JAJU827B july   2021  – april 2023

 

  1.   概要
  2.   リソース
  3.   特長
  4.   アプリケーション
  5.   5
  6. 1システムの説明
    1. 1.1 絶縁型電流測定
    2. 1.2 バンドパス・フィルタ
    3. 1.3 A/D 変換
    4. 1.4 アーク検出アルゴリズム
    5. 1.5 主なシステム仕様
  7. 2システム概要
    1. 2.1 ブロック図
    2. 2.2 設計上の考慮事項
      1. 2.2.1 電流トランス回路
      2. 2.2.2 アナログ・バンドパス・フィルタ
      3. 2.2.3 A/D 変換
      4. 2.2.4 電源
      5. 2.2.5 デバッグおよびステータス表示オプション
    3. 2.3 主な使用製品
      1. 2.3.1 TPS259474
      2. 2.3.2 TPS562202
      3. 2.3.3 TPS745
      4. 2.3.4 OPAx322
      5. 2.3.5 ADS8363
      6. 2.3.6 REF5025
      7. 2.3.7 TMDSCNCD280049C
  8. 3ハードウェア、ソフトウェア、テスト要件、テスト結果
    1. 3.1 ハードウェアとソフトウェアの要件
      1. 3.1.1 ハードウェア
      2. 3.1.2 ソフトウェア
        1. 3.1.2.1 アーク検出理論
        2. 3.1.2.2 ソフトウェアの実装
    2. 3.2 テスト構成
      1. 3.2.1 ControlCARD の構成
      2. 3.2.2 ハードウェアとソフトウェアの検証用の設定
      3. 3.2.3 アーク・テスト用の設定
    3. 3.3 テスト結果
      1. 3.3.1 ハードウェアとソフトウェア検証のテスト結果
      2. 3.3.2 アークを使用したテスト
  9. 4設計とドキュメントのサポート
    1. 4.1 設計ファイル
      1. 4.1.1 回路図
      2. 4.1.2 BOM
    2. 4.2 ツールとソフトウェア
    3. 4.3 サポート・リソース
    4. 4.4 商標
  10. 5著者について
  11. 6改訂履歴

アーク検出理論

この設計に実装されているアーク検出アルゴリズムは、FFT ベースのアーク検出アルゴリズムです。PV システムにアーク放電が存在すると、PV ストリングに使用されるケーブルにランダムなノイズ電流が発生します。アーク自体の電流ノイズは、スペクトルが数 MHz に及ぶガウス分布を持っています。代表的な PV システムのケーブルの形状により、200kHz を超えるノイズ電流密度は周波数によって大きく変化します。このため、アーク検出には 10kHz~100kHz の一般的な周波数帯域が選択されています。これは、基板上のアナログ・バンドパスによって定義されます。この帯域にはインバータのスイッチング周波数のような他のノイズ源があるため、ソフトウェアは、ソフトウェアに存在する ArcTuningParams を調整することで、この周波数帯域をさらに制限することができます。さまざまなチューニング・パラメータの説明については、表 3-5 を参照してください。このアルゴリズムは、サンプリングされた信号の FFT を実行し、指定された周波数帯域のノイズを合計します。この計算されたアーク・ノイズは、変数 AD_result で確認できます。これは 1024 サンプルごとに実行されます。アーク放電は周波数帯域全体でノイズを発生させるため、アーク放電が存在する場合は AD_result の値が増加します。

表 3-2 ArcTuningParams 構造体の要素とその説明
名称 説明
float32 ArcTuningParams.B 分析帯域幅:分析周波数の帯域幅。
float32 ArcTuningParams.I 最小周波数:帯域の初期周波数。
float32 ArcTuningParams.F フィルタ・ウェイト:帯域の半分ごとの重み付け。
float32 ArcTuningParams.D ビン破棄係数:破棄するスプリアス・ピークの数。
Int16 ArcTuningParams.T アーク放電のスレッショルド:デフォルトでは使用されません
Int16 ArcTuningParams.C クリッピング・レベル:デフォルトでは使用されません
float32 ArcTuningParams.ADSampleRate サンプリング・レート:デフォルトでは 250000 に設定されています
  • I - 最小周波数。アーク・ノイズ計算用の帯域の初期周波数。I 値は、アーク・ノイズが計算される帯域の開始周波数を指定します。
  • B - 分析帯域幅。適切に動作させるには、この帯域幅は 1.0 より大きい数値である必要があります。アーク・ノイズの計算は、周波数 B + I まで実行されます。たとえば、I を 30000 に設定し、B を 30000 に設定すると、30kHz~60kHz の範囲の周波数成分を使用してアーク・ノイズが計算され、この帯域外のものは使用されません。

アーク・ノイズの計算に使用される追加のパラメータは D および F です。これらのパラメータは、時にはアークとして認識される可能性のある、発生する可能性のあるスプリアス・ピークを除去するために使用されます。

  • D - ビン破棄係数。このパラメータは、破棄するスプリアス・ピークの数を指定します。フィルタリングの積極性を制御し、適切に動作させるためには、[0.0、1.0] の間の数値である必要があります。B と I で設定された周波数帯域内のピークは、最高のピークを示す D で設定された値に基づいてアーク・ノイズの計算で除去されます。D が高い場合はより多くのピークが破棄され、D が低い場合はより少ないピークが計算のために破棄されます。D を変更すると、アーク・ノイズ計算アルゴリズムで消費されるサイクルに影響があることに注意してください。おそらく 0.1 の増分で異なる D 値を試し、実際のアークで、アーク・ノイズ計算がどのように変化するかを確認する必要があります。
  • F - フィルタ・ウェイト。このパラメータは、分析周波数帯域の前半の重み付けを指定し、適切に動作させるためには 0.0 より大きい値にする必要があります。B と I で設定される周波数の前半はフィルタ・ウェイトで重み付けされ、帯域の後半は常に 1 で重み付けされます。
  • T - スレッショルド。このパラメータは現在使用されておらず、AD_result のスレッショルド値のプレースホルダであり、このスレッショルドを超えた場合にアーク放電が検出されます。T を変更しても効果はありません。
  • C - クリッピング・レベル。このパラメータは、アークを検出するための変数になりますが、現在は実装されていません。C を変更しても効果はありません。
  • ADSampleRate - サンプリング・レート。これは、システムのサンプリング・レートです。この設計では、このレートは 250kSPS に固定されているため、250000 に設定されています。