1、本 科 生 毕 业 论 文文献综述与开题报告题目中文 M54133 漏电保护芯片的分析姓 名 学 号 指导教师 专业年级 电子科学与技术 0302 所在学院 信息学院 提交日期 2007.3.30 2一、题目： M54133 漏电保护芯片的分析 二、指导教师对文献综述和开题报告的具体内容要求：文献综述要求在阅读大量相关文献基础上，了解漏电保护器的应用场合，国内外发展现状，以及根据漏电保护器功能，动作时间不同等的分类情况。对现有芯片应用状况进行分析，找出优点和存在的问题，对发展趋势和研究方向作出基本推断，阐明课题的研究价值。开题报告要求分析漏电保护器的研究意义和背景，掌握分级保护的发展情况和不同
2、级应用范围，通过M54133芯片的datasheet掌握芯片的管脚分布，了解功能模块及互连关系，熟悉外围电路和应用波形。从集成电路工艺的角度出发，对版图提取原理做简单介绍，并提出研究方案以及合理的进度安排。指导教师（签名） 年 月 日3目 录一、文献综述 .41.1 漏电保护器简介 .41.2 漏电保护器分类 .41.2.1 根据动作方式分 .41.2.2 根据剩余电流保护器的功能分 .41.2.3 根据剩余电流保护器的使用场合分 .51.2.4 根据剩余电流保护器的动作时间分 .51.3 国内各种剩余电流保护器的性能及发展动向 .61.3.1 家用及类似用途剩余电流断路器 .61.3.2 剩
3、余电流断路器 .71.3.3 剩余电流继电器 .71.4 国外剩余电流保护器的发展动向 .71.4.1 家用及类似用途剩余电流断路器 .71.4.2 剩余电流断路器 .81.5 主要的问题 .8二、开题报告 .102.1 漏电保护器研究意义 .102.2 漏电保护器的分级保护 .102.3 M54133 的功能介绍 .112.4 版图提取原理 .152.5 研究方案 .172.6 进度安排 .18三、外文翻译 .19四、参考文献 .27五、翻译原文 .284一、文献综述1.1 漏电保护器简介随着人们生活水平提高，电器设备迅速增加，由于漏电导致直接或间接触电事故时有发生，严重危害了人们的健康，甚
4、至威胁生命。在电网中安装漏电保护器，可以预防人们用电中可能发生的触电事故，保护生命和财产安全，具有十分重大的意义。国际电工委员会将漏电电流规定为剩余电流，其准确的定义是：接地性故障电流。漏电保护器是当人体的可能接触的电压值超过了安全值或人体的触电电流及其他对地故障电流超过了允许值时，能够自动切断电源以保障人身和设备安全的电子设备。漏电保护器的准确名称是：剩余电流动作保护器 1。1.2 漏电保护器分类1.2.1 根据动作方式分 电磁式剩余电流保护器零序电流互感器的二次回路输出电压不经任何放大，直接激励剩余电流脱扣器，称为电磁式剩余电流保护器，其动作功能与线路电压无关。 电子式剩余电流保护器零序电
5、流互感器的二次回路和脱扣器之间接入一个电子放大线路，互感器二次回路的输出电压经过电子线路放大后再激励剩余电流脱扣器，称为电子式剩余电流保护器，其动作功能与线路电压有关。1.2.2 根据剩余电流保护器的功能分 剩余电流断路器剩余电流断路器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，使主电路触头断开的机械开关电器。剩余电流断路器带有5过载和短路保护,有的剩余电流断路器还可带有过电压保护。 剩余电流继电器剩余电流继电器是检测剩余电流，将剩余电流值与基准值相比较，当剩余电流值超过基准值时，发出一个机械开闭信号使机械开关电器脱扣或声光报警装置发出报警的电器。剩余电流继电器常和交
6、流接触器或低压断路器组成剩余电流保护器，作为农村低压电网的总保护开关或分支保护开关使用。 移动式剩余电流保护器移动式剩余电流保护器是由插头、剩余电流保护装置和插座或接线装置组成的电器，它包括剩余电流保护插头、移动式剩余电流保护插座、剩余电流保护插头插座转换器等，用来对移动电器设备提供漏电保护。 固定安装的剩余电流保护插座由固定式插座和剩余电流保护装置组成的电器，也可对移动电器设备提供漏电保护。1.2.3 根据剩余电流保护器的使用场合分 专业人员使用的剩余电流保护器这种剩余电流保护器一般额定电流比较大，作为配电装置中主干线或分支线的保护开关用，发生故障影响范围比较大，要求由专业人员来安装、使用和
