电源线路滤波器中的漏电流
电动汽车充电桩中的漏电保护应用分析 RCD的分类和选型
电动汽车充电桩中的漏电保护应用分析RCD的分类和选型
作者：John Fang（Magtron Marketing）一、漏电流的产生分类
一般漏电流分为四种，分别为：半导体元件漏电流、电源漏电流、电容漏电流和滤波器漏电流
1、半导体原件漏电流
PN结在截止时流过的很微小的电流。
D-S正向偏置，G-S反向偏置，导电沟道打开后，D 到S才会有电流流过。
但实际上由于自由电子的存在，自由电子的附着在SIO2和N+、导致D-S有漏电流。
2、电源漏电流
开关电源中为了减少干扰，按照国标，必须设有EMI滤波器电路。
由于EMI电路的关系，使得在开关电源在接上市电后对地有一个微小的电流，这就是漏电流。
如果不接地，计算机的外壳会对地带有110伏电压，用手摸会有麻的感觉，同时对计算机工作也会造成影响。
3、电容漏电流
电容介质不可能绝对不导电，当电容加上直流电压时，电容器会有漏电流产生。
若漏电流太大，电容器就会发热损坏。
除电解电容外，其他电容器的漏电流是极小的，故用绝缘电阻参数来表示其绝缘性能;而电解电容因漏电较大，故用漏电流表示其绝缘性能（与容量成正比）。
对电容器施加额定直流工作电压将观察到充电电流的变化开始很大，随着时间而下降，到某一终值时达到较稳定状态这一终值电流称为漏电流。
i=kcu（μa）;其中k值为漏电流常数，单位为μa（v·μf）
4、滤波器漏电流
电源滤波器漏电流定义为：在额定交流电压下滤波器外壳到交流进线任意端的电流。
如果滤波器的所有端口与外壳之间是完全绝缘的，则漏电流的值主要取决于共模电容CY 的漏电流，即主要取决于CY的容量。
电源电磁干扰(EMI)滤波器详细讲解
源端阻抗特性
表 1 滤波器选用的阻抗失配端接原则 应采用的滤波电路
负载端阻抗特性
高阻抗
高阻抗 π型
高阻抗 L型
低阻抗
低阻抗 L型
高阻抗
低阻抗 T型
低阻抗
一般情况下，电源的共模输入端（滤波器源端）多为低阻抗，KF 系列电源滤波器（除“专门用 途滤波器”中的某些类型外）均按此特征（如图 4 的共模等效电路中，接入源端一侧选用高阻抗特性 的 L 型滤波电路，满足“阻抗失配端接原则”）进行设计，设计人员只需根据负载端的阻抗特性合理 选用 EMI 电源滤波器。其余类型滤波器应注意使用条件，必须满足上述原则。
EMI 电源滤波器作为抑制电源线传导干扰的重要器件，在设备或系统的电磁兼容设计中具有极 其重要的作用。它不仅可抑制线上传导干扰，同时对线上辐射发射的抑制具有显著效果。
负载噪声源和电源网络的连接方式如图 2 所示。电源与负载网络具有相线（L）、中线（N）和地线 （E）, 故将电源线上 EMI 噪声分解为两部分：L 与 N 为差模传导干扰 IDM，L（或 N）与 E 为共
传导干扰电平（dBuA）
100
90
GJB151A（A3类）
80
GJB151（A3类）
70
60
50
40
30
20
10
0
0.01
0.1
1
10
100
频率（MHz）
图 6 GJB151 和 GJB151A 中规定的电源线传导干扰发射极限值
90
80
70
传导干扰电平（dBuV）
60
50
40
GB9254(A级)
30
50Ω
信号 发生器
L
三相滤波器的漏电流
三相滤波器的漏电流
假设负载对称且平衡，理想的三相滤波器甚至在遭受最大不对称干扰情况下都不会产生漏电流。
图1为Y电容在三相滤波器中的截面图。
图1：三相滤波器中的Y电容
然而，在现实中，出于下列原因，三相滤波器的负载一直处于失衡状态：
-Y电容的公差
-供电网络失衡
-非对称负载
-不理想的元件配置造成滤波器的不对称。
在三相滤波器中，漏电流的各相向量之和，形成了产生放电的电流（参见图2）。
图2：三相滤波器各相漏电流之和的测定
漏电流分类
为将漏电流的各类要求纳入考量，制造商对其产品进行了分类。
于是，市场上出现了针对标准应用、医疗应用、工业应用等的滤波器。
由于病人会直接接触设备，正是由于这样，医疗领域对漏电流要求更多。
为保持门限值，多数情况下不采用或采用少量Y电器。
