美標UL2231(CCID-20)?中漏電流保護要求簡析

單位：浙江巨磁智能技術(shù)有限公司 作者：Irving.Yang

2021年11月15日，拜登簽署了總額約1.2萬億美元的《基礎(chǔ)設(shè)施投資和就業(yè)法案》，該法案旨在推動到2030年為止在美國安裝500,000個電動汽車充電站。這也將為國內(nèi)充電樁廠商帶來一波出口機會。

由于北美和國內(nèi)的電網(wǎng)系統(tǒng)存在非常大的差別，也使得充電模式二（ICCPD）和充電模式三（AC Charger /Wall-Box）的標準與歐標（IEC61851、IEC62752和IEC62955）和中國國標（GB/T 18487.1）完全不一樣。其中美標（UL2231）對漏電流保護部分的要求與國標（GB/T 18487.1）和歐標（IEC61851、IEC62752和IEC62955）存在非常大的差異。這次，我們來一起簡單梳理一下美標（UL2231）對漏電流保護要求。

UL 2231-2《Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: Particular Requirements for Protection Devices for Use in Charging Systems》 中描述了對漏電流的保護要求和測試方法。

而在確定漏電流保護要求之前，需先查看UL 2231-1《Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: General Requirements》，其中中對接地系統(tǒng)的保護要求進行了劃分，不同電壓等級有不同的要求，也帶來了不同的漏電流保護要求，如Table 2中的這個表格：

漏電保護類型主要分為CCID5和CCID20，根據(jù)電壓等級，配合基本絕緣、雙重絕緣加強絕緣，以及是否具備接地監(jiān)測功能、是否中性線接地來進行選擇漏電保護是CCID5還是CCID20。CCID的跳脫閾值可參考UL2231-2中Table4~5兩個表格，如下圖：

簡單來說，CCID5對交流漏電的保護范圍是5±1mA，直流是30mA，同時對DC+AC混合漏電流以及高頻都有保護，而CCID20對交流漏電保護范圍是15~20mA，直流是40X1.414=56.56mA，同樣也對混合漏電流和高頻漏電都有保護。和歐標中的B型漏電保護類似，都需對各種復(fù)雜漏電進行保護，也都考慮了直流漏電的危害，但是和歐標又有很大區(qū)別，我們知道歐標中有一個直流6mA的保護要求，是對于磁保護的要求，防止直流漏電對充電系統(tǒng)中其他根據(jù)互感原理進行漏電保護的裝置造成直流偏磁效應(yīng)從而導致保護失效。UL2231中直流漏電的保護閾值都大于交流，顯然關(guān)注重點是直流直接對人體造成的傷害。

我們都知道漏電流的危害和電流能量大小相關(guān)，而能量由漏電流持續(xù)時間和大小決定，一般測試漏電功能是否可靠也是從脫扣電流大小和脫扣電流時間兩方面來確定的。

對于脫扣電流大小，純直流和純交流比較好理解，在Table 4~5中已經(jīng)給出了閾值。

而DC+AC的混合漏電流，UL2231在Figure 6中給出了不同DC含量下的脫扣閾值，如下圖：

橫坐標是直流含量大小，縱坐標是AC&DC混合漏電流大?。ǚ逯担?，并且也給出了起始點和終點的坐標值，從而可以得知AC和DC的混合比例。

對于AC＞60Hz的高頻漏電流閾值，如果是CCID5,根據(jù)Table 4是5XFF but not greater than 70，F(xiàn)F系數(shù)需查看Figure 7,如下圖所示，橫坐標是頻率，縱坐標是FF系數(shù)。

而如果是CCID20，閾值是20XRatio，Ratio系數(shù)由Figure 8確定，如下圖：

對于擬用于具有多個頻率的電源電路的CCID型設(shè)備的允許脫扣閾值應(yīng)通過將電源應(yīng)用于Figure 9所示的電路來確定。頻率因數(shù)是通過將V-in值除以測量的V-OUT值來確定，如果是CCID5，閾值就是5XFF，如果是CCID20，則閾值就是20XRatio。

對于脫扣時間的確定，UL2231在Table 6中給出了公式：

與歐標給出了詳細的測試模型不同，UL2231也給出了測試模型，但并沒有包括所有要求的內(nèi)容。我們可以看到，在Figure 10中，給出了一個測試模型，如下圖所示：

該圖顯示，接地故障測試是通過在負載側(cè)引出一個電阻到接地端，通過調(diào)節(jié)電阻大小來模擬不同大小的漏電流。這個測試模型似乎只能考察純交流漏電流的保護，因為交流充電設(shè)備是交流輸出的。而理論上，如果要對直流和各種不同頻率進行測試，需要設(shè)計不同的電路來進行。通過對美標漏電標準的簡單分析，可以看到美標的漏電流要求相對歐標來說區(qū)別是非常大的。

作為全球領(lǐng)先的漏電流保護方案供應(yīng)商，MAGTRON在一些實際的應(yīng)用案例中發(fā)現(xiàn)，不同的認證機構(gòu)對于美標的標準解讀和測試方法也并不完全一樣，MAGTRON可提供傳感器級別的美標漏電流保護解決方案，配合客戶完成美標充電樁的認證。

審核編輯 黃宇