光伏中的电压电流隔离测量

YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage1安华高光电耦合隔离放大器在光伏发电系统中的灵活应用陈红雷2013年11月YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage2内容提要•光伏逆变器类型•光电耦合隔离放大器特性•应用•电压检测•电流检测•温度检测•设计工具•隔离放大器系列产品综览•技术支持联系方式YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage3光伏发电系统简述•光伏发电系统一般包括：•由光伏电池板阵列组成的光伏电池串•从光伏电池组串采集直流电流并馈送到逆变器的汇流箱•电源逆变器•根据额定功率值划分的光伏逆变器类型：•发电厂式的中央功率逆变器，功率在1兆瓦及以上•分布式发电用逆变器，中等额定功率，数十千瓦至数百千瓦•低功率至微功率逆变器，功率在几个千瓦及以下•电压、电流和温度检测器件需求：•组串需要过压保护和电流检测器件•逆变器需要电压传感器、电流传感器和温度传感器•安华高隔离放大器可以提供精确的信号传输和高可靠性的安全隔离功能YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage4太阳能系统框图一个典型的光伏逆变器系统需要使用：•电压传感器监视汇流箱里的光伏电池阵列电压•电压传感器测量直流/交流逆变器的总线电压•电流传感器测量组串电流，一个汇流箱通常有8至16个通道•位于逆变器输出端的电流传感器，2至3个通道•直流/直流和直流/交流转换器中的栅极驱动光耦，以及•现场总线通信中的数字光耦DSP+–+–+–+–+–+–+–+–YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage5光电耦合隔离放大器－简介YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage6Σ-Δ调制器将模拟输入信号转换为高速比特流。比特流的时间平均值完全正比于输入信号电平。这个数字化的数据流经编码后通过隔离势垒完成光学传送。检测器电路捕获光学信号，并转换回电信号，再经滤波后得到差分输出信号。光耦隔离放大器－工作原理检测器电路滤波器解码器和DAC输入信号处理光学上透明的电介质输出信号处理输出输入时钟发生器编码器LED驱动电路参考电压参考电压Σ-Δ调制器封装好的产品简化框图YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage7ACPL-C87B/C87A/C870–精密隔离电压传感器特性•线性输入范围:0-2V•高输入阻抗:1G•单位增益，差分输出•增益精度:0.5%(C87B),1%(C87A)和3%(C870)•增益漂移:-35ppm/C•供电电压VDD2:3to5.5V•非线性度:最大值0.1%•低功耗待机模式•高共模抑制比:15kV/μs(VCM=1500V)•带宽:100KHz•封装:SSO8•工作温度:40ºC至+105ºC•增强性光学隔离，获得全球安全认证：•5kVRMS达1分钟(UL1577)•Viorm=1414Vpeak(IEC60747-5-5)•CSA文件通知#5应用•交流和伺服电机驱动器中的隔离电压检测•太阳能逆变器中的隔离式直流总线电压检测•隔离传感器接口•数据采集系统中的信号隔离•通用电压信号隔离输入范围78XXC87X2V200mV10倍输入阻抗78XXC87X1G500k2000倍宽动态输入范围，提高了信噪比高输入阻抗，最大程度地减小了加载误差YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage8ACPL-C87X–精密电压传感器具有更高的精度，更宽的输入范围和更小的封装ACPL-C87B/C87A/C870HCPL-7800A/7800/7840温度:–40至+105°CVDD1=5V;VDD2=3V至5.5V温度:-40至+85°CVDD1=5V;VDD2=5V线性输入范围:0至2V(用于电压检测的理想范围)高输入阻抗:1G(最大程度地减小加载误差)温度范围内的总增益误差:1.36%增益误差@25°C最大值:±0.5%,±1%,±3%温度范围内的增益误差漂移:0.28%温度范围内的输入偏置(包括漂移):11.6mV(0.58%)温度范围内的非线性最大值:0.12%带宽:100kHz(典型值),70kHz(最小值)信号延时tPD90:5.3s(典型值),6.5s(最大值)线性输入范围:200mV(适用于电流检测)输入阻抗:500k温度范围内的总增益误差:2.8%增益误差@25°C最大值:±1%,±3%,±5%温度范围内的增益误差漂移:0.3%温度范围内的输入偏置最大值:3mV(1.5%)温度范围内的非线性最大值:0.35%温度范围内带宽:100kHz(典型值),50kHz(最小值)信号延时tPD90:4.99s(典型值),9.9s(最大值)封装:SSO-8SMD,8mm空间距离和爬电距离CMR=15kV/us典型值(VCM=1000V)安全认证:UL5kVrms,CSA和IEC1414Vpk封装:DIP-8，可选表面贴装CMR=15kV/us典型值(VCM=1000V)安全认证:UL3750Vrms,CSA和IEC891Vpk蓝色字体–改进的规格.