Type B型IC-CPD中漏电流检测元件的EMC问题的考虑
The EMC Problem of Element for Leakage Current Detection in Type B IC-CPD
浙江巨磁 杨涛（Yang Tao）
《2018全球电动汽车展望》的数据显示，中国电动汽车保有量增长速度也位列全球第一，近三年的电动汽车保有量增速分别约
为197％、107％、89％。电动汽车的快速发展离不开基础充电设施的建设，可以预见的是，随着电动汽车普及率的提高，电动汽车充电设备将和家用电器一样出现在人们的日常生活中，如何保证充电过程中的用电安全，尤其是保证漏电保护功能在复杂电磁干扰环境下的可靠性，是急需关注的问题。
关键词：电动汽车充电；漏电；电磁干扰
Abstract: 《2018 global electric vehicle outlook》shows, China's electric vehicle ownership growth is also ranked first in the world. The growth rate of electric vehicles in recent three years is about 197%, 107% and 89% respectively. The rapid development of electric vehicles can’t be separated from the construction of basic charging facilities. It is foreseeable that with the increase of the popularity of electric vehicles, electric vehicle charging equipment will appear in people's daily life like household appliances. How to ensure the safety of electricity in the charging process, especially to ensure that the function of leakage protection is complicated the reliability of electromagnetic interference environment is a matter of urgent concern.
Key words: EV charging; Residual current; EMC
【中图分类号】TM910.6 【文献标识码】B 【文章编号】1561-0330（2019）03-0073-04
1 充电模式及剩余电流分类
随着电动汽车的普及，电动汽车充电的安全规范也越来越严格，众所周知，电动汽车充电一共有四种模式，模式一由于不能提供有效的保护已经被明令禁止；模式二是在模式一基础上，在充电缆线上配备一个保护盒（IC-CPD），产生故障电流时可以进行显示、保护；模式三即以交流充电桩的方式充电；模式四即以直流充电桩的方式充电。电动汽车充电四种模式如图1所示。
图1 电动汽车充电四种模式
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以模式二为例，为了保证充电过程的安全，国外整车厂以及国内合资车厂都要求其供应商提供具备Type B型漏电保护功能的IC-CPD，依据标准IEC 62752-2016。所谓Type B型漏电，即在普通工频交流漏电的基础上，增加更高频率（1kHz以内）交流漏电、脉动直流漏电以及直流漏电的要求，如图2所示。
图2 剩余电流分类
传统的互感器原理漏电检测技术无法满足对Type B型漏电流的检测，并且在模式二IC-CPD中针对直流漏电检测的最小值是6mA，漏电流值非常微弱，难以检测。而MAGTRON公司的RCMU系列漏电流传感器能够满足这一要求。
2 IC-CPD EMC问题
电动汽车模式二充电的缆上控制保护器（IC-CPD）属于交流慢充，可以利用低谷电价时段充电，IC-CPD主要是满足在不适合安装充电桩的车库以及作为一种备用充电方式，原则上每辆电动汽车乘用车都需要配备一台，模式二的使用场景不像充电桩那样是固定的，可能是在自家车库里，也可能是有插座的任何地方，所以它面对的电磁环境会更加复杂，跟随着用户的使用场景而变化，可能会在电视发射塔附近或者是移动基站附近，也可能是用电条件并不那么好的偏远地区，因而需要保证它良好的电磁兼容性（EMC）。
而漏电流传感器作为IC-CPD内最重要的实现漏电保护功能的关键性元器件，对充电过程中人体安全防护起着至关重要的作用，它的EMC问题需要着重考量。
根据IEC 62752-2016标准对于EMC的要求，EMC测试标准依据IEC 61543《Residual current-oper-ated protective device(RCDs) for household and similar use-Electromagnetic compatibility》。即家用和类似用途剩余电流保护装置的电磁兼容性标准。IEC 62752-2016中关于EMC的测试要求如表1所示。74 THE WORLD OF INVERTERS
