芯耀
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單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司
作者：趙峰
一，引言：
隨著新能源汽車產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展，充電樁作為核心基礎(chǔ)設(shè)施，其安全性與可靠性（包括電磁兼容性）已成為行業(yè)焦點(diǎn)，新國標(biāo)對(duì)此提出了更高要求。其中，剩余電流檢測（A0°項(xiàng)目）作為評(píng)估設(shè)備絕緣性能的關(guān)鍵指標(biāo)，若閾值發(fā)生偏差，可能導(dǎo)致設(shè)備認(rèn)證失敗或引發(fā)安全隱患。
在新型7KW充電樁測試中，出現(xiàn)A0°項(xiàng)目閾值異常下降問題。通過現(xiàn)場技術(shù)支持與實(shí)驗(yàn)室測試，我們系統(tǒng)分析了該問題的成因，并基于電路設(shè)計(jì)與元件優(yōu)化提出了解決方案，旨在為同類產(chǎn)品的研發(fā)提供技術(shù)參考。
二，問題描述與初步分析
2.1，現(xiàn)場現(xiàn)象：
充電樁在使用剩余電流測試中出現(xiàn)A0°項(xiàng)目剩余電流超標(biāo)。整樁的A0°正反2個(gè)項(xiàng)目測試閾值實(shí)測為7mA，拆下單件獨(dú)立測試時(shí)，剩余電流閾值為17mA，符合新國標(biāo)要求，測試數(shù)據(jù)對(duì)比顯示：
? 整樁測試：正負(fù)向剩余電流同步減小，呈現(xiàn)非對(duì)稱偏移：
? 單件測試：傳感器獨(dú)立測試結(jié)果：
2.2，矛盾點(diǎn)分析：
整樁與單件測試數(shù)據(jù)不一致，提示外部電路干擾或設(shè)計(jì)缺陷。初步推測問題源于充電樁內(nèi)部電路設(shè)計(jì)或高壓環(huán)境下的元件性能劣化。
經(jīng)過研究發(fā)現(xiàn)，客戶在設(shè)計(jì)電路時(shí)，為簡化走線，將檢測電路置于傳感器后端。導(dǎo)致檢測電路的電流，穿過傳感器的銅腳影響了傳感器的檢測閾值?，F(xiàn)場將這個(gè)電路斷開后，測試A0°項(xiàng)目閾值恢復(fù)，與單件測試一致。
三，現(xiàn)象分析
3.1，A0°波介紹：
在電力系統(tǒng)中A0°波定義為相位差為0°的剩余電流波形（簡稱A0°），波形特征為半波整流后的脈動(dòng)直流，對(duì)應(yīng)的漏電發(fā)生在半波或全部整流后，屬于交流型剩余電流。下圖為A0°的波形：
可以看到A0°的波形，就是半個(gè)正弦，正向A0°項(xiàng)目就是正半軸波形，反向A0°項(xiàng)目就是負(fù)半軸波形。其產(chǎn)生的電路是使用整流二極管放置在交流后，輸出的波形就是A0°波，正負(fù)向由二極管的方向控制，下圖是簡易的仿真電路和波形。
3.2,電路分析：
充電樁的一個(gè)檢測電路，放置在了傳感器銅腳后面，電路中的電流也就跟隨銅腳一起穿過了傳感器的磁芯，被傳感器檢測到了。
充電樁使用的傳感器是我司 RCMU101SM8系列剩余電流傳感器，基于Magtron iFluxgate?技術(shù),核心處理芯片采用自主研發(fā)的SoC，集成自檢功能和邏輯判斷，模塊化設(shè)計(jì)，集成計(jì)量與剩余電流檢測于一體，產(chǎn)品應(yīng)用于新國標(biāo)電動(dòng)汽車充電設(shè)施模式二隨車充(IC-CPD)、模式三交流充電樁剩余電流保護(hù)。具有高精度、高可靠性、低零漂、低溫漂、響應(yīng)迅速、方便安裝的優(yōu)勢。
檢測電路由整流二極管、光耦及限流電阻構(gòu)成，光耦可以等效為發(fā)光二極管，使用仿真軟件進(jìn)行仿真測試。仿真電路和結(jié)果如下圖所示，出現(xiàn)的波形就是A0°波，正是這個(gè)電路的電流引起閾值偏移。
然而，現(xiàn)場測試顯示閾值雙向偏移，而仿真結(jié)果僅呈現(xiàn)單向偏移。推測可能是整流二極管、光耦有損壞的結(jié)果。先將整流二極管去除，再次進(jìn)行仿真，波形變成正弦波，即使再去掉光耦波形也是一樣的。
四,故障模擬與驗(yàn)證
根據(jù)電路分析和仿真結(jié)果，為進(jìn)一步驗(yàn)證問題的產(chǎn)生原因，也為后續(xù)更好的服務(wù)客戶杜絕此類問題，仿照問題部分制作了一個(gè)測試Demo，進(jìn)行進(jìn)一步的分析測試。Demo的設(shè)計(jì)原理圖如下分為：剩余電流傳感器部分、后置檢測電路、前置檢測電路、開關(guān)電源部分（為傳感器供電），原理圖和測試照片如下圖所示：
4.1,前置檢測電路實(shí)測：
斷開后置檢測電路，只有前置檢測電路工作。檢測電路在剩余電流傳感器前端，電流不穿過傳感器時(shí)，測試數(shù)據(jù)與單件測試基本一致，數(shù)據(jù)詳見下圖。
4.2,后置檢測電路實(shí)測：
斷開前置檢測電路，只有后置檢測電路工作。檢測電路在剩余電流傳感器后端，電流穿過傳感器，只出現(xiàn)單向閾值偏移，符合電路原理和仿真結(jié)果，但是測試數(shù)據(jù)與現(xiàn)場不一致，數(shù)據(jù)詳見下圖。
4.3,改后置檢測電路實(shí)測：
將電路中的二極管短接，再次進(jìn)行測試。A0°正反2個(gè)項(xiàng)目測試閾值下降到7mA，與現(xiàn)場數(shù)據(jù)一致也符合仿真結(jié)果，判斷現(xiàn)場整流二極管損壞。
五,結(jié)論與建議
1、根據(jù)測試與仿真結(jié)果，不論二極管是否損壞，都有A0°波漏電現(xiàn)象，所以這個(gè)檢測電路不能夠放置在傳感器后面。在充電樁布設(shè)計(jì)中，剩余電流傳感器后不要放置額外電路，最好是只有繼電器及附屬電路。
2、結(jié)合經(jīng)驗(yàn)判斷二極管的損壞，可能是整樁在進(jìn)行2.5kV耐壓測試時(shí)候，2.5KV的電壓直接加載在這個(gè)檢測電路的兩端。超過了M7二極管的耐壓，引起二極管損壞，建議更換耐壓更大，達(dá)到2.8KV及以上的二極管（如1N5399，耐壓3kV）。
3、建議在光耦端，并聯(lián)一個(gè)4148的二極管，主要起到保護(hù)作用，當(dāng)前端的整流二極管失效后，可以給反向電壓提供回路，保護(hù)光耦。