新品C87BYourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage9参数HCPL-7800A/7800/7840ACPL-C87B/C87A/C870备注封装DIP-8延展型SO-8(SSO-8)绝缘厚度DTI(最小值)0.5mm0.5mm满足医疗应用要求爬电距离(最小值)8mm8mmSSO-8满足8mm爬电和空间距离要求电气间隙(最小值)7.4mm8mm基于IEC/EN/DINEN60747-5-5的工作绝缘电压VIORM891Vpeak1414Vpeak适合高工作电压应用基于UL1577的绝缘电压Viso5000Vrms/1min(ACPL-790x),3750Vrms/1min(HCPL-78xx)5000Vrms/1min与DIP-8封装相比SSO-8的优势优势节省30%PCB空间(相比DIP-8鸥翼型表面贴装)满足8mm爬电距离及电气间隙的规范要求升级到1414Vpeak工作绝缘电压和5kVrms/1min隔离电压C87BYourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage10隔离式电压检测YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage11光伏阵列直流电压检测•调整分压电阻R1/R2比值以按比例降低线路电压值至ACPL-C87X的线性输入范围(0至2V)•使用后置放大器将差分输出转换为单端输出信号，并构成一个低通滤波器YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage12直流总线电压检测•逆变器直流总线电压的直流电压检测•方便从低侧IGBT栅极驱动器供电侧连接电源•调整分压电阻R1/R2比值以按比例降低线路电压值至ACPL-C87X的线性输入范围(0至2V)•使用后置放大器将差分输出转换为单端输出信号，并构成一个低通滤波器YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage13交流电压检测•逆变器输出电压或电网电压的交流电压检测•根据输入信号摆幅范围和运放输出摆幅范围设置Vref和RF/RI比值•使用后置放大器将差分输出转换为单端输出信号，并构成一个低通滤波器YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage14有奖问答•前一页的电路图中，ACPL-C87X的差分输出通过后级运放U3(OPA237)转为单端输出。1)为何后级运放需要0.5V的参考电压VRef2?2)如何避免使用参考电压？•将您的答案输入屏幕右下方的对话框并发送。•首先答对的有机会获得一个特别奖品。YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage15隔离式电流检测YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage16使用ACPL-C790系列隔离放大器进行电流检测•并联隔离放大器的电流传感器:•电流流经分流电阻产生的电压先由隔离放大器检测，然后在电气隔离势垒另一侧重建信号•隔离放大器的光耦提供安全绝缘•与传统的霍尔效应电流传感器相比具有更好的温度漂移特性•适合SMT自动装配线，节省空间和成本VDD1VDD2SHUNTVOUT+VOUT–ISENSE(DCorAC)VSENSE+–ACPL-C79XVIN+VIN–YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage17应用n电机相位和轨电流检测n逆变器电流检测n开关电源信号隔离n通用型电流和监视n传统电流传感器的替代品优势n适合自动化PCB装配的SMD封装n极具成本竞争力的解决方案n便于实现紧凑驱动的小尺寸解决方案ACPL-C79X系列简介特性n0.5%高增益精度(ACPL-C79B)n–50ppm/C低增益漂移n0.6mV输入偏置电压n0.05%优秀的线性度n60dB信噪比n200kHz宽带宽n输出侧3V至5.5V宽供电范围n–40C至+105C工作温度范围n15kV/s共模瞬态免疫性能n紧凑的可自动插入延展型SO-8封装n8mm爬电距离和空间距离n增强性绝缘，获全球性安全认证：IEC/EN/DINEN60747-5-5:VIORM=1414VpeakUL1577:5000Vrms/1min.CSA器件型号选项(RoHS-兼容)封装表贴卷带IEC/EN/DINEN60747-5-2数量ACPL-C79BACPL-C79AACPL-C790-000E延展型SO-8XX每管80-500EXXX每卷1000VIN+VIN–VOUT+VOUT–VDD2GND1GND2VDD1–++–VIN+VIN–ACPL-C79XGridYourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage18Measurement10%-10%50%-50%90%-90%10%-10%50%-50%90%-90%2s快速瞬态响应，可跟踪过载和短路电流200mV/s阶跃输入差分输出1.6s2s2.6sYourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage19隔离式温度检测YourImagination,OurInnovationIsolationProductsDivisionPage20IGBT模块中的隔离式温度检测•应用:IGBT模块中的隔离式NTC热敏元件温度检测•ACPL-C87x系列小型封装，适合紧凑型驱动，在工作温度范围内具有很高精度。•提供增强性绝缘，满足EN61800-5-1•EN61800-5-1:针对可调速度电动驱动系统的安全标准HV+HV-IGBTModuleNTCThermistorUVW+–+GNDACPL-C87xVddPELV=ProtectiveExtraLowVoltage.YourImagination,OurInnovationIsolationProductsD