“三高一降”，光伏儲能系統(tǒng)趨勢及其模擬芯片解決方案

隨著全球能源需求的增長和環(huán)保意識的提高，可再生能源，尤其是光儲系統(tǒng)得到了日益廣泛的應(yīng)用。光儲系統(tǒng)，又稱太陽能光伏儲能發(fā)電系統(tǒng)，由光伏設(shè)備和儲能設(shè)備組成，用于發(fā)電和能量存儲。在這些系統(tǒng)中，模擬芯片的應(yīng)用和解決方案對于提升系統(tǒng)效率、降低成本以及增強可靠性至關(guān)重要。本文將簡要介紹光儲系統(tǒng)的基本運作原理，以及光儲系統(tǒng)在高壓化發(fā)展趨勢下，模擬芯片的機會及納芯微解決方案。

1）光儲系統(tǒng)概述

上圖是一個典型的光儲系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)功能的實現(xiàn)從左到右分別是：光伏電池板的直流輸出，經(jīng)過AFCI電弧故障保護后，進入到MPPT（最大功率點追蹤）DC-DC電路實現(xiàn)前級電壓抬升；經(jīng)過逆變電路轉(zhuǎn)化為交流電，以單相或者三相電輸出并網(wǎng)。最上方電路為電池儲能系統(tǒng)，通過一個雙向DC-DC模塊，完成電池的儲電和放電。下方為MCU 和基于ARM的控制電路，在低壓側(cè)實現(xiàn)系統(tǒng)通信與控制。

為保障系統(tǒng)安全可靠運行，系統(tǒng)中需要很多隔離器件，如數(shù)字隔離器，隔離驅(qū)動，隔離采樣與隔離接口等，來實現(xiàn)低壓側(cè)控制電路和高壓側(cè)電源電路之間的強弱電隔離與信號傳輸。納芯微可提供基于電容隔離技術(shù)的豐富隔離產(chǎn)品組合，以及SiC二極管和SiC MOSFET、傳感器、非隔離驅(qū)動、接口、通用電源、通用運放等諸多產(chǎn)品，覆蓋光伏逆變器、儲能變流器、光伏陣列/優(yōu)化器和儲能電池/BMS等多個領(lǐng)域，為光儲應(yīng)用提供高可靠性的系統(tǒng)級解決方案。

2）光儲系統(tǒng)的發(fā)展趨勢及模擬芯片機會

1. 高能效和高功率密度

隨著光儲系統(tǒng)功率密度和能源轉(zhuǎn)換效率的不斷提升，電源系統(tǒng)開關(guān)頻率、開關(guān)損耗和散熱性能都需要滿足更高的指標要求。納芯微可以提供支持1200V電壓的SiC二極管、SiC MOSFET產(chǎn)品；以及帶米勒鉗位功能的隔離驅(qū)動芯片NSI6801M（避免功率器件誤導通）和帶DESAT保護功能（過流時保護功率器件不被損壞）的NSI68515，以更好地適配第三代半導體和高開關(guān)頻率系統(tǒng)，為大功率光伏逆變器產(chǎn)品的安全穩(wěn)定運行保駕護航。

2. 高壓化

系統(tǒng)功率密度的提升帶來的母線電壓高壓化趨勢，使系統(tǒng)內(nèi)關(guān)鍵部件面臨更為嚴苛的性能挑戰(zhàn)，尤其是實現(xiàn)強弱電隔離的隔離芯片。傳統(tǒng)隔離方案通常采用光耦隔離技術(shù)，雖然其市場成熟度高，但存在抗共模干擾能力差、傳輸速度慢、光衰等問題，越來越無法滿足光儲系統(tǒng)的要求。相對于傳統(tǒng)光耦隔離方案，納芯微的產(chǎn)品采用雙邊增強隔離電容技術(shù)，并采用自有專利Adaptive OOK?信號編碼技術(shù)，在隔離耐壓能力、傳輸速度、抗干擾能力、工作溫度和壽命等方面優(yōu)勢明顯，可滿足光儲高壓系統(tǒng)對芯片性能的嚴格要求。

值得一提的是，納芯微推出超寬體封裝的數(shù)字隔離器和單管隔離驅(qū)動，單顆芯片提供15mm爬電距離，完全符合客戶1500V高壓母線需求。納芯微隔離產(chǎn)品已在行業(yè)頭部客戶的光儲系統(tǒng)中廣泛、穩(wěn)定應(yīng)用，累計發(fā)貨量過億顆，得到了市場的充分驗證及客戶認可。

3. 降本

為更好支持光儲系統(tǒng)持續(xù)降本的要求，納芯微在提升產(chǎn)品集成度和性價比上也在持續(xù)投入。以霍爾電流傳感器為例，納芯微能夠提供芯片級的霍爾電流檢測方案，基于霍爾效應(yīng)產(chǎn)生霍爾電壓進行輸入和輸出側(cè)的電流檢測。在系統(tǒng)的PV 側(cè)、 MPPT 側(cè)和 AC 側(cè)的多個電流采樣點，傳統(tǒng)的霍爾電流傳感器模組方案不僅占板面積大，成本也高。納芯微推出貼片式的霍爾電流方案，單芯片集成方案實現(xiàn)了更優(yōu)的成本效益，且減少了約50%的占板面積，最高通流能力可達200A。該系列產(chǎn)品支持不同的封裝耐壓、通流能力和響應(yīng)速度，可覆蓋光儲系統(tǒng)各個位置的電流檢測需求。

降本還意味著芯片需要有更多的功能組合，納芯微隔離產(chǎn)品系列基于領(lǐng)先的電容隔離技術(shù)，可進一步集成驅(qū)動、采樣、接口、電源等多種組合，且通過設(shè)計迭代不斷提高產(chǎn)品競爭力，為客戶持續(xù)提供高競爭力的整體芯片解決方案。

3）總結(jié)

面對光儲系統(tǒng)高集成度、高功率密度、高可靠性和低成本的趨勢和要求，對于納芯微等芯片廠商而言，核心任務(wù)是適配應(yīng)用的需求，提供功率密度更高、抗干擾能力更強，且能兼顧降本的產(chǎn)品方案。納芯微致力于提供完善的產(chǎn)品組合，滿足客戶多樣化的需求，助力客戶提升系統(tǒng)競爭力。