江朗威微系统的LW54123。虽然国内品牌命名方式各不相同，但是都少不了关键字54123。 M54123的内部有稳压电路、放大电路、比较电路、锁存电路及驱动电路。 54123的8个引脚各个含义：1是输入参考，2是输入，3是地，4是运放输出，5是锁存器输入，6是干扰吸收，7是可控硅触发输出，8是电源。 使用也非常简单、方便，通过脱钩线圈、稳压管、阻容等简单的外围电路，即可实现漏电保护器的功能。 典型电路如下： 当漏电断路器所处配电线路没有漏电流时，流过零序电流互感器磁环的电流矢量和为零，磁环副边没有输出感应电压，即漏电芯片M54123的①脚和②脚不存在电压差，最终结果是⑦脚保持低电平状态，漏电断路器保持合闸状态； 当人体接触火线产生对地触电时，就有漏电流直接从火线流向大地，此时流过磁环的火线和零线电流矢量和不再为零，磁环副边有感应电压，M54123的①脚和②脚之间存在电压差，此电压差是正比于漏电流大小的，当①脚和②脚电压差达到M54123的预定值（标称6.1mV）时，最终结果就是⑦脚输出高电平，漏电断路器分闸，起到切断配电线路保护人身安全。 电路中，M541234的放大器输出④脚与⑤脚是直接连接的，而⑦脚是锁存输出，也就是说，当电路一但触发保护，⑦脚输出高电平后，由于锁存器的存在，就算没有了漏电流，电路依然被保护，直到M54123重新上电。从而确保用电安全。 实际应用电路如下： 供电是由桥式整流电路、R2、C4组成的整流降压滤波，为集成电路M54123提供工作电源。 220V交流电经过保护开关和电流互感器ZCT后输出至负载。 在正常情况下，电源火线和零线的瞬时电流大小相等、方向相反，在电流互感器的磁芯中所产生的磁通互相抵消，互感器上没有感应电流输出。 当发生漏电或触电时，由于火线和零线的瞬时电流大小不相等，它们在电流互感器的磁芯中所产生的磁通不能完全抵消，互感器有感应电流输出，通过RL转换为电压，输入到M54123中进行放大处理后，由⑦脚输出触发信号，使晶闸管SCR导通，脱扣线圈L得电，开关动作而切断交流220V市电。同时，M54123也断电。保护开关的结构为手动接通电磁驱动切断的脱扣开关，一旦动作便处于“断”的状态，故障排除后需要手动合上。 电流互感器可检测出毫安级的漏电电流。 K1为试验按钮。按下K1后，火线与零线之间通过5.1K的限流电阻形成一电流回路，该电流回路穿过了环形磁芯，这就人为地造成了环形磁芯中火线与零线电流的不平衡，模拟了漏电或触电的情况，使得保护开关动作。 注意：该漏电保护开关是基于漏电或触电时火线与零线电流不平衡的原理工作的，所以，当火线与零线之间漏电或触电发生在火线与零线之间时，此类漏电保护开关不起保护作用。
三、GFC接地故障控制芯片D4145 D4145是适用于北美地区UL943标准(5mA ,15% tolerance)的GFCI(Ground Fault Circuit Interrupter接地故障断路器)接地故障保护芯片，主要用于厨房、厕所用带GFCI功能的面板插座，保护开关等。 内部功能框图： 引脚功能 两线式应用原理图 工作原理（美标） 1.供电： 芯片供电取自市电110V交流电，经过整流桥DB1整流、C2滤波和电阻Rline(24K/1W)限电流电阻后，送至供电引脚Vs，内部4个6.5V的稳压二极管串联，配合外部的限流电阻将供电引脚电压稳定在26V； 2.