7、维护。剩余电流继电器和大电流剩余电流断路器属于这种形式的剩余电流保护器。 家用和类似用途的剩余电流保护器用于商用、办公楼及城乡居民住宅等建筑物中的剩余电流保护器，一般额定电流比较小，作为终端电气线路的漏电保护装置，适合于非专业人员使用。主要是家用剩余电流断路器和移动式剩余电流保护器。61.2.4 根据剩余电流保护器的动作时间分 一般型剩余电流保护器无故意延时的剩余电流保护器，主要作为分支线路和终端线路的漏电保护装置。 延时型剩余电流保护器专门设计的对某一剩余动作电流值能达到一个预定的极限不动作时间的剩余电流保护器。延时型剩余电流保护器主要作为主干线或分支线的保护装置，可以与终端线路的保护装置配
8、合，达到选择性保护的要求 2。1.3 国内各种剩余电流保护器的性能及发展动向1.3.1 家用及类似用途剩余电流断路器家用及类似用途剩余电流断路器可分为带过电流保护和不带过电流保护两种，适合于非专业人员使用。主要使用在商店、办公楼、饭店及城乡居民住宅等建筑物中，对低压线路和用电设备进行保护。 带过电流保护的剩余电流动作断路器剩余电流保护附件和小型断路器的拼装可以在工厂完成，也可以在现场拼装，可以根据需要灵活地与小型断路器组合安装在配电箱中，特别适合于在终端电器配电箱及城乡居民住宅配电箱中使用。 不带过电流保护的剩余电流动作断路器这其中有一部分是在 80 年代初期或中期开发的额定电流为 10A 的
9、专门用于民用住宅的产品随着居民用电量的增加，市场在逐步萎缩。有些电子式家用剩余电流断路器，制造厂为降低成本，采用分立式的电子元件，把有关的抗干扰线路和保护线路省掉，采用低价元件和材料组装，成本降到 10 元左右或以下，使产品的可靠性、寿命及抗干扰性能极差，这种产品很难通过安全认证。但因7这种产品在有的时候通以剩余动作电流还能动作，容易对用户产生误导，在城乡电网改造中应引起重视。随着我国用电规范的完善和用电水平的提高，这类产品必将淘汰。1.3.2 剩余电流断路器由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，适合于专业人员使用。基本上都是电子式的剩余电流断路器。这类产品额定电流较大，除了漏电保护外，还具有
10、过载和短路保护，可作为工厂车间、农村等配电装置主干线、分支线的漏电和过载短路保护装置。1.3.3 剩余电流继电器包括一般型剩余电流继电器，脉冲型剩余电流继电器，鉴相鉴幅型剩余电流继电器，智能剩余电流保护继电器。此外还有移动式剩余电流保护器等 3。1.4 国外剩余电流保护器的发展动向1.4.1 家用及类似用途剩余电流断路器欧洲剩余电流保护器的发展以家用剩余电流断路器为主，基本上都是电磁式剩余电流断路器。欧洲不带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势是把二极和四极分成两个壳体，使二极剩余电流断路器的体积大为减小，采用标准导轨式安装方式，接线端子提供接线柱式接线和压板式接线两种方式，适用于安装在
11、配电箱中，可直接用标准母线排与其他电器连接。带过电流保护的剩余电流断路器近几年的发展趋势，由小型断路器和剩余电流动作保护附件组装成剩余电流动作断路器，组装方便灵活，尺寸模数化，标准导轨安装方式，便于在配电箱内安装使用动作时间除原有的一般型和 S 型（选择性型）外，还增加了 10ms 的短延时特性。具有良好的抗误动作能力，可防止闭合泄漏电流较大的负载（例如电容8性负载）时引起剩余电流断路器误动作。1.4.2 剩余电流断路器由低压塑壳断路器派生的剩余电流断路器，日本发展较快，以富土电机公司和三菱电机公司为代表，均为电子式剩余电流断路器，其产品在世界上处于领先地位。日本的富士电机公司和三菱电机公司在
