交流充电桩的漏电保护，为什么不能只检测交流电流？

新能源汽车充电时，充电设备与车辆之间不仅存在正常的电能传输，也存在需要持续监测的电气安全风险。

例如，充电线路绝缘性能下降、车辆内部电气部件发生绝缘故障，都可能使部分电流通过非预期路径流向地。这部分电流就是剩余电流。

对于交流充电桩而言，漏电保护并不是简单地检测有没有交流漏电。随着充电设备电力电子化程度提高，故障电流的波形也更加复杂，除了常见的交流剩余电流，还可能出现脉动直流甚至平滑直流剩余电流。

这也使得充电设备对剩余电流检测提出了更高要求。

一、充电设备中的漏电，不一定是交流电

传统交流用电设备发生绝缘故障时，产生的剩余电流通常以工频交流分量为主。

但新能源汽车充电系统的情况有所不同。

交流充电过程中，电网侧输入的是交流电，车辆内部的车载充电机（OBC）则需要通过整流和功率变换，将交流电转换为电池所需的直流电。

在这一过程中，功率开关器件、滤波电路以及绝缘结构等环节，都可能影响故障电流的波形。

例如：

交流剩余电流：主要表现为工频交流分量。

脉动直流剩余电流：由整流和电力电子变换过程产生，电流方向和幅值具有一定规律。

平滑直流剩余电流：表现为方向基本不变的直流分量。

混合频率剩余电流：可能包含不同频率成分。

因此，充电设备的剩余电流保护不能只关注50Hz交流分量，还需要考虑不同类型的剩余电流。

特别是直流剩余电流，如果检测环节不能有效识别，就可能影响整个充电系统的漏电保护设计。

二、为什么交流充电桩需要关注6mA直流剩余电流？

6mA是交流充电设备剩余电流保护中一个值得关注的数值。

以IEC 62955等标准涉及的直流剩余电流检测要求为背景，交流充电设备需要考虑对直流剩余电流的检测与保护。

其原因在于，平滑直流剩余电流可能影响部分交流剩余电流保护装置的正常工作。

因此，充电设备需要根据保护架构配置相应的直流剩余电流检测措施，避免直流故障电流影响上级保护装置的可靠性。

这里需要明确：6mA并不是所有剩余电流波形统一采用的动作阈值。

不同波形具有不同的检测要求，交流、脉动直流和平滑直流需要分别考虑。

对于交流充电桩而言，真正需要解决的是：如何在有限的设备空间内，对多种剩余电流波形进行可靠识别，并及时输出保护信号。

三、剩余电流检测不能只看动作阈值

在选择剩余电流检测传感器时，工程人员通常会关注动作电流。

但仅看动作阈值是不够的。

动作电流决定检测到多大的剩余电流时触发告警，而动作时间则决定检测到相应故障电流后，需要多长时间输出动作信号。

以FR5D 6 C00为例，其规格书给出了不同波形下的动作电流及动作时间。

例如：

可以看到，不同故障电流波形和幅值下，传感器的动作时间存在差异。

例如，FR5D 6 C00在6mA S-DC条件下的典型动作时间为200ms，而在60mA S-DC/3PDC条件下，典型动作时间为27ms。

这说明剩余电流检测不能只用一个动作阈值来评价，还需要结合具体波形和电流幅值考察响应特性。

需要注意，以上为规格书规定测试条件下的典型值，并不代表所有实际充电工况下的固定动作时间。

四、从检测到保护，传感器还需要具备什么功能？

对于充电桩制造商来说，剩余电流传感器不仅要完成故障检测，还需要方便整机进行状态判断和保护控制。

其中，自检功能尤其值得关注。

充电设备长期处于待机、充电和停止充电等不同状态，传感器如果发生内部故障，仅依靠正常运行时的剩余电流检测，很难主动确认其是否仍然具备完整的检测能力。

因此，在系统上电后、主继电器闭合之前，可以通过传感器自检功能检查其工作状态。

FR5D系列内部集成测试线圈，并提供TEST_IN自检输入和TRIP告警输出。

以规格书中的自检流程为例：

传感器上电后等待，建议等待时间大于1000ms。

对TEST_IN施加高电平，使能自检功能。

等待相应时间后，检查TRIP是否输出高电平。

撤销自检信号，再检查TRIP是否恢复低电平。

根据检测结果判断传感器是否通过自检。

这一机制使充电设备能够在正式进入充电状态前，对剩余电流传感器进行功能检查。

对于需要长期运行的交流充电桩而言，这有助于完善整机的故障诊断流程。

五、FR5D系列：为充电设备提供剩余电流检测

针对交流充电设备中的多类型剩余电流检测需求，芯森电子推出FR5D系列磁通门漏电流检测传感器，包括FR5D 6 H00、FR5D 6 C00和FR5D 6 C01。

该系列基于开环磁通门技术，可检测直流、交流及脉动剩余电流，采用穿孔式结构，并通过推挽输出提供告警信号。同时，产品内部集成测试线圈，可用于设备上电后的功能自检。

FR5D系列可用于交流充电桩模式2、模式3，以及便携式充电线、充电枪等设备，为充电系统的剩余电流监测提供传感器支持。

具体型号的动作阈值、响应时间及供电条件存在差异，实际选型时应结合对应型号规格书和整机保护方案进行确认。

写在最后

新能源汽车充电设备的安全设计，不仅需要关注正常工作电流，也需要关注绝缘故障可能产生的剩余电流。

从交流剩余电流到脉动直流，再到平滑直流，故障电流波形的多样化，对传感器的检测能力、动作时间和功能自检提出了更具体的要求。

对于充电设备制造商而言，剩余电流保护不能只看一个6mA指标，还需要结合不同波形下的动作特性、整机保护架构和自检机制进行综合设计。

芯森电子FR5D系列磁通门漏电流检测传感器，为交流充电设备提供多类型剩余电流检测方案。

芯森感受美好世界，传感让世界更智能。