太阳能不再是一项新兴技术，而是一项正在经历重大技术变革的技术。我们的目标越来越接近，因为将面板中的直流电转化为可用交流电的过程变得更加高效和经济。

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然而，尽管近年来太阳能面板价格大幅下跌，但下一波太阳能发展浪潮将由功率转换器系统的新技术推动。基于碳化硅，先进复杂的多级功率开关拓扑的兴起(SiC)和氮化镓(GaN)材料，加上更高的工作电压(最高1600 VDC），与传统系统相比，实现更快的功率开关将大大提高性能。更高的开关频率意味着功率转换器的无源元件，即感应线圈和电容器尺寸可以大大降低，从而减轻重量和成本。两者都是太阳能市场进一步扩张的关键优势。

因此，这些新的功率开关拓扑正在推动可以提供相关控制和支持的设备的变化。更小、更快的系统需要改进整个功率转换信号链——更快的处理和更好的设备集成。然而，随着现代光伏逆变器越来越小，这些创新加剧了处理功率转换固有的重要安全问题的挑战——也就是说，危险电压的物理隔离变得更加复杂。

虽然太阳能面板或太阳能模块是太阳能系统的核心和明显部分，但光伏逆变器控制系统的大脑是整个信号链中更复杂的部分。光伏逆变器需要经过仔细设计，以保护电流测量和计算电路，使其不受功率处理电路以及开关所引起的瞬态信号影响。然而，这种保护成本很高：多个冗余隔离器件会增加成本和系统复杂性。显然，通过可编程处理器操作这些系统所需的日益复杂的算法需要考虑代码的完整性，以确保系统本身的安全。

此外，所有开发人员都面临着官方安全认证的要求。安全断开连接(和重新连接)必须遵守许多法律法规。系统必须以多快的速度响应，如何处理断电和停电，快速断开连接和电弧检测，这些都必须得到解决——在许多情况下，每个国家/地区都有不同的解决方案。由于认证会增加开发时间（成本），证明合格的设备和方法非常有吸引力，需要足够灵活，能够适应许多不断演变的区域安全法规。

幸运的是，这些问题可以通过使用集成先进的混合信号控制处理器、互补隔离电流检测和栅极驱动技术包围的功率逆变器平台来解决。

冗余-单故障安全

对于太阳能光伏逆变器等关键安全应用，除监控设备外，安全标准还需要冗余的监控元件，以确保单个故障的安全。在传统的光伏逆变器中，这是通过在系统中添加监控处理器来完成的，该处理器作为冗余监控元件，然后控制继电器K2（图1）。

图2. 双核设计集成独立M0监控核心大大简化了冗余安全元件的设计。处理器通过特殊的邮箱系统通信，包括心跳信号的传输。

虽然M0和M4内核在同一个晶圆上——从安全的角度来看，成本最低——但内核通过创新的系统结构设计与物理分离。通过双端口RAM电子邮件处理器间通信可以独立检查和验证冗余获得的工艺参数。

代码安全

除了物理电源安全外，一定要小心，以确保这些系统算法的正确解释；损坏过程会削弱安全性。此外，使用可以分离处理器内核功能的邮箱通信系统来隔离处理器之间的通信更为有利。邮箱系统允许任何内核随时隔离读取/写入数据，而不是直接发送-接收信号交换通信。

为了代码的安全，M4内核具备1 MB闪存和高达160 kB SRAM，而M0具备32 kB SRAM。M4和M0处理器L1 SRAM、闪存和邮箱存储器零等待SECDED ECC保护32位存储器元件。在适当的地方写入8位和16位数据将导致后台自动读取-修改-写入ECC更新时，通常没有可观察到的处理器停顿。刷新辅助硬件可以定期处理单位错误。多次错误检测也可用于触发中断和/或故障。此外，对于误差检测，使用循环冗余校验(CRC)计算数据块的硬件模块CRC。它基于CRC32引擎可以计算传输给它的32位数据字CRC值。可特别使用CRC单元验证闪存内容，即SRAM中常数据块(文本或代码)。

