1 系统说明

随着太阳能装置数量的增加，安全问题变得越来越重要。必须检测高压线路上的电弧，并且必须将太阳能串断电，以防止发生触电或火灾等危险。因此，UL 1699B 等标准要求所有额定电压低于 1500V 的太阳能系统都要有电弧故障保护电路。此参考设计旨在展示用于此类电弧检测目的的模拟前端实现方案。设计本身不满足 UL 1699B 标准。

直流电弧会在 PV 串的布线中产生交流噪声电流，该电流存在于宽达数 MHz 的频谱范围中。太阳能直流电弧检测面临的挑战是如何以可靠的方式检测 PV 电缆内的这种噪声增加情况，同时不会导致误报和关断。为了实现此功能，需要一个低噪声、高性能的模拟前端，因为电弧注入的交流噪声可能在几毫安的范围内，此噪声叠加在直流串电流之上，在住宅应用中该电流为 20A 级别，而在商业太阳能应用中该电流甚至更高。此外，太阳能系统中还有多个不能错误地解释为电弧的其他噪声源。其他的这些噪声源的示例包括逆变器的开关频率或 PV 电缆上的电力线通信。以前会使用算法来识别测得的电流中的电弧特征。为了实现可靠的电弧检测，通常需要针对每个系统对这些算法进行微调，因为电弧特征高度依赖于具体系统。

最近的一种方法是使用嵌入式人工智能 (AI) 模型来识别电弧。经过正确训练后，这种基于 AI 的方法可以实现更高的精度，具有更强的防误报能力。

要训练这些人工智能模型，必须采集训练数据。为此，此参考设计实施了电弧标记电路。此设计利用电弧上存在可测量的压降这一事实，将电流数据标记为电弧或正常工作条件。最所以能够实现这一目标，是因为在实验室环境中可以获取此电弧电压。