感测放大器&窗口比较器基准电压获取： 从4个稳压二极管中间点取+13V出来作参考电压Vref并经过内部10K电阻R2送至感测放大器的同相输入端作参考，另6.5V/19.5V作内部窗口比较器的比较基准； 3.漏电信号感应及放大： a)零火线都穿过电流互感器，不漏电时，两者大小相等，方向相反，中和后电流为0，即达到线圈内电流平衡，电流互感器次级线圈感应电压为0；5脚通过内部4.7K电阻R3接地，所以不漏电时SCR端输出低电平； b)2脚可悬空，电流互感器次级接入3脚Vref和1脚Vfb，内部10K电阻R1作互感器的负载电阻，将互感器的感应电流转化成感应电压并在体现在Vfb引脚上，感测放大器放大同相、反相端的差值后送到窗口比较器进行比较，当负载火线漏电时，如果感测放大器的输出小于6.5V，或大于19.5V，窗口比较器输出高电平脉冲，驱动外部SCR工作导通； c)测试按钮按下时（漏电测试电阻Rtest要接在互感器外部），可以模拟漏电测试电路是否正常，有约110V/15K=7.3mA的电流是不经过感测变压器的，这样火线电流不等于零线电流，就会在感应变压器的次级产生感应电流，内部R1电阻10K将互感器的感应电流转化成感应电压并在体现在Vfb引脚上，由于次级线圈的一端接在稳定的13V的作基准，另一端通过C1耦合后到达1脚（7脚与1脚外部接反馈电阻）经过内部感测放大器放大后在7脚输出，当7脚电压超过13±6.5 V时，SCR驱动电路输出高电平触发外部SCR； 4.漏电灵敏度调试：7脚与1脚间的电阻Rsense为一级放大器（感测放大器）的反馈电阻，改变此电阻可以改变7脚的输出电压，达到改变触发灵敏度的目的，电阻越大，灵敏度越高；如需调节Rsense，应先施加所需的故障电流（UL943标准5mA），然后Rsense从小到达阻值调节，直到SCR端输出高电平时停止调试； 5.所用的可控硅SCR必须有高的dV/dt速率，去确保线路噪声（由噪声设备，例如钻床马达产生的噪声）不会虚假地触发可控硅。可控硅的门驱动需求必须小于200μA。Cf是噪声滤波电容，它防止窄脉冲触发可控硅； 6.若用于220V的交流市电环境，限流电阻Rline应取47kΩ/2W，测试电阻Rtest可适当增大。 四、探究AO史密斯热水器漏电保护插头 这个AO史密斯热水器用了十几年了，换了后留下了漏电保护插头，其实这个插头是新基德代工的。 拆开看看是什么原理。 （一）拆 外部四观。 拆开。 观察零火线走线，分别通过两个大触点向后级供电。 进线连接定触片、出线连接动触片，如下图： 保护地线也是进线连接定触片、出线连接动触片： 当保护（脱钩）后，三个触点都分开， 继续拆下复位按钮，脱扣继电器的两下焊点拆开， 焊开保护地线，取下脱扣器总成， 主板上连接着两个互感器，核心是一个SC4145的8脚集成块， 主板情况，下面那个绿色的氖泡已经很暗淡了，表面也有内部挥发物质。 主板另一面，有些元件编号被元件挡住了，重新标一下， 其他细节： 内部还有一个双金属片温控开关，在插头内部温度过高时可以断开负载， 零火线的触点因拉火变黑， 两边压动触片的压杆由于曾经过热面熔化， （二）脱扣部分 复位按钮的杆子上有一个凹槽，能卡住脱扣锁片， 在脱扣继电器内有一个小弹簧顶着的钢柱体， 正常情况下：弹簧顶着的钢柱将锁片插入复位按钮的凹槽里， 按钮带动压杆把两个动触片压下，触片接触，向负载送电； 保护时：脱扣线圈的磁力将弹簧顶着的钢柱吸回，锁片拉回， 按钮与压杆分离，两个动触片抬起，触片分开，负载断电。 