多個(gè)光伏電池(PV)，通過串聯(lián)和并聯(lián)，就組成一個(gè)高壓的光伏電池組。接上逆變器，就開始并網(wǎng)發(fā)電；接入MPPT，就開始給電池組充電，便成了儲(chǔ)能。

600V及以上的高壓PV有一個(gè)GFDI的要求。GFDI是Ground Fault Detection Interrupter（接地故障檢測與中斷）的縮寫。注意，它不是常見的漏電保護(hù)裝置GFCI（Ground Fault Circuit Interrupter）。GFDI的目地，不是為了保護(hù)人生安全，而是為了防止因設(shè)備錯(cuò)誤的接地而引起設(shè)備的各種故障-例如功率損失，幽靈電壓，雜散電壓等等。GFDI的目地是為了保護(hù)設(shè)備。

GFDI的核心思想是：

1、為了人生安全，最好是正端和金屬外殼接地；但這會(huì)引起所謂的PID（電勢誘導(dǎo)衰減）問題；

2、負(fù)極接地是抑制PID的有效手段；但這需要監(jiān)測GFDI的漏電流，避免因錯(cuò)誤的接地/或接地故障而導(dǎo)致短路。

GFDI的核心目標(biāo)：檢測直流側(cè)異常的接地風(fēng)險(xiǎn)；UL1741、IEC62109等安全標(biāo)準(zhǔn)中也要求光伏系統(tǒng)電壓≥600V時(shí)配備GFDI，且故障響應(yīng)時(shí)間≤2秒。

如下，是一種高壓電池組的GFDI電路，它純粹的靠機(jī)械式的Breaker來斷開系統(tǒng)，起到因錯(cuò)誤的接地而做保護(hù)。

優(yōu)點(diǎn)很顯著：可靠性高；

缺點(diǎn)也比較明顯：

1.成本高:得用專門的GFDI breaker，還引入了采購風(fēng)險(xiǎn)；

2.響應(yīng)時(shí)間慢(利用了電流通過電阻發(fā)熱的效應(yīng)來讓Breaker脫扣，是個(gè)I2t的關(guān)系)，檢測精度也比較低。

針對上述產(chǎn)品的優(yōu)、缺點(diǎn)，提出了如下一種改進(jìn)的GFDI電路。其創(chuàng)新點(diǎn)，是引入閉環(huán)霍爾電流傳感器，實(shí)時(shí)的監(jiān)測漏電流，程序不斷進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換并做邏輯判斷，一旦大于某個(gè)限值（IEC的要求最低為5A。但此值的大小可以在程序中任意的設(shè)定），輸出控制信號(hào)，迅速的讓設(shè)備脫扣，整個(gè)響應(yīng)時(shí)間不到100ms(0.1s)，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于IEC的要求最低為2s 。

現(xiàn)在來解釋一下為何能在100ms( 0.1S )內(nèi)就作出響應(yīng)。

1. 閉環(huán)霍爾電流傳感器選用光伏、儲(chǔ)能專用的芯森電子CM系列，例如CM2A、CM3A，0~200A量程，精度為0.3%。在做好零點(diǎn)消除；后端的采樣、放大電路選用低溫漂、高精度的電阻、自校準(zhǔn)等一系列措施后，精度可以輕松優(yōu)于0.1%，甚至可以優(yōu)于0.05%。

CMxA

2. 器件的響應(yīng)時(shí)間小于1us，這意味能精確測量、迅速的反應(yīng)；

圖中：di/dt=50A/us

以12Mhz主頻，1T指令周期的8 Bit的8051內(nèi)核的單片機(jī)為例，其完成一個(gè)A/D轉(zhuǎn)換周期，最快，只需要約6us ，最慢約35us，程序做判斷按照需100條機(jī)器指令計(jì)算，約需要100 us=0.1ms。最終輸出控制接觸器的通斷，接觸器的動(dòng)作時(shí)間最大約為60ms，合計(jì)一共最大需要約61ms；

完整的應(yīng)用電路如下，每個(gè)子單元單獨(dú)的驗(yàn)證過其精度，該電路也長期運(yùn)行過，被證明其穩(wěn)定可靠：

主電源24V輸入，帶EMC保護(hù)部分，該設(shè)計(jì)能抗至少2000V的EFT和浪涌。主CPU為8051內(nèi)核，帶一標(biāo)準(zhǔn)的485接口。輸出通過一個(gè)10A觸點(diǎn)容量的繼電器，去最終推動(dòng)一個(gè)大電流的直流接觸器，從而達(dá)到保護(hù)的目的。

電路的創(chuàng)新點(diǎn)是自帶一個(gè)最大值檢測并保持電路。測試表明，該單元電路能順利檢測到寬度僅10us的脈沖幅值并能保持至少10秒。程序只需要去定時(shí)讀該點(diǎn)的A/D值即可，而無須擔(dān)心會(huì)錯(cuò)過最大值的時(shí)刻，故不必在意單片機(jī)的運(yùn)行速度。上述的電路，哪怕單片機(jī)的主頻低至為1Mhz，整體的響應(yīng)速度也會(huì)快于65ms，該單元電路為此處的一個(gè)亮點(diǎn)。

該CM2A/CM3A霍爾電流傳感器，其工作電壓為±15V，這種工作電源，對于一個(gè)單片機(jī)系統(tǒng)來說，有可能不是很友好，因其只用單5V/12V電源，

在這種情況下，可以考慮芯森電子CS1V器件，見下圖。該器件采用單5V電源供電，閉環(huán)霍爾，PCB安裝，穿線式，最高測量到300A，該器件的響應(yīng)時(shí)間，約為1.2 us。

用該器件作為測量GFDI的漏電流，也是一種不錯(cuò)的選擇。僅需要注意的地方是：絕緣考慮，該種結(jié)構(gòu)的器件，被測線的電壓，不能太高；

響應(yīng)時(shí)間

CS1V器件外觀