例如，SCHURTER推出的M5滤波器的最大漏电流为5μA（没采用Y电容器），或M80滤波器，其最大漏电流为80μA。
然而，没有相应的标准规定漏电流的级别、名称以及适用的相应门限值。
虽然如此，这个领域可帮助用户能够迅速找到适合其应用的产品。
漏电流 偏置电流
漏电流偏置电流
漏电流和偏置电流是电子电路中常见的两种电流。
漏电流是指电路中
的电流在不应该流过的地方流失，而偏置电流则是指电路中的电流在
不应该流过的方向流动。
这两种电流都会对电路的性能产生影响，因
此需要注意。
漏电流是指电路中的电流在不应该流过的地方流失。
这种电流通常是
由于电路中的绝缘材料损坏或者电路设计不合理导致的。
漏电流会导
致电路的功耗增加，同时也会影响电路的稳定性和可靠性。
因此，在
电路设计中需要注意绝缘材料的选择和电路的布局，以避免漏电流的
产生。
偏置电流是指电路中的电流在不应该流过的方向流动。
这种电流通常
是由于电路中的元器件参数不匹配或者电路设计不合理导致的。
偏置
电流会导致电路的工作点偏离设计值，从而影响电路的性能。
因此，
在电路设计中需要注意元器件参数的选择和电路的偏置设计，以避免
偏置电流的产生。
为了避免漏电流和偏置电流的产生，需要在电路设计中注意以下几点：1.选择合适的元器件。
在选择元器件时，需要注意其参数是否符合要求，
以避免偏置电流的产生。
2.合理的电路布局。
在电路布局时，需要注意电路的走向和元器件之间的距离，以避免漏电流的产生。
3.合适的绝缘材料。
在选择绝缘材料时，需要注意其绝缘性能是否符合要求，以避免漏电流的产生。
总之，漏电流和偏置电流是电子电路中常见的问题，需要在电路设计中注意避免。
只有注意这些问题，才能保证电路的性能和可靠性。
emi滤波器的漏电流标准
EMI滤波器漏电流标准一、漏电流定义漏电流是指电流从电路中流向电路以外，通常指流向地或与地连接的导体的电流。
在EMI滤波器中，漏电流是指在正常工作时，从输入或输出端口流出的电流。
二、漏电流标准漏电流的大小对EMI滤波器的性能有着重要的影响，因此需要对其进行控制。
通常，根据不同的应用场景和产品标准，对漏电流的要求也不同。
在某些情况下，要求漏电流在微安级别，而在其他情况下，可能要求漏电流在纳安级别。
三、测试方法测试EMI滤波器的漏电流可以使用以下方法：1.使用示波器或电流表直接测量输出端口或地线上的电流。
2.通过测量输入和输出电压，计算出漏电流。
3.通过测量输入和输出阻抗，计算出漏电流。
四、测试设备测试EMI滤波器的漏电流需要以下设备：1.电源：提供所需的电压和电流。
2.示波器或电流表：用于测量电流。
3.阻抗测量仪器：用于测量输入和输出阻抗。
4.被测滤波器：需要测试的EMI滤波器。
五、测试环境测试EMI滤波器的漏电流需要在以下环境中进行：1.温度：保持在25℃左右。
2.湿度：保持在50%左右。
3.电磁环境：避免干扰源的影响。
六、测试注意事项在进行漏电流测试时，需要注意以下几点：1.确保电源电压和电流稳定。
2.确保测试设备的精度和可靠性。
3.避免测试环境中存在干扰源。
4.在测试前对被测滤波器进行充分的预处理，如老化等。
5.对每个测试数据进行记录和分析，确保数据的准确性和可靠性。
6.如果测试结果不符合标准要求，需要对滤波器进行重新设计和优化。
泄漏电流特征
泄漏电流特征泄漏电流是指电流在电路或设备中意外流失的电流，通常不经过设计的路径。
泄漏电流可能发生在电源到地或电源之间，也可能发生在导体到绝缘体之间。
泄漏电流的特征取决于泄漏的位置、电路的性质以及设备的特点。
以下是一些常见的泄漏电流特征：泄漏电流的来源：泄漏电流可能来自设备的绝缘故障、设备老化、潮湿环境、电缆损伤等原因。
在正常情况下，电流应该按照预定的电路路径流动，但泄漏可能导致电流通过非预定的路径流失。
频率和振幅：泄漏电流的频率和振幅可能随着不同的系统和设备而异。
在交流电路中，泄漏电流通常与电源频率相关。
在直流系统中，泄漏电流通常是持续的。
泄漏电流的量测：泄漏电流可以通过使用特定的测试设备来测量，例如绝缘电阻测试器或地绝缘监测器。
这些设备可以检测电流是否按预期的路径流动，以及是否有泄漏。
