泰克助力芯朋微理想二極管更安全、更高效

在全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型和可持續(xù)發(fā)展的大背景下，光伏產(chǎn)業(yè)作為可再生能源的主力軍，正迎來前所未有的機(jī)遇和挑戰(zhàn)。然而，光伏系統(tǒng)的安全性和可靠性問題也日益凸顯，成為制約其進(jìn)一步發(fā)展的關(guān)鍵因素。泰克科技與芯朋微深度合作，憑借前沿的測試測量技術(shù)和創(chuàng)新的理想二極管方案，為光伏快速關(guān)斷器和優(yōu)化器注入強(qiáng)勁動(dòng)力，顯著提升了系統(tǒng)的壽命和性能，為光伏產(chǎn)業(yè)的安全、高效和可持續(xù)發(fā)展提供了有力支撐。

光伏系統(tǒng)在運(yùn)行過程中，面臨著諸多安全隱患和效率瓶頸。一方面，傳統(tǒng)光伏組串在太陽光照下會(huì)持續(xù)帶電，難以實(shí)現(xiàn)快速關(guān)斷。一旦發(fā)生火災(zāi)等緊急情況，消防員在進(jìn)行滅火救援時(shí)，存在極大的觸電風(fēng)險(xiǎn)，無法有效保障人員安全，甚至可能造成生命危險(xiǎn)。另一方面，光伏電池板的輸出效率受到多種因素影響，如組件間的失配、陰影遮擋等，導(dǎo)致整體發(fā)電效率低下，無法充分發(fā)揮光伏系統(tǒng)的潛力。為了解決這些問題，快速關(guān)斷器和優(yōu)化器應(yīng)運(yùn)而生，成為光伏系統(tǒng)中不可或缺的關(guān)鍵組件。

圖1. 傳統(tǒng)的旁路二極管使用的是肖特基二極管

快速關(guān)斷器能夠在緊急情況下迅速降低電壓，將光伏電池板與電網(wǎng)斷開連接，從而保障消防人員的安全，并為滅火救援創(chuàng)造有利條件。光伏優(yōu)化器則通過最大功率點(diǎn)跟蹤（MPPT）技術(shù)，實(shí)時(shí)監(jiān)測和調(diào)整每塊電池板的工作狀態(tài)，使其始終處于最佳發(fā)電效率，有效提升整個(gè)光伏系統(tǒng)的發(fā)電量。然而，這些設(shè)備在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的旁路二極管方案在大電流下壓降升高，導(dǎo)致功耗增加、熱量產(chǎn)生巨大，對系統(tǒng)的散熱設(shè)計(jì)提出了嚴(yán)峻考驗(yàn)。同時(shí)，在高溫高壓環(huán)境下，傳統(tǒng)二極管的可靠性大幅降低，漏電嚴(yán)重，影響了光伏系統(tǒng)的長期穩(wěn)定運(yùn)行。

芯朋微AP1790的理想二極管方案

圖2. 理想二極管控制器組成部分

圖3. 理想二極管工作示意圖

為攻克上述難題，芯朋微推出了AP1790系列理想二極管控制器，憑借其創(chuàng)新的設(shè)計(jì)和卓越的性能，為光伏快速關(guān)斷器和優(yōu)化器帶來了革命性的變革。AP1790通過控制外部MOSFET來模仿肖特基二極管，實(shí)現(xiàn)了超低正向壓降，相較于傳統(tǒng)肖特基二極管，其正向壓降更低，有效降低了系統(tǒng)的功耗和熱量產(chǎn)生，減少了散熱設(shè)計(jì)的壓力，延長了設(shè)備的使用壽命。在高溫高壓環(huán)境下，AP1790及其搭配的MOSFET展現(xiàn)出極高的可靠性，幾乎實(shí)現(xiàn)了“零漏電”，確保了光伏系統(tǒng)在各種極端條件下的穩(wěn)定運(yùn)行，為系統(tǒng)的長期安全提供了堅(jiān)實(shí)保障。

能量回收技術(shù)是AP1790的另一大亮點(diǎn)。在MOSFET體二極管導(dǎo)通時(shí)，能量回收電路開始運(yùn)行，收集能量并將其存儲(chǔ)于外部電容之中。當(dāng)電池板串恢復(fù)正常時(shí)，存儲(chǔ)的能量能夠?yàn)镸OSFET提供穩(wěn)定的驅(qū)動(dòng)電壓，使其正常耐壓，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。這一技術(shù)的應(yīng)用，不僅優(yōu)化了能量的利用，還為光伏系統(tǒng)的高效運(yùn)行提供了有力支持。

芯朋微AP1790系列理想二極管控制器，通過控制外部MOSFET來模仿肖特基二極管，具有以下顯著優(yōu)勢：

超低正向壓降：與傳統(tǒng)肖特基二極管相比，AP1790的正向壓降更低，有效降低了系統(tǒng)的功耗和熱量產(chǎn)生。

高溫高壓下的高可靠性：在高溫高壓環(huán)境下，AP1790及其搭配的MOSFET幾乎“零漏電”，確保了系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

