光伏逆變器漏電流檢測(cè)RCMU與EMC問(wèn)題的探討

前言

在現(xiàn)如今的電子類產(chǎn)品設(shè)計(jì)中，由于相關(guān)認(rèn)證法規(guī)的強(qiáng)制要求，對(duì)產(chǎn)品和人身安全認(rèn)知的加強(qiáng)，產(chǎn)品的EMC等級(jí)要求變的十分苛刻。整機(jī)設(shè)計(jì)完成后的EMC調(diào)試問(wèn)題會(huì)需要花到大量的時(shí)間精力去克服。一旦在暗室中測(cè)試出現(xiàn)異常，就意味著機(jī)器需要做相應(yīng)的整改。同時(shí)EMC的問(wèn)題排查相對(duì)其他問(wèn)題會(huì)難上很多因?yàn)榭床灰娒恢?，又被大家調(diào)侃為玄學(xué)問(wèn)題。小到某顆電容的擺放位置，大到整個(gè)機(jī)型拓?fù)涠伎赡苡绊懙阶罱K結(jié)果。其中漏電流傳感器RCMU作為監(jiān)測(cè)微小電流的敏感器件與EMC問(wèn)題聯(lián)系緊密。

• 什么是輻射抗擾

EMC檢測(cè)的全稱是電磁兼容性檢測(cè)(Electro MagneticCompatibility)，其定義為“設(shè)備和系統(tǒng)在其電磁環(huán)境中能正常工作且不對(duì)環(huán)境中任何事物構(gòu)成不能承受的電磁騷擾的能力” 該定義包含兩個(gè)方面的意思：首先，該設(shè)備應(yīng)能在一定的電磁環(huán)境下正常工作，即該設(shè)備應(yīng)具備一定的對(duì)外界的電磁抗擾度(EMS)；其次，該設(shè)備自身產(chǎn)生的電磁騷擾不能對(duì)其他電子產(chǎn)品產(chǎn)生過(guò)大的影響，即電磁騷擾(EMI)。輻射抗擾度（RS：Radiated susceptibility）則是電磁抗擾度中最基本的測(cè)試項(xiàng)，也是較難排查的一項(xiàng)。

• EMC****輻射抗擾度測(cè)試參數(shù)了解

頻率與場(chǎng)強(qiáng)的要求:

日常生活中，許多設(shè)備都能產(chǎn)生特定頻率的電磁場(chǎng)輻射源，對(duì)電子設(shè)備的正常工作產(chǎn)生干擾。比如無(wú)線電臺(tái)，固定或移動(dòng)式無(wú)線電發(fā)射臺(tái)等。一般實(shí)驗(yàn)頻率為80MHz1GHz/6GHz，范圍與現(xiàn)階段使用的無(wú)線通訊頻率有關(guān)，現(xiàn)在許多無(wú)限通訊設(shè)備使用2.4GHz，或高達(dá)5.6GHz。而光伏逆變器主要頻率范圍為：30MHz1GHz。

場(chǎng)強(qiáng)的要求大小和使用場(chǎng)所相關(guān)。3V/m通常用在消費(fèi)類電子，10V~30V/m用在工業(yè)類，汽車要求則會(huì)更高。

調(diào)制種類：

EMC試驗(yàn)中通常有以下3種調(diào)制

-CW：連續(xù)波

-AM：振幅調(diào)制（1KHz 80%）

-PM：脈沖調(diào)制

AM的變化梯度比較大，一般摸底測(cè)試的時(shí)候，更傾向于用AM波來(lái)對(duì)設(shè)備的抗擾能力進(jìn)行摸底測(cè)試。

相比于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，車規(guī)的測(cè)試要求則會(huì)高很多。

頻率范圍：低頻從200MHz1GHz，高頻為1GHz3.4GHz。

場(chǎng)強(qiáng)大小：汽車類應(yīng)用都會(huì)有較高的場(chǎng)強(qiáng)要求，特別是車載器件，100V/m~140V/m是很長(zhǎng)見的要求。

• 基于電磁強(qiáng)度的環(huán)境分類

電磁波種類及場(chǎng)強(qiáng)