地绝缘电阻：泄漏电流与地的关系是一个重要的特征。
当设备或系统中存在地绝缘故障时，泄漏电流通常会增加。
地绝缘电阻的降低可能导致泄漏电流通过不安全的路径。
影响因素：环境条件，例如潮湿度和温度，可能影响泄漏电流的产生。
在高潮湿度条件下，绝缘的电阻可能减小，从而增加泄漏电流的可能性。
安全风险：高水平的泄漏电流可能对人员、设备和系统构成危险。
因此，及时检测和修复泄漏问题是确保电气安全的关键。
维护和监测：定期检查设备和系统，使用监测设备进行实时监测，可以帮助及早发现和解决泄漏电流问题，确保系统的稳定和安全运行。
泄漏电流的特征对于维护电气设备、确保安全和防止电气事故都至关重要。
对于一些特殊应用，如医疗设备或高精密仪器，对泄漏电流的控制要求可能更为严格。
学习：漏电流常识
电机的漏电、轴电压与轴承电流问题】1、漏电流：y=2* π* f* c* v2、NTC计算3、过流采样电路，运放的理解。
4、采样电阻的位置。
5、变压器芯片的过压和欠压报警电路，还有电压基准的rc。
6、Can通讯时最后一个脉波会变形。
变频器驱动感应电机的电机模型如图6所示，图中Csf为定子与机壳之间的等效电容，Csr为定子与转子之间的等效电容，Crf为转子与机壳之间的等效电容，Rb为轴承对轴的电阻;Cb和Zb为轴承油膜的电容和非线性阻抗。
高频PWM脉冲输入下，电机内分布电容的电压耦合作用构成系统共模回路，从而引起对地漏电流、轴电压与轴承电流问题。
图6 变频器驱动感应电机的电机模型漏电流主要是PWM三相供电电压极其瞬时不平衡电压与大地之间通过Csf产生。
其大小与PWM的dv/dt大小与开关频率大小有关，其直接结果将导致带有漏电保护装置动作。
另外，对于旧式电机，由于其绝缘材料差，又经过长期运行老化，有些在经过变频改造后造成绝缘损坏。
因此，建议在改造前，必须进行绝缘的测试。
对于新的变频电机的绝缘，要求要比标准电机高出一个等级。
轴承电流主要以三种方式存在:dv/dt电流、EDM(Electric Discharge Machining)电流和环路电流。
轴电压的大小不仅与电机内各部分耦合电容参数有关，且与脉冲电压上升时间和幅值有关。
dv/dt电流主要与PWM的上升时间tr有关，tr越小，dv/dt电流的幅值越大;逆变器载波频率越高，轴承电流中的dv/dt电流成分越多。
EDM电流出现存在一定的偶然性，只有当轴承润滑油层被击穿或者轴承内部发生接触时，存储在电子转子对地电容Crf上的电荷(1/2 Crf×Urf)通过轴承等效回路Rb、Cb和Zb对地进行火花式放电，造成轴承光洁度下降，降低使用寿命，严重地造成直接损坏。
损坏程度主要取决于轴电压和存储在电子转子对地电容Crf的大小。
环路电流发生在电网变压器地线、变频器地线、电机地线及电机负载与大地地线之间的回路(如水泵类负载)中。
电源滤波器工作原理及泄露电流
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电源线路滤波器中的漏电流1. 标准中的要求保护接地器在电气设备出现故障或发生短路时，保护用户不会受到危险接触电压的伤害。
为确保此基本功能，保护接地线上的电流必须加以限制，这是为什么大多数产品安全标准中包含漏电流测量和限制条款的原因。
办公室设备和信息技术设备的产品安全标准EN 60950-1进行了相关说明。
尽管都使用漏电流这个术语进行描述，但是标准在实际上对接触电流和保护导体电流进行了区分。
接触电流是人在接触电气装置或设备时，流过人体的所有电流。
另一方面，保护导体电流是在设备或装置正常运行时，流过保护接地导体的电流。
此电流也称为漏电流。
所有电气设备的设计都必须避免产生危及用户的接触电流和保护导体电流。
一般来说，接触电流不得超过3.5 mA，采用下文所述的测量方法进行测量。
3.5 mA的极限值并不适用于所有设备，因此，在标准中，还对配备工业型电源接线器（B 型可插拔设备）和保护接地器的设备进行了补充规定。
如果保护接地电流不超过输入电流的5％，那么接触电流可以超过3.5 mA。
另外，等电位联结导体的最小截面积必须符合EN 60950-1的规定。
