纳芯微：“三高一降”，光伏储能系统趋势及其模拟芯片解决方案-Ameya360 electronic components purchasing network

纳芯微：“三高一降”，光伏储能系统趋势及其模拟芯片解决方案

Release time：2024-07-18

author：AMEYA360

source：纳芯微

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　　随着全球能源需求的增长和环保意识的提高，可再生能源，尤其是光储系统得到了日益广泛的应用。光储系统，又称太阳能光伏储能发电系统，由光伏设备和储能设备组成，用于发电和能量存储。在这些系统中，模拟芯片的应用和解决方案对于提升系统效率、降低成本以及增强可靠性至关重要。本文将简要介绍光储系统的基本运作原理，以及光储系统在高压化发展趋势下，模拟芯片的机会及纳芯微解决方案。

纳芯微：“三高一降”，光伏储能系统趋势及其模拟芯片解决方案

　　一、光储系统概述

　　上图是一个典型的光储系统框图。系统功能的实现从左到右分别是：光伏电池板的直流输出，经过AFCI电弧故障保护后，进入到MPPT(最大功率点追踪)DC-DC电路实现前级电压抬升;经过逆变电路转化为交流电，以单相或者三相电输出并网。最上方电路为电池储能系统，通过一个双向DC-DC模块，完成电池的储电和放电。下方为MCU 和基于ARM的控制电路，在低压侧实现系统通信与控制。

　　为保障系统安全可靠运行，系统中需要很多隔离器件，如数字隔离器，隔离驱动，隔离采样与隔离接口等，来实现低压侧控制电路和高压侧电源电路之间的强弱电隔离与信号传输。纳芯微可提供基于电容隔离技术的丰富隔离产品组合，以及SiC二极管和SiC MOSFET、传感器、非隔离驱动、接口、通用电源、通用运放等诸多产品，覆盖光伏逆变器、储能变流器、光伏阵列/优化器和储能电池/BMS等多个领域，为光储应用提供高可靠性的系统级解决方案。

　　二、光储系统的发展趋势及模拟芯片机会

　　1. 高能效和高功率密度

　　随着光储系统功率密度和能源转换效率的不断提升，电源系统开关频率、开关损耗和散热性能都需要满足更高的指标要求。纳芯微可以提供支持1200V电压的SiC二极管、SiC MOSFET产品;以及带米勒钳位功能的隔离驱动芯片NSI6801M(避免功率器件误导通)和带DESAT保护功能(过流时保护功率器件不被损坏)的NSI68515，以更好地适配第三代半导体和高开关频率系统，为大功率光伏逆变器产品的安全稳定运行保驾护航。

　　2. 高压化

　　系统功率密度的提升带来的母线电压高压化趋势，使系统内关键部件面临更为严苛的性能挑战，尤其是实现强弱电隔离的隔离芯片。传统隔离方案通常采用光耦隔离技术，虽然其市场成熟度高，但存在抗共模干扰能力差、传输速度慢、光衰等问题，越来越无法满足光储系统的要求。相对于传统光耦隔离方案，纳芯微的产品采用双边增强隔离电容技术，并采用自有专利Adaptive OOK®信号编码技术，在隔离耐压能力、传输速度、抗干扰能力、工作温度和寿命等方面优势明显，可满足光储高压系统对芯片性能的严格要求。

　　值得一提的是，纳芯微推出超宽体封装的数字隔离器和单管隔离驱动，单颗芯片提供15mm爬电距离，完全符合客户1500V高压母线需求。纳芯微隔离产品已在行业头部客户的光储系统中广泛、稳定应用，累计发货量过亿颗，得到了市场的充分验证及客户认可。

　　3. 降本

　　为更好支持光储系统持续降本的要求，纳芯微在提升产品集成度和性价比上也在持续投入。以霍尔电流传感器为例，纳芯微能够提供芯片级的霍尔电流检测方案，基于霍尔效应产生霍尔电压进行输入和输出侧的电流检测。在系统的PV 侧、 MPPT 侧和 AC 侧的多个电流采样点，传统的霍尔电流传感器模组方案不仅占板面积大，成本也高。纳芯微推出贴片式的霍尔电流方案，单芯片集成方案实现了更优的成本效益，且减少了约50%的占板面积，最高通流能力可达200A。该系列产品支持不同的封装耐压、通流能力和响应速度，可覆盖光储系统各个位置的电流检测需求。

　　降本还意味着芯片需要有更多的功能组合，纳芯微隔离产品系列基于领先的电容隔离技术，可进一步集成驱动、采样、接口、电源等多种组合，且通过设计迭代不断提高产品竞争力，为客户持续提供高竞争力的整体芯片解决方案。

　　三、总结

　　面对光储系统高集成度、高功率密度、高可靠性和低成本的趋势和要求，对于纳芯微等芯片厂商而言，核心任务是适配应用的需求，提供功率密度更高、抗干扰能力更强，且能兼顾降本的产品方案。纳芯微致力于提供完善的产品组合，满足客户多样化的需求，助力客户提升系统竞争力。