根據(jù)《環(huán)境電磁波衛(wèi)生標(biāo)準(zhǔn)》GB 9175-88的要求,對(duì)于一級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的定義：

指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、工作、生活的一切人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者），均在會(huì)受到任何有害影響的區(qū)域；新建、改建或擴(kuò)建電臺(tái)、電視臺(tái)和雷達(dá)站等發(fā)射天線，在其居民覆蓋區(qū)內(nèi)。對(duì)于二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)的定義：為中間區(qū)，指在該環(huán)境電磁波強(qiáng)度下長(zhǎng)期居住、工作和生活的一切人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者）可能引起潛在性不良反應(yīng)的區(qū)域；在此區(qū)內(nèi)可建造工廠和機(jī)關(guān)，但在許建造居民住宅、學(xué)較、醫(yī)院和療養(yǎng)院等，已建造的必須采取適當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施。

注：超過(guò)二級(jí)標(biāo)準(zhǔn)地區(qū)，對(duì)人體可帶來(lái)有害影響；在此區(qū)內(nèi)可作綠化或種植農(nóng)作物，但禁止建造居民住宅及人群經(jīng)?；顒?dòng)的一切公共設(shè)施，如機(jī)關(guān)、工廠、商店和影劇院等；如在此區(qū)內(nèi)已有這些建筑，則應(yīng)采取措施，或限制輻射時(shí)間。

而各種環(huán)境領(lǐng)域產(chǎn)品的電磁輻射設(shè)計(jì)要求也正是基于以上標(biāo)準(zhǔn)。

• 光伏逆變器中抗擾度測(cè)試的要求(射頻電磁場(chǎng)輻射抗擾度)

根據(jù)NB/T 32004確認(rèn)逆變器的抗擾度的要求

頻率范圍：80MHz~1000MHz

天線極化方向?yàn)椋核胶痛怪狈较?/p>

場(chǎng)強(qiáng)大小：10V/m（非調(diào)制）

正弦波1KHz，80%幅度調(diào)制

性能判據(jù)等級(jí)：A

測(cè)試模型：

測(cè)試判據(jù)：漏電檢測(cè)部分關(guān)系到機(jī)器是否正常運(yùn)行，所以判據(jù)要求A級(jí)。

• 逆變器中常見的與剩余電流檢測(cè)相關(guān)EMC問(wèn)題

逆變器漏電流的檢測(cè)報(bào)警原理：

RCMU漏電流傳感器通過(guò)ADC實(shí)時(shí)采集逆變器輸出矢量和，一般采集平均值或均方根來(lái)進(jìn)行控制計(jì)算。當(dāng)計(jì)算值達(dá)到保護(hù)閾值時(shí)，逆變器發(fā)生報(bào)警。

而逆變器中引起漏電流報(bào)警的EMC相關(guān)問(wèn)題較常見的有以下幾點(diǎn)：

（1） PV輸入源上有干擾，導(dǎo)致輸出矢量不平衡

（2） 內(nèi)部個(gè)別部件的輻射干擾過(guò)大或傳導(dǎo)線路耦合干擾

（3） 系統(tǒng)對(duì)傳感器的供電本身不穩(wěn)定

（4） 漏電流傳感器失效

【變器輸出矢量不平衡】

RCMU實(shí)時(shí)檢測(cè)到了真實(shí)的剩余電流，正常的逆變器在運(yùn)行時(shí)多少會(huì)出現(xiàn)輸出不平衡現(xiàn)象，尤其是在開機(jī)和關(guān)機(jī)階段有較大的不平衡波形存在。這和繼電器吸合及整個(gè)機(jī)器的拓?fù)湓O(shè)計(jì)等有一定關(guān)系，但如果不平衡現(xiàn)象過(guò)大的話，則應(yīng)考慮是否有外界干擾引入。例舉PV源上的干擾問(wèn)題

逆變器開機(jī)階段提示漏電流異常，報(bào)警。檢測(cè)逆變器內(nèi)部漏電流傳感器輸出波形有較大的躍動(dòng)及毛刺。同時(shí)，在交流并網(wǎng)端也檢測(cè)到了一個(gè)相似的波形。排查后發(fā)現(xiàn)整個(gè)干擾的引入源在逆變器的DC源上，在DC源的線上增加多個(gè)共模磁環(huán)后，PV源上共模干擾被濾除干凈。