最后，但不是最不重要的，制造商必须在电气设备上附带下述警告标签之一。
“警告！强接触电流。
先接地。
”“警告！强漏电流。
先接地。
”除了普通的产品安全标准之外，还有关于无源EMI滤波器的安全标准。
在欧洲，新颁布了EN 60939，自2006年1月1日起代替了当时现行的EN 133200。
然而，此标准没有关于滤波器漏电流的附加要求。
美国的EMI滤波器标准，UL 1283，与此不同。
不仅需要进行所有常规安全试验，还需要确认滤波器的漏电流。
在默认情况下，此漏电流不允许超过0.5 mA。
否则，滤波器必须附带一个安全警告，说明滤波器不适用于住宅区。
必须提供接地连接器以防触电，另外滤波器必须连接到接地电源引出线或接头上。
2. 漏电流的计算本节将说明计算漏电流的方法。
因为元件存在误差，并且电网（对于3相供电网）的不平衡只能估计，所以实际结果不一定等于测量结果。
另一方面，对顺序生产的每一个滤波器都进行漏电流测量是不合理的，所以一般来说，制造商提供的漏电流都是根据计算值。
对于所有的计算，磁性元件的寄生元件及保护接地器的阻抗均忽略不计。
计算时只考虑滤波器电容的误差。
EMI滤波器电容一般用来抑制差模和共模干扰。
对于前者，在相位之间，以及相位和中性导体之间，连接有所谓的X电容。
对于共模抑制，相位和接地之间采用Y电容。
电容器对于频率和电压的依存关系也没有考虑。
这对于陶瓷电容器是非常重要的，因为这种电容器会受到电压和频率的明显影响。
因此，采用陶瓷电容器的滤波器的漏电流也比计算结果更大。
3. 相供电网中的漏电流要计算3相供电网中的漏电流，需要确定电源中性点MQ和负载中性点ML之间的电压。
在电源端，是3个相电压UL1、UL2和UL3，与中性点MQ相连接。
在负载端，是3个阻抗Z1、Z2和Z3，也与一个星型相连接。
两个中性点MQ和ML通过阻抗ZQL相连，此阻抗上的压降为UQL。
图1：电源和负载和星型连接阻抗ZQL的实际电压UQL可以使用下述公式计算：无源3相滤波器的一种常见配置是3个X电容器的中性点连接，并通过Y电容器与地电位或者滤波器的外壳相连接。
对于平衡电容电网，漏电流可以忽略。
另一方面，当相位之间达到最高的不平衡时，电网达到最高的漏电流值。
不平衡的原因包括电容器值的公差，以及供电网的电压不平衡。
图2：3相滤波器的典型电容器配置因此，漏电流的关键要素是电容器CX1、CX2和CX3的不平衡产生的电压UQL。
对于大多数滤波器，额定值是相同的，但是也存在制造公差的影响。
电容器CY处的压降UQL产生的漏电流Ileak, max可以根据下式确定：大多数制造商在确定无源滤波器中的电容器的额定值时，公差为±20%。
CY的最高压降发生在两个X电容器具有最小的公差，而一个电容器具有最大公差的时候。
另外，假设CY的公差值最大。
将这些假设代入方程(1)和(2)，则漏电流为：为更好地了解此理论，可以提供一个480V F；所有电容器的公差均为制造商规定的±20%。
不考虑电源电压的不平衡，计算出的漏电流大约为23μF、CY=1.8μ3相滤波器的计算实例。
电容器值为CX=4.4 mA。
实践经验表明电容器的公差差距不会如此之大。
比较真实的公差范围从-20％至0％。
根据此假设，上述计算得出的漏电流大约为10 mA。
应该指出：不同制造商采用的滤波器漏电流计算方法并不统一。
因此，即使两个滤波器的电路图和元件值相同，但是漏电流可能不同。
到目前为止，在计算中并没有考虑供电网的电压不平衡。
在实际应用中，供电网确实存在不平衡。
为在计算中考虑进此因素，采用了供电网标准EN 50160，此标准规定了公共供电网的状态。
根据此标准，地区供电网的电压不平衡应该不超过3％。
将此条件代入前述计算，当电容器公差为±20%时，漏电流上升到26 mA，当公差为+0/-20%时，漏电流为13 mA。
4. 单相供电网中的漏电流与3相供电网相比，单相供电网中的漏电流计算要容易的多。
在电压和频率给定之后，漏电流只取决于总电容。
图3所示是单相滤波器的典型电容器回路。
图3：单相滤波器的典型电容器配置在正常工作时，漏电流由电容器CYL和CYN决定。
