完整的太陽能綠色節能解決方案介紹.pdf
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放眼全球，當下最流行的無疑是低碳環保。作為可再生能源，太陽能自然是低碳環保的代表，它資源豐富，既可免費使用，又無需運輸，對環境無任何污染，為人類創造了一種新的生活形態，使社會及人類進入一個節約能源減少污染的時代。而太陽能在電子業中的運用也是越來越多。 為響應此環保趨勢，下面介紹一套完整的太陽能方案︰ 方案包括如下六個部分︰ Solar Panel Solar Junction Box NXP太陽能電池最大功率跟蹤MPT612 TI C2000 Inverter方案 NXP非計費式電能計量EM773 TI電力線通信調制解調器 
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MPT612該產品是唯一針對太陽能 （PV） 電池或燃料電池應用提供最大功率點跟蹤 （Maximum Power Point Tracking; MPPT） 的低功耗積體電路。MPT612芯片采用專利申請中的MPPT演算法，可廣泛用于如太陽能電池充電控制單元、分布式MPPT和微型轉換器等應用中，達到98% 的能量萃取（extraction）。 NXP的MPT612可相當容易配置于各種使用MPPT的太陽能直流充電控制單元，例如可攜式設備和家庭應用的電池充電器；鐵路和交通號志；街道、花園和車道燈。MPT612也相當適合使用于抽水幫浦和電扇等非儲存式電動馬達。 主要特性和優點： 采用低功耗、32位元ARM7TDMI-S™處理器 支援包括I2C、 UART、SPI和SSP在內的多個串行接口 硬件功能包括電壓和電流測量、面板參數配置，并能發送輸出訊號來控制外部開關 簡化開發和最佳化系統效率，MPT612隨目標檔 （object files） 一起提供，包括NXP正在申請專利的MPPT算法、針對特定應用的軟件數據庫和易于使用的應用程式接口函數 （API函數） 用于系統配置的API可設定降壓 （buck） 或降壓-升壓 （buck-boost） 的拓撲算法 提供應用軟件最大15KB的快閃存儲器空間，以及三層級的快閃存儲器代碼讀取保護 （Code Read Protection; CRP） 來保證用戶所開發代碼的安全 開發工具： Flashmagic、IAR、Keil及其他開發工具都支援MPT612。 系統方塊圖：
TI C2000 Inverter方案框圖
Demo Board圖片 Renewable Energy Developer‘s Kit：
EM773電能計量芯片，為全球首款用于非計費式電能計量的32位元ARM®解決方案。近年來，電力公司和公用事業公司紛紛采用先進讀表基礎建設（Advanced Metering Infrastructure; AMI） 和智慧型電表，進而推出更精確的計價模式和資費標準，鼓勵用戶相應調整其能源消耗模式。NXP的EM773電能計量芯片突破了道統的計費概念，使系統設計人員可輕易地將電能計量功能整合至任何類型的設備中，為終端用戶提供更方便且直覺式的用電資訊。一般消費者和工業用戶利用EM773可即時了解自己的電能消耗情況，范圍包含從智慧插座、智慧電器、節能電子產品到住宅分電表、工業分電表，甚至是資料中心的機架式服務器等。 EM773芯片作為計量引擎，具備自動單相 （single phase） 電能計量功能，其API指令可大幅簡化非計費式計量應用的設計工作。NXP EM773采用ARM Cortex™-M0處理器。 EM773電能計量芯片可達到‘輕松計量’- 即使沒有很深計量學專業背景的設計人員也能進行非計費式計量設計。NXP EM773達成了創新設備的快速開發與設計，并將終究改變我們的能源消耗模式，無論是家用電器、行動設備，或是工業環境。 透過強大的ARM Cortex-M0平臺，NXP EM773可完成復雜的通訊任務，如運作多功能無線m-bus堆疊，如此一來，用電量資訊可在家中或企業內快速傳遞，并顯示在電腦和智慧手機等終端設備上。EM773標準展示組附有一個無線的插入式電表，可將資料從計量引擎透過無線m-bus傳輸到USB傳輸器。USB傳輸器采用的是NXP生產的OL2381無線收發器和LPC1343微控制單元。 透過簡單API指令存取的NXP計量引擎能自動計算主動功率 （單位瓦特，精確度1%以內） 。計量引擎亦可計算被動功率、視在功率 （apparent power）、功率因子比例，甚至是總諧波失真 （Total HarmonicDistortion; THD）。此外，附在電能計量芯片展示組的開源插入式電表應用中整合了電量資料（kWh），可發送至電腦上并顯示出來。 功能強大的32位元Cortex-M0平臺不僅支援最高48 MHz工作頻率，還保持小封裝尺寸和硅元件的低成本優勢，成本與道統的8位元和16位元微控制單元相當。NXP EM773采用32KB快閃存儲器和8KB SRAM內存的整合設計，支援復雜的客戶應用軟件，透過減少外部元件數量提升系統的成本效益。利用NXP完整的展示設計成果和標準的ARM工具鏈環境的支援，EM773可進一步降低成本。