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行业新闻

纳芯微 | SPI 隔离通信实战避坑：数字隔离器输出并联电平异常的原因与解决方案

　　在工业系统 SPI 一主多从通信架构中，为节省 IO 资源，数字隔离器输出通道并联复用是常见设计，但实际应用中极易出现电平无法正常拉高 / 拉低的异常问题，严重影响通信稳定性。本文先梳理工业系统主流通信方式及 SPI 隔离的应用场景，深入剖析数字隔离器输出并联导致电平异常的核心原因，再针对性给出两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断配合软件配置)，并明确实施过程中的关键注意事项，为工程师解决同类 SPI 隔离通信问题提供直接参考。　　01 工业系统常见通信方式　　通信接口是硬件系统中实现数据交换的核心模块，常分为内部通信接口(板级通信)、外部通信接口(对外通信)，如图1，不同接口在速率、距离、复杂度等方面各有特点，是纳芯微产品主要的应用场景之一。图1 板级通信和对外通信　　板级通信　　板级通信为设备内部组件间的通信，通常具备速度快、距离短的特性，通常具备速度快、距离短的特性，常见有UART、I2C、SPI、单总线等。具体参数如表1所示：表1 板级通信具体参数　　对外通信　　对外通信为设备级信号传输，用于实现设备间的数据交互，多采用差分传输方式，具备传输距离远的优势，常见类型包括 RS-232、RS-485、CAN 等，具体参数如下表所示：　　表2 对外通信具体参数　　02 隔离SPI机会点　　SPI全称为Serial Peripheral Interface(串行外设接口)，由摩托罗拉公司开发的一种同步、全双工、主从式串行通讯总线，可以实现一主多从的通讯连接。　　在硬件连接方式上，SPI常用4线制(SCK、MOSI、MISO、CS/SS)，各信号线的传输方向及功能描述如下表3所示：表3 SPI各信号线的传输方向及功能　　SPI一主多从的通讯拓扑，MOSI、MISO、SCK常采用复用接口，节省IO资源，通过独立的CS/SS实现从机选择。如图2所示。图2 SPI 一主多从基础拓扑　　在工业系统中，MCU高压域与低压域之间需要做通讯隔离，纳芯微隔离器NSI8241W(3正1反)适用于SPI信号隔离。对于一主一从的隔离方式，4通道刚好一对一匹配(3正向通道对应SCK、MOSI、CS/SS，1反向通道对应MISO)。对于一主多从的拓扑架构，同样会复用通道节省IO资源，如图3示例。图3 带数字隔离器的SPI主多从拓扑　　03 数字隔离器输出并联问题及解决方案　　数字隔离器隔离SPI复用通道实际测试时，会发现复用MISO会出现电平异常，当一路输入高，一路输入低的情况下，MISO不能完全被拉高或者拉低。如图4，两颗8241 Out口复用，输入分别给高、低时，MISO波形。图4 Vdd1=Vdd2=5.25V，IND1高，IND2低黄色OutD1=蓝色OutD2≈2.5V　　数字隔离器Out内部为推挽输出：输入为高时，推挽上管导通，输出高电平;输入为低时，推挽下管导通，输出低电平。当输入一高一低时，就会形成分压回路，造成MISO电平异常，如图5，这显然与SPI中规定MISO复用冲突(当SS拉低使能时，从机输出配置为推挽输出，当SS拉高时，从机输出需配置为高阻态，防止多个输出导致电平冲突)。图5 数字隔离器内部分压回路　　查阅NSI8241真值表(如图6所示)，当EN拉低时，数字隔离器可以输出高组态，能够满足SPI复用要求。因此我们给出以下电路调整方案，来实现数字隔离器输出口并联复用需求。图6 NSI241真值表　　方案1　　CS 处增加反向电路，同步使能数字隔离器　　在CS处增加反向电路(NPN、PNP、反相器等，需考虑Vce压降)同步使能数字隔离器。CS拉高禁用时，数字隔离器EN拉低禁用，Out复用输出高。　　方案2　　二极管反向阻断 + 软件配置，实现并联复用　　通过二极管进行反向阻断，配合软件配置合理实现数字隔离器输出并联复用。　　但需要注意的是：　　(1)需添加上下拉电阻，明确默认电平，同时满足信号上升沿、下降沿的时间要求;　　(2)需考虑二极管压降对电平幅值的影响，避免因压降导致通信误判;　　(3)当一路输出通道由高电平切换至低电平时，受寄生参数影响，可能会短暂通过二极管抽取另一通道电流，需重视由此产生的电压尖峰问题。　　结论与建议　　在工业 SPI 一主多从隔离通信场景中，数字隔离器输出通道并联复用是节省 IO 资源的常用方案，但因隔离器内部推挽输出结构，直接并联易导致电平异常。本文通过分析异常产生的核心原因，提供了两种经实测验证的解决方案(CS 反向使能电路、二极管反向阻断 + 软件配置)，同时明确了实施过程中的关键注意事项。工程师在实际设计中可根据项目需求选择合适方案，规避电平异常问题，保障 SPI 通信的稳定性。　　高可靠性四通道数字隔离器NSI824x已通过 UL1577 安全认证，支持3kVrms-8kVrms 多档绝缘电压，同时在低功耗下提供高电磁抗扰度和低辐射。数据速率高达 150Mbps，共模瞬态抗扰度 250kV/μs。支持数字通道方向及输入失电默认输出电平配置，宽电源电压可直接适配多数数字接口，简化电平转换;高系统级 EMC 性能进一步提升使用可靠性与稳定性。

2025-12-05 11:20 reading：176

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