交流电网监控采用双核混合信号控制处理器

作为如何使用双核设计的例子，让我们来看看光伏逆变器中交流电网监控的工作原理。交流电网监控主要包括频率监控和电压监控两个功能：

在使用频率监控时，需要严格允许基于时间的测量RC作为备份时基，振荡器可能很难实现。因此，处理器使用单振荡器或晶振器(XTAL)作为主系统时钟(SYSCLK)输入，使用M0上的其他XTAL监控通过邮箱的主时钟源漂移。SYSCLK除漂移荡器比较器单元除漂移外的时钟故障(OCU)直接处理。它使用外部低频振荡器(LFO)对时钟消失、时钟频率超限等各种条件进行检测，并多个事件，通知处理器相关违规行为。发现故障时，可配置时钟不良信号(CLKNG)，将芯片复位并初始化GPIO引脚安全状态机制。

交流电压监测必须保证相电压在所需容差范围内，也可用于两个隔离开关继电器的功能自测。为实现单一故障耐电压监控，处理器的模拟前端(AFE)包括两个单独的ADC块，分别有自己的ADC控制器、基准电压和多电源路径。当然，一个ADC块由M控制，另一个原因M0控制，实现邮箱系统的完全冗余电压测量和完整性检查。此外，在连接光伏逆变器之前，板载DAC可单独用于内部应用AFE所有的信号链设备。

将器件连接起来—光伏逆变器平台

光伏系统除了混合信号处理器外，还有许多其他关键设备可以安全地通信、控制和传输数据和电流。

冗余信号路径概念的设计，包括冗余参考，ADC和XTAL，以及内部振荡器、电压监测单元和处理器之间的邮箱系统，其他外部监测元件(图3)可以从监测系统中完全消除。图形LCD一目了然地提供所有相关状态信息，只需按下按钮即可执行整个系统的完整校准周期。该单元配备了经过广泛验证的软件包，并持有德国TüV-SüD2016年3月颁发的VDE-AR-N4105合格认证。

图3. VDE-AR-N-4105技术演示装置框图包括VDE-AR-N-4105评估板和ADSP-CM419F EZ-KIT。

图4. AD公司的VDE-AR-N-4105技术演示装置采用四个独立的高精度隔离电压测量通道，构成交流主电源路径，以及在单相系统中冗余监测交流电源电压、光伏逆变器输出和继电器间电压。

太阳能产业前景光明，但不断进步还不够。各种技术在整个平台级别的智能集成将确保功率转换器设计的效率和安全。每个设备都必须考虑能源市场的安全、效率和成本要求。提供一个完整、稳定的平台——不仅是设备——将允许未来的功率转换器产品制造商创建一个清洁、安全、经济的系统。

安全认证

由于成本降低容易削弱所需的系统安全水平，因此AD公司如何将监控元件作为第二个AD是什么品牌与科隆德国雇主责任保险协会相同的硅片集成的处理器BGETEM施特劳宾TüV-SüED合作，共同解决潜在的安全问题。另一个素是这种双核处理器必须满足的最低要求，以满足光伏逆变器上交流电安全断开连接的监管标准。

因此，AD公司的全新ADSP-CM41x现在德国持有处理器系列TüVSüD2016年3月颁发的VDE-AR-N4105合规认证(文件)D8 16 0395142 002)。该系列配备了一组特殊的可再生能源转换系统功率转换要求，包括所有必要的安全元件，以形成完全安全的交流断路器。

另外，为了支持安全，AD公司功率转换平台iCoupler数字隔离器技术为基础，集成了栅极驱动器和电流传感器。AD公司数字隔离器采用低应力厚膜聚酰亚胺绝缘层隔离数千伏，可与标准硅隔离IC形成单通道、多通道和双向配置。