脱扣线圈的工作如下： 过程如下 （三）修复安装 打磨触点 修复压杆 安装脱扣总成 将脱扣总成装回到主板 压杆压住动触片 安装按钮 检查保护地的触点已经闭合 检查零火线的触点已经闭合 装外壳 安装完毕 （四）电路原理 根据实物抄图如下： 正常情况下，市电经常闭开关送到负载。 橙色氖灯L1为接地异常指示，绿色氖灯L2为市电输出指示。 MOV为压敏电阻，防止零火线超压。 PB1是试验按键，检查电路是否能正常工作。 H1是温度开关，与试验按键并联，防止插头过热。 U4和U3分别是零火线的电流互感器和地线的电流互感器。 U1是控制核心，型号为SC4145。 可控硅SCR受控导通后，为脱扣线圈送电。 I)供电： 市电经过脱扣线圈⑧脚、⑦脚到达桥式整流，整流后的电压一路经过可控硅SCR，其导通可为脱扣线圈送电；另一路经R3限流、C4滤波，为U1供电。由于U1内有稳压管，最终将电压稳定在26V左右。 II)感侧放大： 放大器的同相输入端通过R2接参考电压（13V），其输出经过R4接到反相输入端，构成反向比例放大器，反相端通过R1也接到参考电压，此时，输出也为参考电压（13V）。 电流互感器的一端接参考电压，另一端接到放大器的反相端，当互感器没有输出时，放大器输出为13V的参考电压。 当互感器感应到零火线不平衡负载电流时，通过C1、R5耦合在R1上形成感应电压，放大器的放大倍数大约100倍（R4/R1），所以，当输入端的电压差超过±65mV时，输出端⑦的电压差也会超过±6.5V。 III）窗口比较 窗口比较是由两个运放组成的，上限的放大器反相输入端接19.5V参考电压，下限的放大器同相端接6.5V参考电压，上限同相和下限反相接到一起，连接感侧放大器的输出。 当感侧放大输出在6.5V到19.5V时，上限放大器输出为低电平、下限放大器输出也为低电平； 当感侧放大输出低于6.5V时，上限放大器输出为低电平、下限放大器输出为高电平； 当感侧放大输出高于19.5V时，上限放大器输出为高电平、下限放大器输出为低电平。 所以，当感侧放大输出低于低于6.5V或高于19.5V时，窗口比较器（⑤脚）输出为高电平。 IV）脱扣形成 当U1的⑤脚输出高电平，可控硅SCR导通，脱扣线圈加电，使钢柱拉动锁片缩回，压片抬起，动触片弹起，与定触片分离，负载供电断开，同时，U1也断电。只有手动按下复位按键，整个系统才能再次工作。 V）估算电流互感器匝比 由于窗口比较器相对13V的参考电压，需要±6.5V的电压能使进入保护，感侧放大器放大倍数为100，所以感侧放大输入的电压要超过（±6.5V/100=）65mV。此时，流过R1是电流为（65mV/10K=）65uA。电器给出的漏电动作电流是6mA，则电流互感器匝比为6mA/65uA=923。初步认为这个电流互感器匝比是1000:1。 VI）漏电流的调整 漏电流的调整实际是调整感侧放大器的放大倍数，而实际上也是通过调整R4来进行的。 理想情况下，不考虑元件的误差及传感变压器的性能，可以粗略用以下的放大公式进行计算： V7=R4*Isense/N 式中 V7是⑦脚相对于③脚（参考值）的电压， R4是从⑦脚连接到①脚的反馈电阻值， Isense是故障电流（安培有效值）， N是互感器匝数比。 当V7超过正或负6.5V是可控硅触发器输出将变高，触发外接的可控硅。 当漏电流为6mA、互感器匝比为1000时， R4=6.5V*1000/6mA=1.08MΩ。
谢谢观赏！ 祝坛友们天天开心！！
| 
IP归属地
雷达卡
发表于 
提帖卡
置顶卡
锁帖卡
解锁卡
显目卡
千斤顶
发表于 