总电流值由下式给出：当CX=100 nF、CY=2.2 nF，并且给定的公差为±20%时，漏电流为190 A。
最坏的情形发生在中性导体断开的时候。
此时，总电容由两个平行电容器组成：一边是CYL，另一边是串联的CX和CYN。
图4是等效电路图。
图4：中性导体断开时的总电容总电容根据下述公式计算：在发生故障时，最大漏电流可以高达377。
5. 漏电流的测量计算漏电流是一件事情，进行测量又是另外一件事情。
各种产品安全标准规定了必要的测量方法。
尽管不同标准之间存在差异，基本方法是类似的。
下文将详细叙述根据EN 60950进行计算。
根据EN 60950进行测量我们在“标准中的要求”中提到：EN 60950使用术语“接触电流”和“保护接地电流”而不是“漏电流”。
测得的电流总是接触电流。
因为单相和3相供电网所用的方法非常类似，所以只叙述单相设备所用的方法。
基本测量设置如图5所示。
测量设备的输出B与系统的接地中性导体相连接。
输出A通过开关STEST与设备的接地端子相连接。
开关SPE打开。
接电源（Power connection）被测设备（EUT）测量设备（Measurement equipment）图5：接触电流的测量设置另外，测量必须采用反极性。
为此，电路使用了开关SPOL。
许可漏电流取决于设备的类型，并在标准中进行了规定。
另外，设备可操作件的接触电流的测量与设备类型无关。
然而，并没有详细描述该测量，因为与漏电流自身无关。
图5所示的测量设备可以有2种版本。
第一种可能性采用下图所示的电压测量回路。
测试连接（Test connections）图6：电压测量设备ΩRB 500ΩR1 10μCS 0.22μC1 0.022，输入电容必须小于200Ω测量电压U2所需的输入阻抗必须大于1 M pF。
频率范围需要在15 Hz至1 MHz之间。
U2到Ileak的转换公式为：除了根据图6测量电压之外，还可以根据图7所示的电路测量电流。
测试连接（Test connections）图7：电流测量设备M 动圈式仪表D 测量整流器RS 无感应电阻器，量程X 10S 量程选择器对于非正弦波形，并且频率超过100 Hz，则图6所示电压测量可以获得更为精确的结果。
供电网拓扑对漏电流的影响在“漏电流的测量”中，已经提到当供电网和电容网络取得平衡时，漏电流最低。
任何不平衡都将增大漏电流。
考虑到这一点，很明显供电网拓补对于设备漏电流具有明显的影响。
对于某些供电网，甚至需要设计专用滤波器来降低漏电流。
特别是在日本供电网中使用欧洲生产的滤波器。
日本供电网的特殊性是一个事实，一个相直接接地。
如图8所示。
EMI滤波器（EMI Filter）图8：日本供电网的原理这种设置类型的并联连接是一个分支为LL2，另一个分支为CL2和C0。
等效电路如图9所示。
图9：图8的等效电路对于这种布局，接地阻抗完全不同，从而产生不同的压降和漏电流。
因此，欧洲滤波器的漏电流额定值不能自动用在日本供电网中。
一种可能的解决方案是更改滤波器接地相的阻抗，从而产生不平衡的滤波器。
另外一种备选方案是增加所有相位的阻抗，从而降低滤波器的总接地电容（Y电容），这样保持了滤波器的对称设置并且没有显著增大漏电流。
6. 总结出于安全考虑，在使用无源EMI滤波器时，需要考虑漏电流的影响。
一般来说，大多数制造商定义了正常运行时每个相位的漏电流。
一般来说，漏电流的额定值不是测量的结果，而是计算值。
计算前提并没有统一的标准，而是由制造商规定。
这些前提包括元件的公差、电源电压的不平衡和操作模式（正常运行、故障状态）。
因此，即使两个滤波器的电路图和元件的额定值相同，但是漏电流可能明显不同。
各种产品安全标准中规定了漏电流的测量，因此易于复制。
然而，不能100％地进行生产测试。
只在验证过程中，才进行类型测试。
最后，但不是最不重要的，漏电流还在很大程度上取决于供电网。
在欧洲供电网中漏电流很低的滤波器在日本供电网中就表现出很大的漏电流。
因此，很容易使现有的漏电流断路器跳闸。
尽责的制造商在其规范中总是标注可能发生的最大漏电流。
最终用户很难可靠地计算设备或装置的总漏电流。