改善方式：可以通過(guò)在直流源輸出線上增加共模電感來(lái)濾除干擾。

【器件本身供電漂移較大】

單電源供電傳感器，供電電壓范圍有一定要求，當(dāng)供電受到異常干擾時(shí)或者供電本身不穩(wěn)定，并且超出了標(biāo)稱可允許范圍。其對(duì)應(yīng)的輸出也會(huì)不再可靠。一般的表現(xiàn)特性為供電有一定偏移，輸出端會(huì)有對(duì)應(yīng)的偏移量。

改善方式：供電的不穩(wěn)定可以通過(guò)在5V端增加 LDO或者選用穩(wěn)定性更好的電源芯片來(lái)加以優(yōu)化。

【漏電流傳感器失效，如雷擊浪涌】

逆變器作為光伏系統(tǒng)中重要的組成部分，在電網(wǎng)回路中擔(dān)任著重要的角色。同時(shí)也需要承受電網(wǎng)波動(dòng)不穩(wěn)所帶來(lái)的負(fù)面影響。并網(wǎng)回路中的差共模，浪涌問(wèn)題最為常見，需確保并網(wǎng)回路上的器件有足夠大的承受能力。逆變器的工作環(huán)境也決定了外界的惡劣天氣，如雷擊浪涌同樣需要克服。

改善方式：RCMU通過(guò)ASIC芯片內(nèi)部集成防護(hù)方式結(jié)合外部防護(hù)器件，可對(duì)器件進(jìn)行雙重防護(hù)，大大提高器件本身的抗浪涌耐壓能力。

【設(shè)備中本身存在過(guò)強(qiáng)的干擾源】

一般傳感器（按照CE認(rèn)證要求）都能過(guò)工業(yè)的10V/m場(chǎng)強(qiáng)要求。但當(dāng)內(nèi)部的模塊產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)超過(guò)該強(qiáng)度后，就極有可能觸發(fā)誤報(bào)警。產(chǎn)生源可以是通訊模塊及高頻器件等。如果是通訊模塊，由于決定發(fā)射功率的是基帶，這意味著很難通過(guò)修改通訊模塊來(lái)改善通訊所帶來(lái)的干擾。

改善方式：在發(fā)射源無(wú)法優(yōu)化的情況下，可以提升受干擾者的抗擾度能力。以漏電流傳感器RCMU為例，通過(guò)自身PCBA布局及SOC芯片設(shè)計(jì)，減小干擾回路，可以大大提升了抗擾度能力。使其承受場(chǎng)強(qiáng)遠(yuǎn)超工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，甚至能達(dá)到高達(dá)140V/m場(chǎng)強(qiáng)的輻射抗擾要求。

【改善抗擾度能力的方式（PCB優(yōu)化）】

結(jié)尾

當(dāng)一個(gè)行業(yè)或者環(huán)境日漸成熟后，市場(chǎng)大環(huán)境對(duì)產(chǎn)品本身的要求就會(huì)不斷提升?，F(xiàn)今國(guó)產(chǎn)逆變器在全球范圍內(nèi)都享譽(yù)盛名，但這是很多逆變器廠家前期摸著石頭趟河趟出來(lái)的。還是拿EMC問(wèn)題舉例，早先大家都對(duì)EMC問(wèn)題輕視，歐系逆變器廠家借此作為攔路虎，驚退一大批業(yè)界廠家。而后國(guó)內(nèi)廠家痛定思痛，全力將其克服，更有痛下決心，自建10m暗室的標(biāo)桿企業(yè)。

確實(shí)，系統(tǒng)中EMC的處理會(huì)難于一般的設(shè)計(jì)問(wèn)題，改善方案從最初的圍堵形式為主：套共模電感、加屏蔽罩等方式，逐漸升級(jí)為從設(shè)計(jì)思路上去規(guī)避問(wèn)題。即只要了解EMC特性，有針對(duì)有目的地去設(shè)計(jì)產(chǎn)品，便可以大大降低成品系統(tǒng)的EMC風(fēng)險(xiǎn)性。