12、 90 年代推出了 30800A 壳架电流等级的孪生式断路器。其结构特点：剩余电流断路器和塑壳式断路器外形尺寸和安装尺寸完全相同，比较老产品体积缩小了 30。电压范围广，可以在100V-240V-440V 交流电压范围内通用，能适合于在不同电压等级的低压网络中使用。短路分断能力高，例如富士 HG403B 系列可达到 AC415V，65kA；三菱NV400-REP 系列可达到 440V，125kA。此外，三菱的 HEP 和 SEP 系列产品还具有预报警功能，当故障电流达到预定值的 50时，预报警指示灯开始闪烁进行报警，闪烁频率越高，表示事故越严重。预警指示可以告诉监控人员及早采取措施，排除故障，
13、保证供电的连续性。ABB 公司在 S1S3 系列塑壳断路器上拼装 RC211、RC212 剩余电流脱扣器模块组装成剩余电流断路器。剩余电流脱扣器模块宽度与断路器尺寸一样，可以装在塑壳断路器后面（垂直式）或侧面（水平式） 。最大额定短路分断能力为85kA。剩余电流脱扣器结构为电磁式，不需要任何辅助电源，能在 50500V 电压正常工作。RC212 型还有报警功能，当剩余电流达到预定值的 50时，预报警信号灯就会闪烁报警；闪烁频率随剩余电流增加而增加，直至电流达到预定值时自动切断电路 4。1.5 主要的问题在低压供、配电系统中为了要构成一个合理完善的分级漏电保护网，在选用漏电保护器的动作特性时除了
14、要在额定漏电动作电流的大小上进行区分外，还必须在额定动作时间上进行区分，这样才能有效地避免各级漏电保护器发生同时动作或越级动作的误动作现象，从而保证整个系统工作的稳定性和协调性，并确保运行的可靠性和供电的连续性。现在市场上生产漏电保护器的厂家上百9家，类型繁多，结构不同，性能各异。在运行试验中发现，由于三级保护器使用了多家产品，动作电流值、分断时间难以上下匹配，误动现象时常发生。如对末、中级保护器作模拟试验时，引起总保护器动作的现象常常发生，扩大了停电范围，影响了安全、可靠地供电，也给管理带来很大麻烦。因此设计一种具有可编程的总级漏电保护器，扩大其使用范围，使其能够适应其它不同的中间级、末级漏
15、电保护器，在动作电流、动作时间上实现合理匹配是十分有必要的。同时，由于现有许多总级漏电保护器产品在抗外界干扰性能不佳，经常导致误动作，从而导致大范围面积停电的严重后果，因此设计一套具有较强抗干扰能力、合理匹配的漏电保护器也是具有很强的现实意义的 5。10二、开题报告2.1 漏电保护器研究意义现代的工业生产和家庭生活中，自动化程度越来越高，几乎处处离不开电器。由于疏忽而造成的各类触电事故严重危害了人们的健康甚至危及生命。保证用电安全，防止漏电引发的各类火灾，设备故障，人员伤亡成为不容忽视的问题。国家住宅设计规范明确规定：每栋住宅的总电源进线断路器应具有漏电保护功能。为此有必要设计一种自动防护设备
16、，当检测到有危险性的漏电流时可以自动断开，保护人们的人身财产安全。市场上应用广泛的总级漏电保护芯片的是日本三菱公司开发的M54133eGP芯片，它是一种具有延时功能的漏电开关控制芯片，其延时方式为RC延时，即其延时时间大小是由外接的电容来控制，其总体功能和性能都比较优良，因此我们有必要分析和借鉴它的优点，作为设计基础和参考依据。另一方面，M54133是十几年前采用双极工艺制造的，静态功耗偏高，不利于集成电路低功耗方向发展，采用RC延时不够精确，容易造成不同保护级动作时间的交叉，引起误动作，以及一些电路结构和功能已经不适应当前实际应用中的新情况，如缺少智能型的重合闸功能。我们可以通过电路提取分析，找出其中的不足，进行相应改进，完成新型设计 6。2.2 漏电保护器的分级保护随着经济的迅速发展和人民生活用电的急剧增长，对供电的可靠性、安全性的要求越来越高，要求漏电保护方式不能因一户发生事故而造成部分或全网停电。合理的配置漏电保护器，是防止人身触电伤亡事故和由漏电引起的电气火灾及电器设备损坏事故的技术措施，也是提高供电可靠性的重要手段。为此，漏电保护器必须合理的配置和科学的实施。现实际应用的漏电保护器根据使用场合和指标的不同，可分为总级保护，中间级保护和末级保护。漏电总级保护器应配置在配变的低压总电源侧，是全网的总保护，它应选
