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纳芯微模拟IC在光伏系统中的一站式解决方案 | 开元体育APP官方网站
2024.01.11

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近年来,可再生能源已成为全球能源革命和应对气候变化的主导方向和一致行动,光伏作为重要的可再生能源发电技术正在快速发展,成为清洁、低碳并具有价格竞争力的能源形式。

随着光伏电站的大规模扩建,优质电站建设土地资源出现稀缺,为不断提高电站综合收益,光伏电站出现与第一产业融合的趋势,例如利用无土种植工厂、农业科技大棚、废弃采矿区、水处理市政设施等实现综合应用,在实现工业化和土地高效产出的同时,以有效降低碳排放。

一、光伏系统的趋势

目前,光伏系统主要分为集中式逆变器、组串式逆变器和微型逆变器。集中式逆变器是大型、超大功率光伏逆变器,主要应用于大型工商业发电系统;组串式逆变器是家庭和商用太阳能系统最常用的类型,成本较低,设计灵活且效率高。

不过,随着光伏技术的不断发展,目前微型逆变器已经可以实现3000瓦甚至5000瓦功率;而且随着IC成本的降低,微型逆变器可以替代低功率的组串式逆变器,且微型逆变器可以解决高电压组串式逆变器存在的潜在安全隐患。

图:光伏系统分类

二、光伏系统中模拟芯片的应用

根据国家能源局的数据,截至2021年6月30日,中国光伏累计装机已达267GW,10年飙涨8800%。另外,分布式太阳能出现了显著增长,未来几年其势头也将延续下去。

随着光伏核心器件向高效率、低能耗和低成本方向发展,在光伏发电技术的优化完善和提升智能化水平方面,模拟技术及芯片发挥着越来越重要的作用。

在光伏逆变器中,功率半导体的驱动电路,母线电压/电流/温度检测的采样电路、过流保护电路、系统内外通信电路,以及电源供电和MCU电源监控电路等都将用到大量模拟芯片。

三、纳芯微光伏逆变器解决方案

纳芯微应用于光伏逆变器的解决方案主要包括隔离类IC和其他模拟IC。隔离类IC包括驱动、采样、数字隔离器和隔离接口;其他模拟IC包括运放、电源(反激/DC-DC/LDO)、缓冲器等。

1. 深耕隔离芯片技术,四大特色隔离产品

一台逆变器大概平均需要25颗隔离芯片,主要用于光伏逆变器的低压和高压部分,以满足系统安全和安规要求。纳芯微隔离芯片基于容隔技术路线,相比传统光耦和磁耦,耐压更高、传输速度更快、温度范围更宽,工作寿命更长。信号调制方式方面,纳芯微采用Adaptive OOK编码技术,进一步提高了隔离器件抗共模噪声的能力。

纳芯微深耕隔离芯片技术,能够提供丰富的隔离类产品,包括数字隔离器、隔离驱动、隔离采样和隔离接口,此类产品均适用于各类逆变器,目前已进入光伏行业头部客户的供应链体系。

· 隔离驱动芯片NSi6801、NSi6601:强大的驱动能力、高共模瞬变抗扰度(CMTI)、低延时

· 隔离采样芯片NSi1311、NSi1300和NSM2013:采样精度高,隔离性能优异

· 数字隔离器NSi82x:性价比高,产品类型丰富

· 隔离接口NSi8308x、NSi1050:集成度高、EMC性能高

图:纳芯微应用于光伏逆变器的解决方案

如上图所示,框图中包含逆变器和储能两个部分,逆变器主回路是太阳能板DC/DC到逆变DC/AC,最后输出交流电到电网。图中上方的回路是储能部分,通过双向DC/DC为电池充电,电池可以通过双向DC/DC放电,然后通过逆变器回路DC/AC输出交流电到电网。

上述系统的DC/AC或DC/DC部分,都是通过功率器件和驱动电路实现的,其中用到的功率器件,如MOSFET、碳化硅(SiC)或IGBT等,驱动电路主要方案是使用隔离驱动IC。纳芯微带米勒钳位功能的单管隔离驱动NSi6601、电流型输入单管驱动NSi6801和隔离半桥驱动NSi6602均在上述系统中有着广泛的应用,并已向光伏头部客户量产出货。

NSi6801是一款高可靠性E-Diode输入单通道隔离栅极驱动器,通过VDE 增强型隔离安规认证,驱动侧电源电压最高35V,有9V/13V UVLO版本可选;5A峰值Source/Sink输出电流,具有高CMTI(±150kV/us)特性,典型传播延迟为75ns,35ns最大脉宽失真,工作环境温度为-40℃-125℃。可广泛应用于DC-AC太阳能逆变器、UPS和电池充电器以及隔离DC/DC和AC/DC电源等应用中。

2. 其他高性能产品可供选择

随着光储一体机和微型逆变器的发展,系统需要的芯片的数量也越来越多。除了上述隔离类产品,纳芯微还有其他品类的产品可供客户选择。

值得一提的典型产品包括,15mm爬电距离多通道数字隔离器NSi822x/3x/4x DSWWR;Vref输出集成电流传感器NSM2013;带参考/故障输出的集成电流传感器NSM2015;40V/5MHz/低偏移/RRIO放大器NSOPA9051/9052/9054;以及高性能电流模式PWM控制器NSR284x。这些都是纳芯微完整解决方案中颇具代表性的产品,可以为客户的光储系统提供完整的模拟IC解决方案。

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