美标UL2231(CCID-20) 中漏电流保护要求简析

单位：浙江巨磁智能技术有限公司 作者：Irving.Yang

2021年11月15日，拜登签署了总额约1.2万亿美元的《基础设施投资和就业法案》，该法案旨在推动到2030年为止在美国安装500,000个电动汽车充电站。这也将为国内充电桩厂商带来一波出口机会。

由于北美和国内的电网系统存在非常大的差别，也使得充电模式二（ICCPD）和充电模式三（AC Charger /Wall-Box）的标准与欧标（IEC61851、IEC62752和IEC62955）和中国国标（GB/T 18487.1）完全不一样。其中美标（UL2231）对漏电流保护部分的要求与国标（GB/T 18487.1）和欧标（IEC61851、IEC62752和IEC62955）存在非常大的差异。这次，我们来一起简单梳理一下美标（UL2231）对漏电流保护要求。

UL 2231-2《Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: Particular Requirements for Protection Devices for Use in Charging Systems》 中描述了对漏电流的保护要求和测试方法。

而在确定漏电流保护要求之前，需先查看UL 2231-1《Personnel Protection Systems for Electric Vehicle (EV) Supply Circuits: General Requirements》，其中中对接地系统的保护要求进行了划分，不同电压等级有不同的要求，也带来了不同的漏电流保护要求，如Table 2中的这个表格：

漏电保护类型主要分为CCID5和CCID20，根据电压等级，配合基本绝缘、双重绝缘加强绝缘，以及是否具备接地监测功能、是否中性线接地来进行选择漏电保护是CCID5还是CCID20。CCID的跳脱阈值可参考UL2231-2中Table4~5两个表格，如下图：

简单来说，CCID5对交流漏电的保护范围是5±1mA，直流是30mA，同时对DC+AC混合漏电流以及高频都有保护，而CCID20对交流漏电保护范围是15~20mA，直流是40X1.414=56.56mA，同样也对混合漏电流和高频漏电都有保护。和欧标中的B型漏电保护类似，都需对各种复杂漏电进行保护，也都考虑了直流漏电的危害，但是和欧标又有很大区别，我们知道欧标中有一个直流6mA的保护要求，是对于磁保护的要求，防止直流漏电对充电系统中其他根据互感原理进行漏电保护的装置造成直流偏磁效应从而导致保护失效。UL2231中直流漏电的保护阈值都大于交流，显然关注重点是直流直接对人体造成的伤害。

我们都知道漏电流的危害和电流能量大小相关，而能量由漏电流持续时间和大小决定，一般测试漏电功能是否可靠也是从脱扣电流大小和脱扣电流时间两方面来确定的。

对于脱扣电流大小，纯直流和纯交流比较好理解，在Table 4~5中已经给出了阈值。

而DC+AC的混合漏电流，UL2231在Figure 6中给出了不同DC含量下的脱扣阈值，如下图：

横坐标是直流含量大小，纵坐标是AC&DC混合漏电流大小（峰值），并且也给出了起始点和终点的坐标值，从而可以得知AC和DC的混合比例。

对于AC＞60Hz的高频漏电流阈值，如果是CCID5,根据Table 4是5XFF but not greater than 70，FF系数需查看Figure 7,如下图所示，横坐标是频率，纵坐标是FF系数。

而如果是CCID20，阈值是20XRatio，Ratio系数由Figure 8确定，如下图：

对于拟用于具有多个频率的电源电路的CCID型设备的允许脱扣阈值应通过将电源应用于Figure 9所示的电路来确定。频率因数是通过将V-in值除以测量的V-OUT值来确定，如果是CCID5，阈值就是5XFF，如果是CCID20，则阈值就是20XRatio。

对于脱扣时间的确定，UL2231在Table 6中给出了公式：

与欧标给出了详细的测试模型不同，UL2231也给出了测试模型，但并没有包括所有要求的内容。我们可以看到，在Figure 10中，给出了一个测试模型，如下图所示：

该图显示，接地故障测试是通过在负载侧引出一个电阻到接地端，通过调节电阻大小来模拟不同大小的漏电流。这个测试模型似乎只能考察纯交流漏电流的保护，因为交流充电设备是交流输出的。而理论上，如果要对直流和各种不同频率进行测试，需要设计不同的电路来进行。通过对美标漏电标准的简单分析，可以看到美标的漏电流要求相对欧标来说区别是非常大的。

作为全球领先的漏电流保护方案供应商，MAGTRON在一些实际的应用案例中发现，不同的认证机构对于美标的标准解读和测试方法也并不完全一样，MAGTRON可提供传感器级别的美标漏电流保护解决方案，配合客户完成美标充电桩的认证。

审核编辑 黄宇