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上海2022年9月8日 /美通社/ -- Eric每年都(dou)會回老(lao)家(jia)，就在去年他(ta)看到老(lao)家(jia)的(de)屋頂上新豎起(qi)了(le)一排排的(de)太陽能(neng)(neng)光伏(fu)板，立刻(ke)意識到鄉(xiang)親們(men)能(neng)(neng)夠從中帶(dai)來一定(ding)的(de)收益，作為德州儀(yi)器（TI）新能(neng)(neng)源應用的(de)技術專家(jia)，他(ta)很欣慰。其實Eric的(de)家(jia)鄉(xiang)正是全國(guo)如火如荼(tu)推(tui)進的(de)光伏(fu)發電(dian)（即太陽能(neng)(neng)）中的(de)一朵小浪花。
根據(ju)國家能(neng)源局網(wang)站的消(xiao)息(xi)，我(wo)國2021年新增光伏發電(dian)并(bing)網(wang)裝機容量約5300萬千(qian)瓦，連續(xu)9年穩(wen)居世(shi)界首位(wei)。截至2021年底，光伏發電(dian)并(bing)網(wang)裝機容量達到(dao)3.06億(yi)千(qian)瓦，突破3億(yi)千(qian)瓦大關(guan)，連續(xu)7年穩(wen)居全球首位(wei)。
回顧近20年的發(fa)展，光(guang)(guang)伏(fu)市場雖(sui)然也(ye)經過(guo)了(le)啟動(dong)期(qi)、調整期(qi)、醞釀(niang)期(qi)以及高速發(fa)展期(qi)等不(bu)同階段，但(dan)裝(zhuang)機總(zong)容(rong)量始終在(zai)節(jie)節(jie)攀升中。光(guang)(guang)伏(fu)的好處毋庸置(zhi)疑(yi)，取之不(bu)盡且零污染(ran)，不(bu)過(guo)隨著產(chan)業(ye)的不(bu)斷發(fa)展，也(ye)有一些痛點亟待(dai)解決，包括成本(ben)、效率、智能化、可靠性(xing)等。
逆變器是光伏(fu)發電(dian)(dian)系(xi)統的(de)(de)核心(xin)電(dian)(dian)力電(dian)(dian)子設備(bei)，就像是整個(ge)光伏(fu)系(xi)統的(de)(de)心(xin)臟，其(qi)作用是將光伏(fu)組件產生的(de)(de)可變直流電(dian)(dian)壓轉換為市(shi)電(dian)(dian)頻率交流電(dian)(dian)。而(er)芯片則是逆變器的(de)(de)核心(xin)組件，因(yin)此光伏(fu)行(xing)業所面臨的(de)(de)一系(xi)列痛(tong)點，同(tong)樣是芯片行(xing)業正在(zai)踐(jian)行(xing)的(de)(de)創新。"包括太陽能在(zai)內(nei)的(de)(de)可再生能源由(you)于(yu)完全(quan)取決于(yu)自然(ran)環境，因(yin)此動態(tai)性(xing)很大(da)且不可控，這就給(gei)系(xi)統設計帶(dai)來了更多(duo)挑戰。"Eric指出。
更大(da)功(gong)率的(de)逆(ni)變(bian)器意味著(zhu)更多(duo)的(de)元件(jian)，且同(tong)時會存(cun)在功(gong)率并聯的(de)情(qing)況，這會給系統(tong)設計帶來進一步的(de)挑戰，需要(yao)具備低(di)輸出失真、高精確的(de)電壓和(he)(he)電流(liu)模擬測量、高效(xiao)率和(he)(he)功(gong)率密度以及(ji)實時通信和(he)(he)監測等特(te)性(xing)。那么(me)什(shen)么(me)樣產品和(he)(he)技術可(ke)以為光伏逆(ni)變(bian)器系統(tong)提供有競爭(zheng)力的(de)解決(jue)方(fang)案呢？
機敏的大腦 -- 控制器
光伏逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)(qi)(qi)(qi)一般具有兩個(ge)功(gong)率(lv)轉(zhuan)換級，一個(ge)是(shi)直流(liu)到直流(liu)的(de)升(sheng)壓過(guo)程，另一個(ge)則是(shi)直流(liu)到交流(liu)的(de)逆(ni)(ni)變(bian)過(guo)程。這(zhe)些(xie)都要依(yi)靠于(yu)控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)來(lai)(lai)進(jin)(jin)行處理、傳(chuan)感以及控制(zhi)(zhi)三(san)方面的(de)工作(zuo)，控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)就(jiu)是(shi)整個(ge)逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)(qi)(qi)(qi)中的(de)大腦，為(wei)了滿(man)足高(gao)(gao)動態性給系統(tong)帶來(lai)(lai)的(de)挑(tiao)戰，控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)的(de)選擇(ze)成為(wei)關(guan)鍵(jian)。早(zao)在(zai)中國的(de)光伏市場啟(qi)動之時(shi)(shi)(shi)，TI的(de)C2000?實時(shi)(shi)(shi)微控制(zhi)(zhi)器(qi)(qi)(qi)(qi)（MCU）就(jiu)借(jie)助其電力電子控制(zhi)(zhi)領域的(de)積累，廣(guang)泛應(ying)用于(yu)光伏逆(ni)(ni)變(bian)器(qi)(qi)(qi)(qi)中。這(zhe)些(xie)年來(lai)(lai)更(geng)是(shi)在(zai)各方面都不斷(duan)改進(jin)(jin)，在(zai)提高(gao)(gao)芯片性能的(de)同時(shi)(shi)(shi)，集(ji)成更(geng)多(duo)實時(shi)(shi)(shi)控制(zhi)(zhi)模(mo)擬外(wai)設。
