能源設(shè)備中的能量轉(zhuǎn)換核芯

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/李寧遠(yuǎn)）綠色能源在近幾年受到了廣泛關(guān)注，相關(guān)市場實現(xiàn)了創(chuàng)紀(jì)錄的增長。根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計，截至2022年底，全國可再生能源裝機已突破12億千瓦，2022年可再生能源發(fā)電量達(dá)到2.7萬億千瓦時，占全社會用電量的31.6%，較2021年提高1.7個百分點，可再生能源在保障能源供應(yīng)方面發(fā)揮的作用越來越明顯。

在實現(xiàn)綠色能源的能量轉(zhuǎn)換過程中，光伏逆變器，儲能變流器，充電樁等成為關(guān)鍵設(shè)備在轉(zhuǎn)換過程中發(fā)揮著不可替代的作用，用于其中的相關(guān)器件也隨需求上漲受到了廣泛關(guān)注。

光伏逆變轉(zhuǎn)換核“芯”

一般來說，光伏逆變器主要由輸入濾波電路、DC/DC MPPT電路、DC/AC逆變電路、輸出濾波電路、核心控制單元電路組成。在一個典型的太陽能逆變器中，在光伏逆變器主功率部分，太陽能面板會裝在一個電動支架上面，通過電機驅(qū)動帶動面板轉(zhuǎn)動來獲得最合適的光照角度。然后緊接著接入到一個最大功率點跟蹤電路，然后緊接實現(xiàn)DCAC的轉(zhuǎn)換，然后將其擴入到電網(wǎng)中。還會有輔助電路，從電網(wǎng)直接取電，然后是經(jīng)過ACDC，然后再通過DCDC轉(zhuǎn)換成一個控制板可以使用的電壓。

作為交直流轉(zhuǎn)換設(shè)備，實現(xiàn)轉(zhuǎn)換的核心器件是功率半導(dǎo)體，也就是IGBT、MOSFET、SiC、GaN這些耳熟能詳?shù)墓β拾雽?dǎo)體。

在光伏儲能領(lǐng)域，因為這些應(yīng)用里的電壓等級都非常高，電流傳感芯片也是很重要的一類器件。光伏逆變中的電流檢測必須在高電壓隔離下進(jìn)行，而且傳感需要提供足夠快速的保護(hù)，確保系統(tǒng)對安全工作區(qū)外的事件做出迅速響應(yīng)，避免損壞半導(dǎo)體和其他敏感器件。很典型的逆變器電流檢測部分，對電流檢測的要求都是需要有高隔離電壓等級，還能實現(xiàn)高邊電流采樣并快速關(guān)斷。

光伏逆變自然少不了主控MCU的協(xié)助，為DCDC和DCAC中的電源開關(guān)準(zhǔn)確生成PWM、提供逆變電路的過溫、過壓、欠壓等監(jiān)控保護(hù)功能、各種智能化控制功能等等都需要MCU來統(tǒng)一管理。

此外，電容、電阻、電感等磁性元件在光伏逆變器中也有大量的應(yīng)用，并在相當(dāng)大的程度上影響著逆變性能。

儲能變流器中的關(guān)鍵器件

儲能變流器，一種可以控制蓄電池的充電和放電過程，進(jìn)行交直流的變換，在無電網(wǎng)情況下可以直接為交流負(fù)荷供電的設(shè)備。儲能變流器由DCAC雙向變流器、控制單元等構(gòu)成，根據(jù)功率指令的符號及大小控制變流器對電池進(jìn)行充電或放電，實現(xiàn)對電網(wǎng)有功功率及無功功率的調(diào)節(jié)。

嚴(yán)格來說，光伏逆變器是儲能變流器的一個類別。因此二者在核心器件的組成上是有些類似的。不同之處在于儲能變流器會要求主控更強的控制能力，因為儲能變流器需要捕獲電網(wǎng)的電壓、頻率，并依據(jù)這些信號來控制儲能系統(tǒng)接入電網(wǎng)并調(diào)整母線電壓到適合儲能工作的電壓平臺。

不論是前級DCDC的控制需求，還是后級DCAC的控制需求，主控需要隨時控制流過電池的電流來響應(yīng)充放電指令，平衡好電壓、頻率以及傳輸功率。所以這種設(shè)備對主控會要求更高效的內(nèi)核運算能力、更豐富的外設(shè)資源和更充足的存儲空間。

充電設(shè)備中的高度集成趨勢

在用電側(cè)，各種充電樁、充電設(shè)備的核心是功率模塊，在功率模塊內(nèi)將電網(wǎng)中的交流電轉(zhuǎn)化為可直接向電池充電的直流電。這部分的組成部分包括半導(dǎo)體功率器件、集成電路、磁性元件、PCB、電容等等。

用于其中AC輸入側(cè)、ACDC變換、DCDC變換部分的各類驅(qū)動、計量、檢測芯片，都呈現(xiàn)出高度集成化趨勢。單芯片的各種方案，能夠有效減少器件的使用數(shù)量，這樣有利于提高系統(tǒng)的功率密度。其中DCAC的轉(zhuǎn)換會影響整個充電體驗，使用高集成度高帶寬的電流傳感和高速的門級驅(qū)動能夠提升DCAC的轉(zhuǎn)換效率。

小結(jié)

能源方向是工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用一個重要的分支，很多能源設(shè)備都需要用到工業(yè)級的芯片方案。這些核心器件、IC也紛紛針對能源應(yīng)用推陳出新，隨著能源市場進(jìn)一步拓展，用于其中的核心設(shè)備與相關(guān)的元器件、IC需求也會持續(xù)走高。