納芯微模擬IC在光伏系統(tǒng)中的一站式解決方案

近年來(lái)，可再生能源已成為全球能源革命和應(yīng)對(duì)氣候變化的主導(dǎo)方向和一致行動(dòng)，光伏作為重要的可再生能源發(fā)電技術(shù)正在快速發(fā)展，成為清潔、低碳并具有價(jià)格競(jìng)爭(zhēng)力的能源形式。

隨著光伏電站的大規(guī)模擴(kuò)建，優(yōu)質(zhì)電站建設(shè)土地資源出現(xiàn)稀缺，為不斷提高電站綜合收益，光伏電站出現(xiàn)與第一產(chǎn)業(yè)融合的趨勢(shì)，例如利用無(wú)土種植工廠、農(nóng)業(yè)科技大棚、廢棄采礦區(qū)、水處理市政設(shè)施等實(shí)現(xiàn)綜合應(yīng)用，在實(shí)現(xiàn)工業(yè)化和土地高效產(chǎn)出的同時(shí)，以有效降低碳排放。

一、光伏系統(tǒng)的趨勢(shì)

目前，光伏系統(tǒng)主要分為集中式逆變器、組串式逆變器和微型逆變器。集中式逆變器是大型、超大功率光伏逆變器，主要應(yīng)用于大型工商業(yè)發(fā)電系統(tǒng)；組串式逆變器是家庭和商用太陽(yáng)能系統(tǒng)最常用的類型，成本較低，設(shè)計(jì)靈活且效率高。

不過，隨著光伏技術(shù)的不斷發(fā)展，目前微型逆變器已經(jīng)可以實(shí)現(xiàn)3000瓦甚至5000瓦功率；而且隨著IC成本的降低，微型逆變器可以替代低功率的組串式逆變器，且微型逆變器可以解決高電壓組串式逆變器存在的潛在安全隱患。

圖：光伏系統(tǒng)分類

二、光伏系統(tǒng)中模擬芯片的應(yīng)用

根據(jù)國(guó)家能源局的數(shù)據(jù)，截至2021年6月30日，中國(guó)光伏累計(jì)裝機(jī)已達(dá)267GW，10年飆漲8800%。另外，分布式太陽(yáng)能出現(xiàn)了顯著增長(zhǎng)，未來(lái)幾年其勢(shì)頭也將延續(xù)下去。

隨著光伏核心器件向高效率、低能耗和低成本方向發(fā)展，在光伏發(fā)電技術(shù)的優(yōu)化完善和提升智能化水平方面，模擬技術(shù)及芯片發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。

在光伏逆變器中，功率半導(dǎo)體的驅(qū)動(dòng)電路，母線電壓/電流/溫度檢測(cè)的采樣電路、過流保護(hù)電路、系統(tǒng)內(nèi)外通信電路，以及電源供電和MCU電源監(jiān)控電路等都將用到大量模擬芯片。

三、納芯微光伏逆變器解決方案

納芯微應(yīng)用于光伏逆變器的解決方案主要包括隔離類IC和其他模擬IC。隔離類IC包括驅(qū)動(dòng)、采樣、數(shù)字隔離器和隔離接口；其他模擬IC包括運(yùn)放、電源（反激/DC-DC/LDO）、緩沖器等。

1. 深耕隔離芯片技術(shù)，四大特色隔離產(chǎn)品

一臺(tái)逆變器大概平均需要25顆隔離芯片，主要用于光伏逆變器的低壓和高壓部分，以滿足系統(tǒng)安全和安規(guī)要求。納芯微隔離芯片基于容隔技術(shù)路線，相比傳統(tǒng)光耦和磁耦，耐壓更高、傳輸速度更快、溫度范圍更寬，工作壽命更長(zhǎng)。信號(hào)調(diào)制方式方面，納芯微采用Adaptive OOK編碼技術(shù)，進(jìn)一步提高了隔離器件抗共模噪聲的能力。

納芯微深耕隔離芯片技術(shù)，能夠提供豐富的隔離類產(chǎn)品，包括數(shù)字隔離器、隔離驅(qū)動(dòng)、隔離采樣和隔離接口，此類產(chǎn)品均適用于各類逆變器，目前已進(jìn)入光伏行業(yè)頭部客戶的供應(yīng)鏈體系。

• 隔離驅(qū)動(dòng)芯片NSi6801、NSi6601：強(qiáng)大的驅(qū)動(dòng)能力、高共模瞬變抗擾度（CMTI）、低延時(shí)
• 隔離采樣芯片NSi1311、NSi1300和NSM2013：采樣精度高，隔離性能優(yōu)異
• 數(shù)字隔離器NSi82x：性價(jià)比高，產(chǎn)品類型豐富
• 隔離接口NSi8308x、NSi1050：集成度高、EMC性能高

圖：納芯微應(yīng)用于光伏逆變器的解決方案

如上圖所示，框圖中包含逆變器和儲(chǔ)能兩個(gè)部分，逆變器主回路是太陽(yáng)能板DC/DC到逆變DC/AC，最后輸出交流電到電網(wǎng)。圖中上方的回路是儲(chǔ)能部分，通過雙向DC/DC為電池充電，電池可以通過雙向DC/DC放電，然后通過逆變器回路DC/AC輸出交流電到電網(wǎng)。

上述系統(tǒng)的DC/AC或DC/DC部分，都是通過功率器件和驅(qū)動(dòng)電路實(shí)現(xiàn)的，其中用到的功率器件，如MOSFET、碳化硅（SiC）或IGBT等，驅(qū)動(dòng)電路主要方案是使用隔離驅(qū)動(dòng)IC。納芯微帶米勒鉗位功能的單管隔離驅(qū)動(dòng)NSi6601、電流型輸入單管驅(qū)動(dòng)NSi6801和隔離半橋驅(qū)動(dòng)NSi6602均在上述系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用，并已向光伏頭部客戶量產(chǎn)出貨。

NSi6801是一款高可靠性E-Diode輸入單通道隔離柵極驅(qū)動(dòng)器，通過VDE 增強(qiáng)型隔離安規(guī)認(rèn)證，驅(qū)動(dòng)側(cè)電源電壓最高35V，有9V/13V UVLO版本可選；5A峰值Source/Sink輸出電流，具有高CMTI（±150kV/us）特性，典型傳播延遲為75ns，35ns最大脈寬失真，工作環(huán)境溫度為-40℃-125℃?？蓮V泛應(yīng)用于DC-AC太陽(yáng)能逆變器、UPS和電池充電器以及隔離DC/DC和AC/DC電源等應(yīng)用中。

2. 其他高性能產(chǎn)品可供選擇

隨著光儲(chǔ)一體機(jī)和微型逆變器的發(fā)展，系統(tǒng)需要的芯片的數(shù)量也越來(lái)越多。除了上述隔離類產(chǎn)品，納芯微還有其他品類的產(chǎn)品可供客戶選擇。

值得一提的典型產(chǎn)品包括，15mm爬電距離多通道數(shù)字隔離器NSi822x/3x/4x DSWWR；Vref輸出集成電流傳感器NSM2013；帶參考/故障輸出的集成電流傳感器NSM2015；40V/5MHz/低偏移/RRIO放大器NSOPA9051/9052/9054；以及高性能電流模式PWM控制器NSR284x。這些都是納芯微完整解決方案中頗具代表性的產(chǎn)品，可以為客戶的光儲(chǔ)系統(tǒng)提供完整的模擬IC解決方案。