電力線通信 （PLC） 利用現有電力線基礎設施，為在許多工業應用引進智能監控和控制提供了經濟高效的方法。它讓PLC成為用于智能電網應用（如智能抄表、照明控制、太陽能、插入式電動車以及家庭和樓宇中的供暖、空調和安全系統）的首選技術之一。 對這些應用實施低頻窄帶PLC （LF NB PLC） 技術將提供最適合的帶寬、功耗和成本要求。在窄帶域（頻率高達 500kHz）營運可確保數據完整性，同時可將系統成本降到最低。數據速率從1.2kbps到數百kbps不等，具體取決于現有標準。 開發高效PLC實施也會遇到困難。電力線本身就具有噪聲，因此需要強大架構才能確保數據可靠性。此外，每種應用和工作環境都不同，需要開發人員針對各種原素優化設計。由于協議標準和調制方案多種多樣，開發人員需要靈活的開發平臺，以簡化設計、實現對環境條件的優化、遵守當地法規的同時可輕松調整以滿足不斷發展的標準。 方框圖：
電力線通信調制解調器系統的調制信號首先進入接收器級或有源帶通濾波器，其中為濾波器選擇的運算放大器應該提供低噪聲、低諧波失真和低輸入偏置（如TI的OPA365或OPA353中所示）。使用可編程增益放大器 （PGA）（如 PGA112）調節接收信號時，可實現寬動態范圍和優化信號處理。它需要足夠快速準確地連接至模數轉換器的輸入，以便正確轉換為數字形式供處理。這可通過F28235 Delfino或F2802x/03x Piccolo微處理器（可升級C2000 32位微處理器 （MCU） 系列的成員）的片上12位ADC來實現。12位ADC的工作頻率高達12.5MSPS，且還包含觸發機制，用于支援多頻和相位采樣（二次采樣和保持功能）。C2000 MCU系列讓開發人員可在同一硬件上支持多種調制，因此無需重新設計調制解調器來支持不同的調制或標準。這使得C2000 32 位MCU系列成為用于電力線通信實施的智能且靈活的平臺。 已處理的信號將由用于驅動高輸出電流的PLC發送器級傳回電網。使用低至150ps的C2000 ePWM支援占空比分辨率可進行控制，以便對諧波進行更多的控制并減少采樣輸出延遲。必須仔細設計發送器級，以便從MCU接收數字信號、對這些信號進行濾波以消除能帶發射以及驅動AC電力線的低阻抗。OPA564是24V、1.5A、17MHz的功率運算放大器，能夠滿足PLC線路驅動器的嚴格要求。將AFE031（高度集成的PLC類比前端）與C20000TM相結合時，可進一步改善集成、提升性能和降低成本。AFE031將發送濾波器、功率放大器、接收濾波器和PGA集成在專為PLC設計的可編程積體電路中。 產生的調制解調器MCU + AFE可透過其中一個C2000TM串行界面選項（包括CAN、I2C、LIN、SPI或UART）直接與外部系統（有線和無線應用）進行通信。 TI PLC軟件透過plcSUITE庫提供，讓開發人員可以在一個獨特設計中支援多種調制和標準。開發人員可實施 SFSK IEC61334、PRIME和G3標準，將FlexOFDM用于定制OFDM實施，還可以針對未來的標準進行升級。 從電源管理角度來看，PLC模塊可采用現有系統直流軌的電源或直接采用用于通信的主AC電源。如果是主AC電源，則需要對美國的115V、60Hz濾波 （或歐洲和亞洲的230V、50Hz）進行濾波，并為MCU、AFE和各種支援組件將其轉換為隔離 DC 電源。UCC28600或UCC28610綠色環保模式反向控制單元最適用于提供隔離12V或15V直流軌，以便直接用于功率放大器和連接至 DCDC 模塊（如PTH08080W）或降壓轉換器（如TPS54231），從而提供低電壓 （5V） PLC系統軌。如果添加線性穩壓器（如TPS79533 LDO），則可透過低功率組件（如MCU、PGA、運算放大器、USB收發器和任何其它數字或類比組件）提供實用的低噪聲 3.3V電壓軌。 來源：電子工程網 |