表1 IEC 62752-2016中关于EMC的测试要求Reference to Tables 4 and 5 of ICE 61543:1995IEC 61543:1995/Electromagnetic Tests of IEC AMD1:2004 and IEC phenomena6275261543:1995/AMD2:2005T 1.3voltage amplitude variations9.7 and 9.14T1.4voltage unbalance9.7 and 9.14T1.5Power frequency varlations9.2T1.8Magnetic fields9.9and 9.15T2.4Current oscillatory Translents9.16IEC 61543规定的标准电磁环境是指与低压公共电网或类似线路连接的设备中发生的环境条件，主要包括
低频电磁现象、高频电磁现象和静电放电。低频电磁现象包括谐波、谐间波、信号电压、电压幅值变化、电压不平衡、电源频率变化和感应低频电压交流电网中的直流分量辐射磁场；高频电磁现象包括传到振荡电压或电流ns级的单向瞬变传导（脉冲群）、ms级和μs级的单向瞬变传导和瞬变振荡电流高频辐射现象；静电放电针对低湿度时可能存在的静电放电材料。
3 IC-CPD 电磁场抗扰度试验
IEC 61543对剩余电流保护器的电磁兼容性试验主要包括两个方面，即电磁发射(EMI)和电磁抗扰度(EMS)试验。IC-CPD作为被动保护部件，一般内部没有高频振荡器，不会对外发射辐射，一般不做EMI试验。所以需要着重考虑的是EMS的问题，我们都知道，传感器是低电平电子设备，处理的是较微弱信号，漏电流传感器电源线穿过传感器，尽管电气隔离，由于尺寸小，PCB和电源线距离很近，干扰极易通过电源线耦合在PCB上，在复杂电磁环境下，外界极小的电磁干扰都有可能对输出带来极大误差，甚至结果错误。
IC-CPD EMC试验中的射频辐射电磁场抗扰度试验是产品认证测试过程中比较头疼的问题，工程师在不断优化PCB设计的同时，也要在元器件选型时就要选择抗扰度更优秀的元器件，这就对漏电流传感器电磁场抗扰度提出了更高的要求。
IEC 61543对应的国家标准IDT版本为GB 18499《家用和类似用途的剩余电流动作保护器（RCD）电磁兼容性》，等同采用，我们以GB 18499为参考，看一下它的电磁场抗扰度要求。表2是GB 18499中关于
《变频器世界》 March , 2019
（a）试验现场 （b）试验结果
图3 RCMU系列漏电流传感器电磁辐射试验
辐射电磁场的试验要求，对于该试验描述的基本要求在GB/T17626.3。
表2 GB18499中关于辐射电磁场的试验要求参考条款T2.5电磁现象辐射电磁场有关试验描述的基本标准GB/T17626.3\"试验电平和试验规范3 V/m性能判断准则的条款5.1.1器进行测试，其实际电磁辐射抗扰度在垂直10V/m场强，80M~1GHz辐射频率中输出依然能够保持稳定，不会影响它的检测。RCMU系列漏电流传感器电磁辐射试验如图3所示。
GB/T 17626.3-2003《电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验》中规定了3种试验等级，分别对应1V/m、3V/m、10V/m场强（GB/T 17626-2016新增第四个等级，对应场强30V/m），80MHz~1GHz的频率范围。剩余电流动作保护器对应等级2，试验场强3V/m。因此理论上IC-CPD的辐射抗扰度测试会采用3V/m的场强测试。GB/T 17626.3-2003中5.1内容如表3所示。
通过对MAGTRON公司的RCMU系列漏电流传感
表3 GB/T 17626.3-2003中5.1内容等级试验场强1123310X特定注：x是一开放的等级，可在产品规范中规定4 IC-CPD车规级电磁抗扰度试验
IEC 62752实际上是一个Type B型IC-CPD的基础标准，它把IC-CPD作为汽车外的部件来考虑，当作一个普通家庭用电器，所以对于它的EMC要求相对来说还是比较低的。我们一般认为3V/m场强是商用级产品的要求，10V/m是工业级产品要求。实际上我们在和整车厂的合作中发现，IC-CPD作为电动乘用车的必配部件，它的责任主体是整车厂，所以尽管IC-CPD不属于汽车的一部分，车厂依然会以车规级要求IC-CPD。用于车辆和电子类子部件的EMC标准也有很多，象很多整车厂GMW、TL、VW、BMW等都有自己的标准，全球性标准有CISPR、ISO，美国有SAE，欧洲有2004/104/EC，日本有JASO，中国是GB。就目前情况
