一套完整的太阳能方案需要哪些部分?
Ofweek 2021-07-26

  放眼全球,当下最流行的无疑是低碳环保。作为可再生能源,太阳能自然是低碳环保的代表,它资源丰富,既可免费使用,又无需运输,对环境无任何污染,为人类创造了一种新的生活形态,使社会及人类进入一个节约能源减少污染的时代。而太阳能在电子业中的运用也是越来越多。

  为响应此环保趋势,下面介绍一套完整的太阳能方案︰

  方案包括如下六个部分︰

  Solar Panel

  Solar Junction Box

  NXP太阳能电池最大功率跟踪MPT612

  TI C2000 Inverter方案

  NXP非计费式电能计量EM773

  TI电力线通信调制解调器

  

  1、Solar Panel

  GET Main Product :

  

  

  2、Solar Junction Box

  

  3、NXP太阳能电池最大功率跟踪方案MPT612

  MPT612该产品是唯一针对太阳能 (PV) 电池或燃料电池应用提供最大功率点跟踪 (Maximum Power Point Tracking; MPPT) 的低功耗积体电路。MPT612芯片采用专利申请中的MPPT演算法,可广泛用于如太阳能电池充电控制单元、分布式MPPT和微型转换器等应用中,达到98% 的能量萃取(extraction)。

  NXP的MPT612可相当容易配置于各种使用MPPT的太阳能直流充电控制单元,例如可携式设备和家庭应用的电池充电器;铁路和交通号志;街道、花园和车道灯。MPT612也相当适合使用于抽水帮浦和电扇等非储存式电动马达。

  主要特性和优点:

  采用低功耗、32位元ARM7TDMI-S™处理器

  支援包括I2C、 UART、SPI和SSP在内的多个串行接口

  硬件功能包括电压和电流测量、面板参数配置,并能发送输出讯号来控制外部开关

  简化开发和最佳化系统效率,MPT612随目标档 (object files) 一起提供,包括NXP正在申请专利的MPPT算法、针对特定应用的软件数据库和易于使用的应用程式接口函数 (API函数)

  用于系统配置的API可设定降压 (buck) 或降压-升压 (buck-boost) 的拓扑算法

  提供应用软件最大15KB的快闪存储器空间,以及三层级的快闪存储器代码读取保护 (Code Read Protection; CRP) 来保证用户所开发代码的安全

  

  Flashmagic、IAR、Keil及其他开发工具都支援MPT612。

  系统方块图:

  

  

  Demo board:

  

 4、TI C2000 Inverter方案

  TI C2000 Inverter方案框图

  

  Demo Board图片

  Renewable Energy Developer‘s Kit:

  

  Digital Power Experimenter’s Kit

  

  F28035 Piccolo controlCARD, USB docking station, CCS V3.3 , USB Cable

  

  

  5、NXP非计费式电能计量解决方案EM773

  EM773电能计量芯片,为全球首款用于非计费式电能计量的32位元ARM®解决方案。近年来,电力公司和公用事业公司纷纷采用先进读表基础建设(Advanced Metering Infrastructure; AMI) 和智慧型电表,进而推出更精确的计价模式和资费标准,鼓励用户相应调整其能源消耗模式。NXP的EM773电能计量芯片突破了道统的计费概念,使系统设计人员可轻易地将电能计量功能整合至任何类型的设备中,为终端用户提供更方便且直觉式的用电资讯。一般消费者和工业用户利用EM773可即时了解自己的电能消耗情况,范围包含从智慧插座、智慧电器、节能电子产品到住宅分电表、工业分电表,甚至是资料中心的机架式服务器等。

  EM773芯片作为计量引擎,具备自动单相 (single phase) 电能计量功能,其API指令可大幅简化非计费式计量应用的设计工作。NXP EM773采用ARM Cortex™-M0处理器。

  EM773电能计量芯片可达到‘轻松计量’- 即使没有很深计量学专业背景的设计人员也能进行非计费式计量设计。NXP EM773达成了创新设备的快速开发与设计,并将终究改变我们的能源消耗模式,无论是家用电器、行动设备,或是工业环境。

  透过强大的ARM Cortex-M0平台,NXP EM773可完成复杂的通讯任务,如运作多功能无线m-bus堆叠,如此一来,用电量资讯可在家中或企业内快速传递,并显示在电脑和智慧手机等终端设备上。EM773标准展示组附有一个无线的插入式电表,可将资料从计量引擎透过无线m-bus传输到USB传输器。USB传输器采用的是NXP生产的OL2381无线收发器和LPC1343微控制单元。

  透过简单API指令存取的NXP计量引擎能自动计算主动功率 (单位瓦特,精确度1%以内) 。计量引擎亦可计算被动功率、视在功率 (apparent power)、功率因子比例,甚至是总谐波失真 (Total HarmonicDistortion; THD)。此外,附在电能计量芯片展示组的开源插入式电表应用中整合了电量资料(kWh),可发送至电脑上并显示出来。

