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      《電子技術應用》
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      加快“雙碳”目標推進趨勢下,隔離式RS-485收發器在太陽能產業應用分析

      2021-09-29
      來源:ADI
      關鍵詞: 太陽能 碳中和

        實現“碳達峰、碳中和”目標,能源是主戰場,而太陽能技術產業是助力我國達成“雙碳”發展目標的關鍵領域。據相關報道,如果2060年我國實現碳中和,核能將是現在的5倍多、風能是現在的12倍多,而太陽能會是現在的70多倍!由于太陽能逆變器中功率密度的不斷增加以及對儲能平衡的需求,新一代太陽能發電要求對太陽能系統的所有元件進行大量監控。

        除了跟隨電氣系統更小、更輕的發展趨勢,新一代太陽能系統在設計時還必須考慮市場要求,尤其應滿足越來越嚴苛的電磁兼容性 (EMC) 規格。于是,能夠同時滿足安全和EMC要求的緊湊型解決方案就成了太陽能系統設計師重點考慮的策略。ADI公司的隔離式RS-485收發器ADM2867E具有低電磁輻射干擾,能在盡量少的電路板返工和避免預算超支條件下滿足EMC合規要求。相比前一代產品,這款收發器采用簡化的PCB布局,SOIC外形小巧,可以在空間有限的應用中集成更多功能。

        為什么要用帶隔離的RS-485?

        RS-485是由TIA-485-A/EIA-485-A標準定義的多點通信網絡,在單個(2線)總線上指定多達32個驅動器和32個接收器,現代收發器經改進允許在同一總線上支持256個節點。差分信號方案和寬共模容差為長距離和惡劣環境下的高速通信提供了出色的抗擾度。就太陽能光伏應用而言,RS-485 通信固有的抗擾性能使其得到應用。對于太陽能逆變器設施的控制器,在同時采用直流/直流控制器和直流/交流控制器的情況下,控制器之間必須進行通信,以確保整個系統高效運行。然而,直流/直流控制器與直流/交流控制器之間通常以電氣方式隔離,或者至少在兩個接地系統之間極有可能存在大共模電壓。因此,兩個處理器之間的通信必須以電氣方式加以隔離。ADI的iCoupler隔離式RS-485是強大的直接插入式解決方案,具有經過驗證的EMC魯棒性,可減少現場故障。

        另外,增強的EMC魯棒性可縮短接口電路的設計和測試時間,從而加快太陽能光伏網絡的上市時間。ADI的iCoupler系列數字隔離產品已經過測試,并獲得多家監管機構認證,包括UL、CSA、VDE、TüV、CQC、ATEX和IECEx,這些監管機構的測試證明產品達到了要求的安全水平,使產品不會因為電氣條件惡劣的太陽能光伏環境中可能出現的高壓瞬變和電涌而受到影響。

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        如何滿足EMC合規要?

        設計EMC通信接口時,電路設計人員常常要面對設計和測試迭代循環。電路設計必須符合系統級EMC標準和客戶要求。EMC的要求就好像是做一個好鄰居--不制造過大噪聲,同時能夠容忍鄰居的吵鬧。EMC分為兩個方面;抗擾度和發射。發射可進一步分為傳導發射和輻射發射,而抗擾度可分為傳導抗擾度、輻射抗擾度、瞬變抗擾度和容錯。系統設計完成后遇到EMC問題會非常難以解決,因為隨著設計的進行,可用來解決EMC問題的技術越來越少。所以,必須在項目一開始就考慮EMC設計,從而盡量減少花費在電路板迭代上的時間,同時還可縮短設計時間并降低項目成本。

        ADI的iCoupler隔離式RS-485收發器ADM2867E 就集成了隔離魯棒性和EMC保護,可大幅節省印刷電路板(PCB)空間,以供太陽能光伏通信端口接口使用。該器件集成了ADI較低的EMI IsoPower技術,并采用了隔離式DC-DC轉換器,因此無需設計外部電源。集成DC-DC轉換器之后,便可以在這些空間受限的應用中,集成極為緊湊的隔離式RS-485板,對于保持低制造成本至關重要的應用可改善EMI,并簡化合規設計的開發,包括雙層電路板。

        對于更高電壓的應用,例如太陽能串式逆變器需要對遠高于RMS的電壓實施絕緣隔離。ADM2867E可以為系統電壓高于1500V DC的器件提供終身絕緣隔離,集成式保護器件依照IEC標準,針對系統級ESD事件提供4級絕緣保護,因此無需使用外部保護器件,并提供智能電纜反相功能,可以遠程校準電纜極性,解決布線問題,而無需返回安裝現場。

        隨著IsoPower技術的不斷進步,ADM2867E的電磁輻射最大限度降低,使得系統設計人員能夠輕松滿足嚴格的B類標準要求。ADM2867E在滿足負載的條件下,在標準的雙層PCB上測試的結果顯示,裕量符合EN 55032B類限值要求,而無需采用旁路電容等復雜的EMI抑制技術,即可通過B類認證。另外,該器件額定可以承受5.7kV RMS,且爬電距離和電氣間隙大于8mm,因此非常適合需要加強絕緣的應用。

        結論

        隨著太陽能技術和成本效率方面的持續進步,可再生能源的未來前景無限,而新技術是促成再生能源安全高效生產的主要因素。ADI公司的接口和隔離產品組合有多種方案可隔離RS-485接口。iCoupler隔離式RS-485 ADM2867E可提供完整的系統級EMC解決方案,為系統設計人員提供了更好的解決方案,能夠顯著降低設計復雜性并確保更好的EMC測試效果和合規性。重要的是,其符合IEC 61000浪涌、 EFT和ESD標準,不受惡劣太陽能光伏環境中常見的傳導、輻射和磁場干擾的影響,大幅縮短需要滿足嚴格監管目標的設計的上市時間。


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