Type B型IC-CPD中漏電流檢測元件的EMC問題的考慮

隨著電動汽車的普及,電動汽車充電的安全規(guī)范也越來越嚴(yán)格,眾所周知,電動汽車充電一共有四種模式, 模式一由于不能提供有效的保護(hù)已經(jīng)被明令禁止;模式二是在模式一基礎(chǔ)上,在充電纜線上配備一個保護(hù)盒(IC-CPD),產(chǎn)生故障電流時(shí)可以進(jìn)行顯示、保護(hù);模式三即以交流充電樁的方式充電;模式四即以直流充電樁的方式充電。

以模式二為例,為了保證充電過程的安全,很多整車廠尤其是國外車廠和國內(nèi)合資車廠,都要求能夠?qū)χ绷?mA的漏電進(jìn)行保護(hù),依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)IEC 62752-2016。傳統(tǒng)的漏電檢測技術(shù)無法實(shí)現(xiàn)直流6mA的檢測,MAGTRON公司的RCMU系列漏電傳感器能夠滿足這一要求,并能檢測到其他各種可能產(chǎn)生的復(fù)雜波形漏電(Type B型漏電)。

圖1 電動汽車充電四種模式

同時(shí),電動汽車模式二充電的纜上控制保護(hù)器(IC-CPD)屬于交流慢充,可以利用低谷電價(jià)時(shí)段充電,IC-CPD主要是滿足在不適合安裝充電樁的車庫以及作為一種備用充電方式,原則上每輛電動汽車乘用車都需要配備一臺,使用場景不像充電樁那樣是固定的,可能是在車庫里,也可能是有插座的任何地方,所以它面對的電磁環(huán)境會更加復(fù)雜,需要保證它良好的電磁兼容性(EMC)。

而漏電流傳感器作為IC-CPD內(nèi)最重要的實(shí)現(xiàn)漏電保護(hù)功能的關(guān)鍵性元器件,對充電過程中人體安全防護(hù)起著至關(guān)重要的作用,它的EMC問題需要著重考量。

根據(jù)IEC 62752-2016標(biāo)準(zhǔn)對于EMC的要求,EMC測試標(biāo)準(zhǔn)依據(jù)IEC 61543《Residual current-operated protective device(RCDs) for household and similar use-Electromagnetic compatibility》。即家用和類似用途剩余電流保護(hù)裝置的電磁兼容性標(biāo)準(zhǔn)。

圖2 IEC 62752-2016中關(guān)于EMC的測試要求

IEC 61543規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)電磁環(huán)境是指與低壓公共電網(wǎng)或類似線路連接的設(shè)備中發(fā)生的環(huán)境條件,主要包括低頻電磁現(xiàn)象、高頻電磁現(xiàn)象和靜電放電。低頻電磁現(xiàn)象包括諧波、諧間波、信號電壓、電壓幅值變化、電壓不平衡、電源頻率變化和感應(yīng)低頻電壓交流電網(wǎng)中的直流分量輻射磁場;高頻電磁現(xiàn)象包括傳到振蕩電壓或電流ns級的單向瞬變傳導(dǎo)(脈沖群)、ms級和us級的單向瞬變傳導(dǎo)和瞬變振蕩電流高頻輻射現(xiàn)象;靜電放電針對低濕度時(shí)可能存在的靜電放電材料。

IEC 61543對剩余電流保護(hù)器的的電磁兼容性試驗(yàn)主要包括兩個方面,即電磁發(fā)射(EMI)和電磁抗擾度(EMS)試驗(yàn)。IC-CPD作為被動保護(hù)部件,一般內(nèi)部沒有高頻振蕩器,不會對外發(fā)射輻射,所以一般不做EMI試驗(yàn)。所以需要著重考慮EMS的問題,我們都知道,傳感器是低電平電子設(shè)備,處理的是較微弱信號,漏電流傳感器電源線穿過傳感器,盡管有了充分的電氣隔離,但是由于尺寸小,PCB和電源線距離很近,干擾極易耦合到B型漏電流傳感器中,在復(fù)雜電磁環(huán)境下,外界極小的電磁干擾都有可能對輸出帶來極大誤差,甚至錯誤結(jié)果。