能量回收技術(shù)：能量回收電路在MOSFET體二極管導(dǎo)通時(shí)運(yùn)行，當(dāng)電池板串恢復(fù)正常時(shí)，其能正常耐壓，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的效率和可靠性。

泰克科技的測試支持

泰克科技作為測試測量領(lǐng)域的領(lǐng)軍企業(yè)，為芯朋微AP1790的開發(fā)和測試提供了全方位的技術(shù)支持。泰克的2651A大電流源表和MSO54B示波器等先進(jìn)設(shè)備，確保了AP1790在不同負(fù)載和環(huán)境下的性能測試的準(zhǔn)確性和可靠性。2651A大電流源表采用主動(dòng)電流源模式，不受外部負(fù)載影響，在負(fù)載變化時(shí)電流可以保持恒定不變，有效避免了傳統(tǒng)電源在負(fù)載切換時(shí)輸出電流不穩(wěn)定的問題，確保了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性，為工程師提供了可靠的測試數(shù)據(jù)支持。

泰克的源表家族還具備全面的耐壓和漏電測試功能，可以輕松應(yīng)對AP1790及其搭配的MOSFET的耐壓和漏電測試，確保其在各種極端條件下的可靠性。這些設(shè)備的綜合應(yīng)用，為AP1790的性能驗(yàn)證和質(zhì)量把控提供了堅(jiān)實(shí)的技術(shù)保障，助力芯朋微不斷提升產(chǎn)品的技術(shù)水平和市場競爭力。

MSO54B示波器則憑借其12位的高分辨率和寬動(dòng)態(tài)范圍，能夠精確測量MOSFET的導(dǎo)通電壓和關(guān)斷電壓，幫助工程師準(zhǔn)確評估AP1790在不同工作狀態(tài)下的性能，為產(chǎn)品的優(yōu)化和改進(jìn)提供了有力依據(jù)。

穩(wěn)定的電流輸出：泰克2651A大電流源表采用主動(dòng)電流源模式，不受外部負(fù)載影響，在負(fù)載變化時(shí)電流可以保持恒定不變，避免了傳統(tǒng)電源在負(fù)載切換時(shí)輸出電流不穩(wěn)定的問題，確保了測試結(jié)果的準(zhǔn)確性。

高精度的動(dòng)態(tài)特性測試：泰克MSO54B示波器具有12位的高分辨率和寬動(dòng)態(tài)范圍，能夠精確測量MOSFET的導(dǎo)通電壓和關(guān)斷電壓，幫助工程師準(zhǔn)確評估AP1790在不同工作狀態(tài)下的性能。

全面的耐壓和漏電測試：泰克的源表家族可以輕松應(yīng)對AP1790及其搭配的MOSFET的耐壓和漏電測試，確保其在各種極端條件下的可靠性。

成果與展望

在泰克科技的助力下，芯朋微AP1790在光伏快速關(guān)斷器和優(yōu)化器中的應(yīng)用取得了顯著成效。其低溫升、高驅(qū)動(dòng)電壓、快速防反等特性，使得光伏系統(tǒng)的壽命和性能得到了大幅提升。

圖4. 低溫升（左圖：AP1790搭配MOSFET 最高溫度：72.8℃，右圖：2x SBD并聯(lián) 最高溫度153℃）

在溫升測試中，AP1790搭配外置MOSFET的最高溫度僅為72.8℃，而傳統(tǒng)的被動(dòng)方案（兩顆15150肖特基二極管并聯(lián)）的溫升超過150℃，充分展示了AP1790在散熱性能方面的優(yōu)越性。Cushion Start（熱短路保護(hù)）功能在控制器啟動(dòng)時(shí)，通過分級啟動(dòng)的方式，大幅度降低了開機(jī)熱量積累，僅為競品的40%，有效防止了芯片過熱，提高了系統(tǒng)的可靠性。

圖5. AP1790開機(jī)熱量積累時(shí)間大幅度優(yōu)于競品

高驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)計(jì)滿足了高壓MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓要求，確保了MOSFET的穩(wěn)定工作，降低了內(nèi)阻RdsON的變化，進(jìn)一步提升了系統(tǒng)的效率和可靠性。

圖6. AP1790驅(qū)動(dòng)電壓為7.3V~6.3V，滿足高壓MOSFET的驅(qū)動(dòng)電壓要求。而市場競爭對手的驅(qū)動(dòng)電壓較低 （6V~5V），MOSFET的RdsON變化較大 （圖中黃色為陽極到陰極的壓降，在MOSFET工作時(shí)壓差變化大）

快速防反功能則在陽極-陰極的電壓差超過-20mV時(shí)，迅速關(guān)斷拉低MOSFET的柵極，防止長時(shí)間的系統(tǒng)直通帶來的可靠性風(fēng)險(xiǎn)，為系統(tǒng)的安全運(yùn)行提供了有力保障。

通過示波器內(nèi)置的測量結(jié)果直方圖統(tǒng)計(jì)功能，可以對AP1790在一段工作時(shí)間內(nèi)的脈沖寬度和周期進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果顯示其在正常工作中（電流保持恒定），占空比以及周期基本維持不變，工作穩(wěn)定性高，進(jìn)一步印證了其在實(shí)際應(yīng)用中的卓越性能。