  功能强大的32位元Cortex-M0平台不仅支援最高48 MHz工作频率,还保持小封装尺寸和硅元件的低成本优势,成本与道统的8位元和16位元微控制单元相当。NXP EM773采用32KB快闪存储器和8KB SRAM内存的整合设计,支援复杂的客户应用软件,透过减少外部元件数量提升系统的成本效益。利用NXP完整的展示设计成果和标准的ARM工具链环境的支援,EM773可进一步降低成本。

  

  系统参数设计图:

  

  

  

  6、TI电力线通信调制解调器

  电力线通信 (PLC) 利用现有电力线基础设施,为在许多工业应用引进智能监控和控制提供了经济高效的方法。它让PLC成为用于智能电网应用(如智能抄表、照明控制、太阳能、插入式电动车以及家庭和楼宇中的供暖、空调和安全系统)的首选技术之一。

  对这些应用实施低频窄带PLC (LF NB PLC) 技术将提供最适合的带宽、功耗和成本要求。在窄带域(频率高达 500kHz)营运可确保数据完整性,同时可将系统成本降到最低。数据速率从1.2kbps到数百kbps不等,具体取决于现有标准。

  开发高效PLC实施也会遇到困难。电力线本身就具有噪声,因此需要强大架构才能确保数据可靠性。此外,每种应用和工作环境都不同,需要开发人员针对各种原素优化设计。由于协议标准和调制方案多种多样,开发人员需要灵活的开发平台,以简化设计、实现对环境条件的优化、遵守当地法规的同时可轻松调整以满足不断发展的标准。

  方框图:

  

  设计注意事项

  电力线通信调制解调器系统的调制信号首先进入接收器级或有源带通滤波器,其中为滤波器选择的运算放大器应该提供低噪声、低谐波失真和低输入偏置(如TI的OPA365或OPA353中所示)。使用可编程增益放大器 (PGA)(如 PGA112)调节接收信号时,可实现宽动态范围和优化信号处理。它需要足够快速准确地连接至模数转换器的输入,以便正确转换为数字形式供处理。这可通过F28235 Delfino或F2802x/03x Piccolo(可升级C2000 32位微处理器 () 系列的成员)的片上12位ADC来实现。12位ADC的工作频率高达12.5MSPS,且还包含触发机制,用于支援多频和相位采样(二次采样和保持功能)。C2000 MCU系列让开发人员可在同一硬件上支持多种调制,因此无需重新设计调制解调器来支持不同的调制或标准。这使得C2000 32 位MCU系列成为用于电力线通信实施的智能且灵活的平台。

  已处理的信号将由用于驱动高输出电流的PLC发送器级传回电网。使用低至150ps的C2000 ePWM支援占空比分辨率可进行控制,以便对谐波进行更多的控制并减少采样输出延迟。必须仔细设计发送器级,以便从MCU接收数字信号、对这些信号进行滤波以消除能带发射以及驱动AC电力线的低阻抗。OPA564是24V、1.5A、17MHz的功率运算放大器,能够满足PLC线路驱动器的严格要求。将AFE031(高度集成的PLC类比前端)与C20000TM相结合时,可进一步改善集成、提升性能和降低成本。AFE031将发送滤波器、功率放大器、接收滤波器和PGA集成在专为PLC设计的可编程积体电路中。

  产生的调制解调器MCU + AFE可透过其中一个C2000TM串行界面选项(包括CAN、I2C、LIN、SPI或UART)直接与外部系统(有线和无线应用)进行通信。

  TI PLC软件透过plcSUITE库提供,让开发人员可以在一个独特设计中支援多种调制和标准。开发人员可实施 SFSK IEC61334、PRIME和G3标准,将FlexOFDM用于定制OFDM实施,还可以针对未来的标准进行升级。

  从电源管理角度来看,PLC模块可采用现有系统直流轨的电源或直接采用用于通信的主AC电源。如果是主AC电源,则需要对美国的115V、60Hz滤波 (或欧洲和亚洲的230V、50Hz)进行滤波,并为MCU、AFE和各种支援组件将其转换为隔离 DC 电源。UCC28600或UCC28610绿色环保模式反向控制单元最适用于提供隔离12V或15V直流轨,以便直接用于功率放大器和连接至 DCDC 模块(如PTH08080W)或降压转换器(如TPS54231),从而提供低电压 (5V) PLC系统轨。如果添加线性稳压器(如TPS79533 LDO),则可透过低功率组件(如MCU、PGA、运算放大器、USB收发器和任何其它数字或类比组件)提供实用的低噪声 3.3V电压轨。

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