作者：Richard Anslow and Martin Murnane

新的政府政策與新的法規(guī)相結合，正在推動可再生能源發(fā)電，預計未來太陽能市場將有強勁的增長。由于當前太陽能逆變器中功率密度的增加以及對儲能平衡的需求，這種太陽能發(fā)電導致需要顯著監(jiān)控太陽能系統(tǒng)的所有元素。對于太陽能光伏應用，由于固有的抗噪性，使用RS-485通信。添加i耦合器隔離式RS-485收發(fā)器可為太陽能光伏網(wǎng)絡通信接口提供安全、可靠且可靠的EMC穩(wěn)健解決方案。?

RS-485有多種用途，主要用途是遠程監(jiān)控發(fā)電、電源點跟蹤器和儲能狀態(tài)（電池存儲）。

對于儲能等太陽能應用，通信至關重要，因為它會提醒用戶其太陽能裝置中的發(fā)電和消費活動。可以安裝多種系統(tǒng)策略，例如賬單管理、光伏自用、減少需求電荷和備用電源。備用電源是最受歡迎的，尤其是在美國，因為各種颶風在德克薩斯州和佛羅里達州造成了嚴重破壞。

典型的24小時太陽能發(fā)電、儲能和家庭消費如圖1所示。圖1是系統(tǒng)設計用于太陽能系統(tǒng)中賬單管理的主要原因。在夜間，當太陽能電池板沒有輻射時，消耗的能量將從電網(wǎng)最低的電網(wǎng)購買。一旦太陽升起，太陽能電池板上就會出現(xiàn)輻射，就會產生電力，家庭自我消費就開始了，任何太陽能發(fā)電要么用于家庭，要么被轉移到儲能單元充電。這允許通過減少從電網(wǎng)獲取的能源和使用太陽能來控制賬單成本，其中公用事業(yè)公司提供低上網(wǎng)電價。

圖1.太陽能發(fā)電、儲能和家庭消費在典型的一天 24 小時內。

RS-485是PC屏幕數(shù)據(jù)更新的首選通信應用，例如當前功率，最大功率點跟蹤器中的電流消耗，電池充電和健康狀況以及CO2減少等可用，如圖 2 所示。

圖2.來自光伏太陽能系統(tǒng)的典型光伏監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)。

圖3顯示了具有輸入對輸入直流串、直流到交流轉換、能量充電和存儲以及電池管理和通信的典型太陽能系統(tǒng)。ADI公司為太陽能光伏和儲能應用提供完整的電源、通信和控制接口信號鏈解決方案。i耦合器隔離式柵極驅動器解決方案包括ADuM4135和ADuM4223/ADuM3223;i耦合器隔離通信端口解決方案包括ADM2795E、ADM2867E和ADM3054;混合信號處理器解決方案包括ADSP-CM40x。

圖3.帶存儲的典型太陽系的框圖。

為什么使用帶耦合器隔離的RS-485收發(fā)器？

i耦合器隔離為太陽能光伏網(wǎng)絡通信接口提供了安全、可靠且 EMC 穩(wěn)健的解決方案。

對于太陽能光伏網(wǎng)絡，RS-485或CAN通信接口通常在電氣噪聲環(huán)境中通過長電纜運行。RS-485通信本質上是差分的，并且具有固有的抗噪聲性。添加i耦合器隔離可提高抗噪性。

i耦合器系列數(shù)字隔離產品已通過各種監(jiān)管機構的測試和批準，包括UL、CSA、VDE、TüV、CQC、ATEX和IECEx。該監(jiān)管機構測試在電氣惡劣的太陽能光伏環(huán)境中可能發(fā)生的高壓瞬變和電涌的情況下提供了經過認證的安全水平。

太陽能光伏通信接口通常以低于500 kbps的低數(shù)據(jù)速率運行，這是RS-485通信的理想工作范圍。以太網(wǎng)等替代實現(xiàn)以 10 Mbps/100 Mbps 或 1 Gbps 的固定數(shù)據(jù)速率運行，這顯然是針對應用要求過度設計的。

i耦合器隔離已證明具有EMC魯棒性，可減少現(xiàn)場故障。增加的EMC魯棒性減少了接口電路的設計和測試時間，從而加快了太陽能光伏網(wǎng)絡的上市時間。

