太阳能系统-电流传感的新市场趋势

特里斯坦·布里莱特·德坎德，产品营销工程师
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介绍

贝尔实验室在1954年发明了硅光伏电池技术，并率先在太空探索中使用太阳能电池板。太阳能电池板在20世纪70年代首次商业化使用，其成本为每瓦20美元。从那时起，许多技术进步将这些成本降到了0.2美元每瓦，使太阳能装置能够超过其他可再生能源的竞争对手。预计到2026年，太阳能市场将以大约25%的复合年增长率增长，太阳能市场将继续受益于提高效率和降低制造成本的技术创新。

太阳能装置在GW(来源:PowerWeb)。

图1:GW的太阳能装置(来源:PowerWeb)

这种新模式正在加快太阳能在大多数国家总能源结构中的比例，使太阳能成为可持续能源的主要来源。随着太阳能装置变得越来越大，越来越雄心勃勃的一天，电流感应的新趋势正在这个不断扩大的能源市场出现。

通过1500 VDC PV DC串降低成本，提高效率

传统上，大多数光伏太阳能电池板系统使用600 VDC和1100 VDC系统，几个光伏电池板连接在一个“串”，以实现所需的电压。随着实现更低的成本和更高的功率和更好的效率，能够支持1500 VDC的光伏系统正在成为行业标准。由于每个电池板的输出电压相对稳定，太阳能系统的设计中每串光伏电池板的数量越来越多，从而减少了在光伏安装中使用dc - ac转换器和组合箱的需求。这种高效的设计方法通过节约材料成本、布线和安装时间，降低了系统的总体成本。

这种在系统层面上节省成本的方法对PV面板串中的单个组件提出了更严格的要求。面板电子现在必须隔离为>1500 VDC，这是一个非琐碎的要求，许多太阳能系统。

太阳能逆变器在多个地方使用高压电流传感器，如图2所示。这些电流传感器对电子系统的安全性、效率和鲁棒性起着至关重要的作用。在新的拓扑结构中，电流传感器面临的一个关键挑战是新的1500 VDC系统所需的高隔离电压。更高的隔离意味着需要实现更高的电流隔离，具有更大的漏电和间隙，进而导致更大、更昂贵的电流传感器组件。

带有电流感应插座的太阳能系统的典型框图。

图2:带有电流感应插座的太阳能系统的典型框图。

幸运的是，有有效的解决方案来应对当前传感设计的挑战。例如，Allegro MicroSystems公司的新型霍尔效应传感器提供ul额定的1550 V亚博棋牌游戏DC工作

隔离等级，提供4.8 kV的绝缘保护在更多的包含包。为太阳能系统优化，该ACS37002Allegro的电流传感器采用SOIC16封装，其内部导体电阻为0.85 mΩ。

开发符合IEC60950-1规范的能量收集应用程序，同时最小化系统功耗，这是非常困难的。亚博尊贵会员例如，对于100a的电流，MA包中的ACS37002只消耗8.5 W，而MC包中的电流传感器消耗2.65 W，而不是典型的2 mΩ分流电流传感实现的20 W(见表1)。

电流传感选项和功率损耗在100 A

表1:电流传感选项和功率损耗在100 A

MC封装中的电流传感器比基于分流的解决方案的功耗提高近10倍。由于所消耗的功率等于R.I2，对于大型公用事业设施所需要的更高电流，这种效应的重要性呈指数级增长。这种能源效率还降低了器件的自加热，而自加热可能会导致一些线性误差，因此在400 kHz带宽的温度范围内提供了1%的典型高传感精度。

为太阳能应用优化的最先进的电流传感器，如ACS37002，在可靠的保护、高精度、理想的尺寸和快速响应时间之间实现了理想的平衡。亚博尊贵会员

灵活性是设计简化中的一个特征

随着太阳能安装项目的增多和对快速ROI的关注，行业正在通过平台方式适应多样化的用例，使解决方案能够根据特定的客户需求量身定制。这种平台的灵活性减少了工程时间和成本，加快了进入市场的时间，简化了采购和物流，减少了库存和维护的零件编号。

例如，如表2所示，ACS37002电流传感器组合允许设计人员选择一个部件编号，同时通过一对增益选择引脚从四个不同的增益中选择。这种灵活的方法使4个特定的部件编号支持14种不同的灵敏度，范围从±10到±133 A，如表3中突出显示的那样。

说明:ACS37002LMA -50B3增益如何选择的例子。-

表2:ACS37002LMA -50B3增益选择示例(来源:Allegro datasheet)

ACS37002电流传感器选择指南

表3:ACS37002电流传感器选择指南(来源:Allegro datasheet)

开发人员可以在许多不同的用例中利用模数转换器(ADC)的全动态范围，同时通过更好的信噪比(SNR)实现更高的精度。为设计师提供额外的灵活性，VREF输入引脚提供可变的零电流输出电压，实现双向或单向电流传感，以更精确地调整到ADC的全量程。

为了进一步提高设计的灵活性，ACS37002集成了过流故障检测(OCF)功能，允许通过引脚(VOC)调整阈值，如表4和图3所示的电路图。这种OCF特性提供了一个更快的响应(通常<1 μ s)直接到微控制器(MCU)。额外的芯片选择引脚使关闭被启动的情况下，电流激增，可能破坏系统。这种电流传感器功能取代了其他笨重和缓慢的比较器，需要重新创建这一关键功能。

VOC阈值和相应的百分比满量表。

表4:VOC阈值和相应的满量表百分比。

图3:ACS37002实现电路图。

结论

随着太阳能光伏市场的不断加速，系统设计师需要更高水平的硬件适应性，以解决广泛的安装用例。在太阳能应用中，设计灵活性是降低系统成本和优化性能的关键，这一要求延伸到当前传感平台的选择。亚博尊贵会员开发人员现在可以选择功能丰富的电流传感组合，这些组合提供了高隔离、低功耗和高精度的小型封装，能够更好、更灵活地控制太阳能系统。

了解更多关于Allegro的信息ACS37002当前传感器和其他可再生能源解决方案，访问allegromicro.com/RenewableEnergy．