表4 ISO11452标准概况ISO 11452-1《General principle and terminology》ISO 11452-2《Absorber-lined shielded enclosure》ISO 11452-3《Transverse electromagnetic(TEM) cell》ISO 11452-4《Harness excitation methods》ISO 11452-5《Stripline》ISO 11452-6《Parrallel plate antenna》ISO 11452-7《Direct radio frequency(RF) power injection》ISO 11452-8《Immunity to magnetic fields》ISO 11452-9《Portable transmitters》ISO 11452-10《Immunity to conducted disturbances in the extended audio frequency range》ISO 11452-11《Reverberation chamber》《第1部分：概述和定义》《第2部分：电波暗示法》《第3部分：TEM小室法》《第4部分：BCI法》《第5部分：带状线法》《第6部分：平行板法》《第7部分：射频电源注入》《第8部分：磁场抗扰度》《第9部分：便携式发射机》《第10部分：传导抗扰度》《第11部分：混响室法》WWW.CA168.COM 75 技术探讨与研究
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来说，Type B IC-CPD是作为车厂随车充电器来销售，所以EMC需要符合OEM车厂的要求，每家车厂的要求也不尽相同，我们可以把ISO中的EMC要求作为设计参考。
ISO标准中用于汽车电子零部件测试的EMC标准采用ISO11452《Road vehicle Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electromagnetic energy》。一共有11个部分，如表4所示。
IC-CPD常采用第二部分测试方法，即ISO11452-2《Part 2: Absorber-lined shielded enclosure》，检验设备对80MHz-1GHz频带电磁场的抗干扰能力。表5为ISO11452-2中规定的几个测试等级，分别对应25V/m、50Vm、75V/m、100V/m，可以发现，车规级的汽车的电子零部件EMC测试强度比民用或商用级别要大得多。
表5 建议测试等级Test severity levelIIIIIIIVVValue V/m255075100Specific value agreed between the users of this part of ISO 11452,if necessary5 总结
就目前而言，Type B IC-CPD常出现在整车厂的随车充项目当中，所以设计时应当考虑更高级别的EMC要求，尤其作为Type B IC-CPD的核心元器件，漏电流传感器，在器件选型时尤其要注意它的抗干扰能力，如果漏电流传感器没有很强的性能，无法通过车厂严苛的测试，同时，对于用户使用也有很大风险，电动汽车在市场的推广任重道远，必须保证整个用车阶段的安全。Magtron基于iFluxgate技术的SoC芯片整体方案，为电动汽车充电B型漏电保护提供安全可靠的元器件，其在某车厂项目整机测试中实际通过了140V/m的考验！
参考文献：
[1] IEC 62752-2016 In-cable control and protection device for mode 2 charging of electric road vehicles(IC-CPD)[S].[2] IEC 61543-1995 Residual current-operated protective device(RCDs) for household and similar use-Electromag-netic compatibility[S].
[3] GB/T 17626.3-2003 电磁兼容 试验和测量技术 射频电磁场辐射抗扰度试验[S].
[4]GB 18499 家用和类似用途的剩余电流动作保护器（RCD）电磁兼容性[S].
[5] ISO11452 Road vehicle—Component test methods for electrical disturbances from narrowband radiated electro-magnetic energy[S].
表6为EMC测试频带宽度分类。
表6 频带宽度Frequency bandF1F2F3F4Frequency range MHZ>80 to ≤ 400>400 to ≤ 1000>1000 to ≤ 10000>10000 to ≤ 18000(上接72页)参考文献：[1]米晓彦,宋裕庆,等.电动汽车无线充电系统分析与设计[J].现代制造技术与装备,2016(10):65-67.[2]曲立楠.感应无线能量传输机理的研究[D].哈尔滨工业大学, 2016.[3]吴嘉迅,吴俊勇,张宁,等.基于感应的无线能量传输的实验 研究[J]. 现代电力,2012,29(1):24-28．[4] 高玉青. 磁谐振式无线电能传输系统特性研究与系统设计[D].浙江大学,2017.今天；又因为有线充电设备自身具有很多缺陷，比如有线设备占用空间大、安全性能低等；而对于谐振式无线充电装置，其密封性良好，安全性能高。在这样的对比情况下，无线充电设备的发展前景以及其应用前景固然十分广阔。当然在迅速发展的今天，用户将对无线充电设备的要求定会越来越高，所以对公共电动自行车谐振式无线充电装置的研究仍然在路上。76 THE WORLD OF INVERTERS
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