IC-CPD EMC試驗(yàn)中的射頻輻射電磁場抗擾度試驗(yàn)是產(chǎn)品認(rèn)證測試過程中比較頭疼的問題,工程師在不斷優(yōu)化PCB設(shè)計(jì)的同時(shí),也要選用抗擾度更優(yōu)秀的元器件,這就對漏電流傳感器電磁場抗擾度提出了更高的要求。

IEC 61543對應(yīng)的國家標(biāo)準(zhǔn)IDT版本為GB 18499《家用和類似用途的剩余電流動作保護(hù)器(RCD) 電磁兼容性》,等同采用。下圖是GB 18499中關(guān)于輻射電磁場的試驗(yàn)要求。

圖3 GB18499中關(guān)于輻射電磁場的試驗(yàn)要求

圖4 GB/T 17626.3-2003中5.1內(nèi)容

?GB/T 17626.3-2003《電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)》中規(guī)定了3種試驗(yàn)等級,分別對應(yīng)1V/m、3V/m、10V/m場強(qiáng)(GB/T 17626-2016新增第四個等級,對應(yīng)場強(qiáng)30V/m),80MHz~1GHz的頻率范圍。剩余電流動作保護(hù)器對應(yīng)等級2,試驗(yàn)場強(qiáng)3V/m。

通過對MAGTRON公司的RCMU系列漏電電流傳感器進(jìn)行測試,其實(shí)際電磁輻射抗擾度在垂直10V/m場強(qiáng),80M~1GHz輻射頻率中輸出依然能夠保持穩(wěn)定,不會影響它的檢測。

圖5 RCMU系列漏電流傳感器電磁輻射試驗(yàn)

IEC 62752 實(shí)際上是一個Type B型IC-CPD的基礎(chǔ)標(biāo)準(zhǔn),它把IC-CPD作為汽車外的部件來考慮,所以對于它的EMC要求相對來說還是比較低的。我們一般認(rèn)為3V/m場強(qiáng)是商用級產(chǎn)品的要求,10V/m是工業(yè)級產(chǎn)品要求,車規(guī)級要求達(dá)100V/m以上,不同整車廠的要求也不同,大致在100V/m到140V/m之間。實(shí)際上我們在和整車廠的合作中發(fā)現(xiàn),IC-CPD作為電動乘用車的必配部件,它的責(zé)任主體是整車廠,所以盡管IC-CPD不屬于汽車的一部分,車廠依然會以車規(guī)級要求IC-CPD,而MAGTRON公司的RCMU漏電流傳感器在某整車廠的IC-CPD整機(jī)試驗(yàn)中,通過了140V/m的考驗(yàn)!

Magtron基于iFluxgate技術(shù)的SoC芯片整體方案,為電動汽車充電B型漏電保護(hù)提供安全可靠的元器件。

【參考文獻(xiàn)】

[1] IEC 62752-2016 In-cable control and protection device for mode 2 charging of electric road vehicles(IC-CPD)

[2] IEC 61543-1995 Residual current-operated protective device(RCDs) for household and similar use-Electromagnetic compatibility

[3] GB/T 17626.3-2003 電磁兼容 試驗(yàn)和測量技術(shù) 射頻電磁場輻射抗擾度試驗(yàn)

[4] GB 18499 家用和類似用途的剩余電流動作保護(hù)器(RCD) 電磁兼容性

Magtron是All Programamble PGA Sensor、磁電傳感SoC的全球領(lǐng)先企業(yè),致力于實(shí)現(xiàn)新一代更智能的、高功率密度和差異化的磁電傳感系統(tǒng)方案。在整個行業(yè)向工業(yè)物聯(lián)網(wǎng)和傳感智能化的大趨勢推動下,Magtron的創(chuàng)新技術(shù)Quadcore,RCMU,iShunt等創(chuàng)新技術(shù)使得磁電傳感,特別是電流傳感器應(yīng)用既高度集成易用,同時(shí)實(shí)現(xiàn)高功率密度化,也首次實(shí)現(xiàn)傳感器高速軟件化。

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