適用于現(xiàn)有太陽能光伏網(wǎng)絡的嵌入式i耦合器隔離解決方案

對于現(xiàn)有的太陽能逆變器安裝，其中不包括通信端口上的i耦合器隔離魯棒性，i耦合器隔離RS-485中繼器是一種強大的插入式解決方案。緊湊的信號和電源i耦合器隔離RS-485中繼器在電磁能力（EMC）惡劣的太陽能環(huán)境中提供強大的電氣噪聲隔離保護。

圖4.信號和電源iCoupler隔離RS-485中繼器。

i耦合器隔離式RS-485中繼器設計由兩個RS-485收發(fā)器和兩個高速ADCMP600比較器組成。ADM2867E是一款完全集成的信號和電源隔離數(shù)據(jù)收發(fā)器，具有±15 kV ESD保護，適合多點傳輸線路上的高速通信。ADM2867E內置一個集成式隔離式DC-DC電源，無需外部DC-DC隔離模塊。RS-485中繼器需要流量控制，這對于控制RS-485總線上的通信方向至關重要。使用ADCMP600高速比較器可在ADM2867E邏輯引腳上實現(xiàn)高速流量控制和方向性，從而形成可靠的通信系統(tǒng)。有關完整的設計指南，請參閱AN-1458應用筆記具有自動方向控制的隔離式RS-485中繼器。

i耦合器信號隔離RS-485，具有額外的EMC魯棒性

在設計EMC通信接口時，電路設計人員經常面臨設計和測試迭代周期。該電路的設計需要滿足系統(tǒng)級EMC標準和客戶要求。系統(tǒng)級 IEC 標準（如用于工業(yè)自動化的 IEC 61131-2）規(guī)定了不同級別的 IEC ESD、EFT 和浪涌保護，以及對輻射、傳導和磁干擾的抗擾度。

ADI公司的耦合器信號隔離RS-485包括額外的經認證的EMC保護，可防止這些明顯的干擾，從而縮短需要滿足嚴格監(jiān)管目標的設計的上市時間。

特別是，ADM2795E RS-485收發(fā)器集成了隔離魯棒性和EMC保護功能，可為太陽能光伏通信端口接口節(jié)省大量印刷電路板（PCB）板空間。

ADM2795E是一款5 kV rms信號隔離式RS-485收發(fā)器，在RS-485總線引腳上提供高達±42 V的交流-直流峰值總線過壓故障保護。該器件集成了ADI公司的i耦合器技術，將3通道隔離器、RS-485收發(fā)器和IEC電磁兼容性（EMC）瞬態(tài)保護集成在單個封裝中。

ADM2795E集成式耦合器技術已通過VDE0884-10、UL 1577、CSA和CQC（申請中）認證。

工作電壓：849 V峰（600 V rms） 通過 VDE 0884-10 認證

耐壓：5000 V rms通過 UL1577 認證

ADM2795E在多個系統(tǒng)級EMC測試中表現(xiàn)可靠，這些測試由EMC一致性測試機構認證（可根據(jù)要求提供認證）：

IEC 61000-4-5 浪涌

IEC 61000-4-4 電子轉帳

IEC 61000-4-2 靜電放電

IEC 61000-4-6 傳導射頻抗擾度

IEC 61000-4-3 輻射射頻抗擾度

IEC 61000-4-8 磁抗擾度

圖5.iCoupler 隔離式 RS-485 收發(fā)器，在 A 和 B 總線引腳上增加了 IEC 61000-4-5 浪涌魯棒性。

結論

ADI公司為太陽能光伏和儲能應用提供完整的信號鏈解決方案。我耦合器隔離式柵極驅動器解決方案包括ADuM4135和ADuM4223/ADuM3223，而i耦合器隔離式通信端口解決方案包括ADM2795E和ADM2867E，ADSP-CM40x混合信號控制處理器提供電源通信和控制接口。i耦合器隔離為太陽能光伏網(wǎng)絡通信接口提供了安全、可靠且 EMC 穩(wěn)健的解決方案。

ADI公司的接口和隔離產品組合提供多種隔離RS-485接口的選項。ADM2795E提供完整的系統(tǒng)級EMC解決方案，符合IEC 61000浪涌、EFT和ESD標準，并且不受傳導、輻射和磁干擾，這些干擾在惡劣的太陽能光伏環(huán)境中很常見。ADM2795E縮短了需要滿足嚴格監(jiān)管目標的設計的上市時間。

信號和電源隔離RS-485收發(fā)器（如ADM2867E）提供了當今市場上集成度最高的信號和電源隔離解決方案。ADM2867E可用于RS-485中繼器設計，為在已完成的設計中增加耦合器隔離魯棒性提供途徑。

審核編輯：郭婷