光伏逆變器漏電流檢測RCMU與EMC問題的探討

前言

在現如今的電子類產品設計中，由于相關認證法規的強制要求，對產品和人身安全認知的加強，產品的EMC等級要求變的十分苛刻。整機設計完成后的EMC調試問題會需要花到大量的時間精力去克服。一旦在暗室中測試出現異常，就意味著機器需要做相應的整改。同時EMC的問題排查相對其他問題會難上很多因為看不見摸不著，又被大家調侃為玄學問題。小到某顆電容的擺放位置，大到整個機型拓撲都可能影響到最終結果。其中漏電流傳感器RCMU作為監測微小電流的敏感器件與EMC問題聯系緊密。

• 什么是輻射抗擾

EMC檢測的全稱是電磁兼容性檢測(Electro MagneticCompatibility)，其定義為“設備和系統在其電磁環境中能正常工作且不對環境中任何事物構成不能承受的電磁騷擾的能力” 該定義包含兩個方面的意思：首先，該設備應能在一定的電磁環境下正常工作，即該設備應具備一定的對外界的電磁抗擾度(EMS)；其次，該設備自身產生的電磁騷擾不能對其他電子產品產生過大的影響，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試項，也是較難排查的一項。

• EMC****輻射抗擾度測試參數了解

頻率與場強的要求:

日常生活中，許多設備都能產生特定頻率的電磁場輻射源，對電子設備的正常工作產生干擾。比如無線電臺，固定或移動式無線電發射臺等。一般實驗頻率為80MHz1GHz/6GHz，范圍與現階段使用的無線通訊頻率有關，現在許多無限通訊設備使用2.4GHz，或高達5.6GHz。而光伏逆變器主要頻率范圍為：30MHz1GHz。

場強的要求大小和使用場所相關。3V/m通常用在消費類電子，10V~30V/m用在工業類，汽車要求則會更高。

調制種類：

EMC試驗中通常有以下3種調制

-CW：連續波

-AM：振幅調制（1KHz 80%）

-PM：脈沖調制

AM的變化梯度比較大，一般摸底測試的時候，更傾向于用AM波來對設備的抗擾能力進行摸底測試。

相比于工業標準，車規的測試要求則會高很多。

頻率范圍：低頻從200MHz1GHz，高頻為1GHz3.4GHz。

場強大?。浩囶悜枚紩休^高的場強要求，特別是車載器件，100V/m~140V/m是很長見的要求。

• 基于電磁強度的環境分類

電磁波種類及場強

根據《環境電磁波衛生標準》GB 9175-88的要求,對于一級標準的定義：

指在該環境電磁波強度下長期居住、工作、生活的一切人群（包括嬰兒、孕婦和老弱病殘者），均在會受到任何有害影響的區域；新建、改建或擴建電臺、電視臺和雷達站等發射天線，在其居民覆蓋區內。對于二級標準的定義：為中間區，指在該環境電磁波強度下長期居住、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的區域；在此區內可建造工廠和機關，但在許建造居民住宅、學較、醫院和療養院等，已建造的必須采取適當的防護措施。

注：超過二級標準地區，對人體可帶來有害影響；在此區內可作綠化或種植農作物，但禁止建造居民住宅及人群經?；顒拥囊磺泄苍O施，如機關、工廠、商店和影劇院等；如在此區內已有這些建筑，則應采取措施，或限制輻射時間。

而各種環境領域產品的電磁輻射設計要求也正是基于以上標準。

• 光伏逆變器中抗擾度測試的要求(射頻電磁場輻射抗擾度)

根據NB/T 32004確認逆變器的抗擾度的要求

頻率范圍：80MHz~1000MHz

天線極化方向為：水平和垂直方向

場強大?。?0V/m（非調制）

正弦波1KHz，80%幅度調制

性能判據等級：A

測試模型：

測試判據：漏電檢測部分關系到機器是否正常運行，所以判據要求A級。

• 逆變器中常見的與剩余電流檢測相關EMC問題

逆變器漏電流的檢測報警原理：

RCMU漏電流傳感器通過ADC實時采集逆變器輸出矢量和，一般采集平均值或均方根來進行控制計算。當計算值達到保護閾值時，逆變器發生報警。

而逆變器中引起漏電流報警的EMC相關問題較常見的有以下幾點：

（1） PV輸入源上有干擾，導致輸出矢量不平衡

（2） 內部個別部件的輻射干擾過大或傳導線路耦合干擾

（3） 系統對傳感器的供電本身不穩定

（4） 漏電流傳感器失效

【變器輸出矢量不平衡】

RCMU實時檢測到了真實的剩余電流，正常的逆變器在運行時多少會出現輸出不平衡現象，尤其是在開機和關機階段有較大的不平衡波形存在。這和繼電器吸合及整個機器的拓撲設計等有一定關系，但如果不平衡現象過大的話，則應考慮是否有外界干擾引入。例舉PV源上的干擾問題

逆變器開機階段提示漏電流異常，報警。檢測逆變器內部漏電流傳感器輸出波形有較大的躍動及毛刺。同時，在交流并網端也檢測到了一個相似的波形。排查后發現整個干擾的引入源在逆變器的DC源上，在DC源的線上增加多個共模磁環后，PV源上共模干擾被濾除干凈。

改善方式：可以通過在直流源輸出線上增加共模電感來濾除干擾。

【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，當供電受到異常干擾時或者供電本身不穩定，并且超出了標稱可允許范圍。其對應的輸出也會不再可靠。一般的表現特性為供電有一定偏移，輸出端會有對應的偏移量。

改善方式：供電的不穩定可以通過在5V端增加 LDO或者選用穩定性更好的電源芯片來加以優化。

【漏電流傳感器失效，如雷擊浪涌】

逆變器作為光伏系統中重要的組成部分，在電網回路中擔任著重要的角色。同時也需要承受電網波動不穩所帶來的負面影響。并網回路中的差共模，浪涌問題最為常見，需確保并網回路上的器件有足夠大的承受能力。逆變器的工作環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ASIC芯片內部集成防護方式結合外部防護器件，可對器件進行雙重防護，大大提高器件本身的抗浪涌耐壓能力。

【設備中本身存在過強的干擾源】

一般傳感器（按照CE認證要求）都能過工業的10V/m場強要求。但當內部的模塊產生的場強超過該強度后，就極有可能觸發誤報警。產生源可以是通訊模塊及高頻器件等。如果是通訊模塊，由于決定發射功率的是基帶，這意味著很難通過修改通訊模塊來改善通訊所帶來的干擾。

改善方式：在發射源無法優化的情況下，可以提升受干擾者的抗擾度能力。以漏電流傳感器RCMU為例，通過自身PCBA布局及SOC芯片設計，減小干擾回路，可以大大提升了抗擾度能力。使其承受場強遠超工業標準，甚至能達到高達140V/m場強的輻射抗擾要求。

【改善抗擾度能力的方式（PCB優化）】

結尾

當一個行業或者環境日漸成熟后，市場大環境對產品本身的要求就會不斷提升?，F今國產逆變器在全球范圍內都享譽盛名，但這是很多逆變器廠家前期摸著石頭趟河趟出來的。還是拿EMC問題舉例，早先大家都對EMC問題輕視，歐系逆變器廠家借此作為攔路虎，驚退一大批業界廠家。而后國內廠家痛定思痛，全力將其克服，更有痛下決心，自建10m暗室的標桿企業。

確實，系統中EMC的處理會難于一般的設計問題，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，逐漸升級為從設計思路上去規避問題。即只要了解EMC特性，有針對有目的地去設計產品，便可以大大降低成品系統的EMC風險性。