作者：Richard Anslow and Martin Murnane

新的政府政策與新的法規相結合，正在推動可再生能源發電，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，這種太陽能發電導致需要顯著監控太陽能系統的所有元素。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收發器可為太陽能光伏網絡通信接口提供安全、可靠且可靠的EMC穩健解決方案。?

RS-485有多種用途，主要用途是遠程監控發電、電源點跟蹤器和儲能狀態（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電和消費活動。可以安裝多種系統策略，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小時太陽能發電、儲能和家庭消費如圖1所示。圖1是系統設計用于太陽能系統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最低的電網購買。一旦太陽升起，太陽能電池板上就會出現輻射，就會產生電力，家庭自我消費就開始了，任何太陽能發電要么用于家庭，要么被轉移到儲能單元充電。這允許通過減少從電網獲取的能源和使用太陽能來控制賬單成本，其中公用事業公司提供低上網電價。

圖1.太陽能發電、儲能和家庭消費在典型的一天 24 小時內。

RS-485是PC屏幕數據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的典型光伏監測系統數據。

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。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收發器？

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

對于太陽能光伏網絡，RS-485或CAN通信接口通常在電氣噪聲環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耦合器系列數字隔離產品已通過各種監管機構的測試和批準，包括UL、CSA、VDE、TüV、CQC、ATEX和IECEx。該監管機構測試在電氣惡劣的太陽能光伏環境中可能發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的低數據速率運行，這是RS-485通信的理想工作范圍。以太網等替代實現以 10 Mbps/100 Mbps 或 1 Gbps 的固定數據速率運行，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絡的上市時間。

適用于現有太陽能光伏網絡的嵌入式i耦合器隔離解決方案

對于現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據收發器，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邏輯引腳上實現高速流量控制和方向性，從而形成可靠的通信系統。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級EMC標準和客戶要求。系統級 IEC 標準（如用于工業自動化的 IEC 61131-2）規定了不同級別的 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管目標的設計的上市時間。

特別是，ADM2795E RS-485收發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收發器和IEC電磁兼容性（EMC）瞬態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在多個系統級EMC測試中表現可靠，這些測試由EMC一致性測試機構認證（可根據要求提供認證）：

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絡通信接口提供了安全、可靠且 EMC 穩健的解決方案。

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境中很常見。ADM2795E縮短了需要滿足嚴格監管目標的設計的上市時間。

信號和電源隔離RS-485收發器（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