在處(chu)理(li)(li)方面，C2000? MCU具(ju)有(you)超高(gao)性能的(de)(de)C28數字信號處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)、硬件算法加速器(qi)(qi)、CLA（控制律加速器(qi)(qi)）及CLB（可(ke)配置邏(luo)輯塊(kuai)(kuai)）等多(duo)種處(chu)理(li)(li)器(qi)(qi)內核(he)組成的(de)(de)異構計(ji)算架構，從而(er)(er)最大化(hua)處(chu)理(li)(li)性能。對于傳感而(er)(er)言，多(duo)個并行ADC模塊(kuai)(kuai)支持最高(gao)16位分辨率，最高(gao)3.46MSPS的(de)(de)采樣速率，可(ke)以精確(que)測量及監控系統各部分的(de)(de)電流、電壓，此外還包括比較器(qi)(qi)、DAC等豐富的(de)(de)外設。而(er)(er)對于控制端，150ps精度的(de)(de)多(duo)通道PWM控制器(qi)(qi)，可(ke)快速驅動(dong)各類功率轉(zhuan)換器(qi)(qi)件，甚至基于SiC或GaN的(de)(de)寬帶隙器(qi)(qi)件等。
可靠的免疫組織 -- 信號鏈隔離
逆變器系統支持從幾伏到數百伏的電壓，為確保高壓復雜環境下的信號完整性，需要像人類免疫組織的隔離器件，從而可靠地隔離高壓對低壓的潛在性破壞，或者隔離噪聲帶來的測量不準確性。TI的數字隔離器技術基于專有二氧化硅 (SiO2) 絕緣柵，具有超高(gao)(gao)工作電壓、超高(gao)(gao)可靠(kao)性、支持高(gao)(gao)速(su)率傳輸等多(duo)種優勢，與光耦方(fang)案相(xiang)比，壽命更長，功率更低且更緊湊。
特別地，針對(dui)(dui)逆變器(qi)的(de)(de)(de)閉環控制邏輯而(er)言，需(xu)要采(cai)樣高(gao)(gao)壓大(da)(da)功(gong)率系統(tong)中的(de)(de)(de)電(dian)(dian)壓和(he)電(dian)(dian)流信(xin)號(hao)，以便準確轉換功(gong)率，并(bing)隨(sui)時確保系統(tong)可(ke)以可(ke)靠運行(xing)。為(wei)此，TI將數字(zi)隔離(li)技術與(yu)其信(xin)號(hao)鏈(lian)和(he)電(dian)(dian)源(yuan)產品廣泛集(ji)成(cheng)，從而(er)實(shi)現更(geng)高(gao)(gao)的(de)(de)(de)集(ji)成(cheng)度。比如集(ji)成(cheng)直流/直流轉換器(qi)的(de)(de)(de)增強(qiang)型隔離(li)放大(da)(da)器(qi)AMC3302，單(dan)芯(xin)片實(shi)現了對(dui)(dui)輸出電(dian)(dian)流信(xin)號(hao)的(de)(de)(de)采(cai)集(ji)，相比于(yu)基于(yu)霍爾磁(ci)效應的(de)(de)(de)傳感器(qi)而(er)言，精度更(geng)高(gao)(gao)，電(dian)(dian)路尺寸(cun)更(geng)小，抗電(dian)(dian)磁(ci)干(gan)擾和(he)共模干(gan)擾能力更(geng)強(qiang)，并(bing)且可(ke)擴展性(xing)更(geng)強(qiang)。
強健的肌肉 -- 驅動及功率器件
電源轉換的(de)(de)本(ben)質是通過(guo)功率(lv)(lv)管的(de)(de)開(kai)關來(lai)實現(xian)不(bu)同的(de)(de)電壓變(bian)化，就好像人(ren)體的(de)(de)肌(ji)肉與骨骼在大(da)腦的(de)(de)指揮下執行(xing)著(zhu)一次次電源變(bian)化過(guo)程(cheng)，因此更(geng)強健的(de)(de)功率(lv)(lv)器件和(he)對(dui)應的(de)(de)驅動是逆變(bian)器效率(lv)(lv)和(he)可靠性的(de)(de)重要體現(xian)。
更(geng)(geng)(geng)高的(de)(de)輸入電壓(ya)以(yi)(yi)及更(geng)(geng)(geng)小的(de)(de)無源元件正在成(cheng)為光伏逆變器(qi)的(de)(de)重點發(fa)展方向(xiang)，前者可(ke)以(yi)(yi)減少損(sun)耗并(bing)且使功率(lv)器(qi)件體(ti)積更(geng)(geng)(geng)小，后者則需要(yao)功率(lv)器(qi)件具有(you)更(geng)(geng)(geng)高的(de)(de)開關速率(lv)。為了應對更(geng)(geng)(geng)高的(de)(de)工作電壓(ya)和(he)開關速度(du)的(de)(de)挑(tiao)戰，可(ke)以(yi)(yi)采用寬禁帶半導體(ti)（例(li)如(ru)(ru)SiC和(he)GaN）。比如(ru)(ru)TI推出的(de)(de)具有(you)集成(cheng)驅(qu)動器(qi)、保護和(he)溫度(du)報告功能的(de)(de)GaN FET，不僅可(ke)以(yi)(yi)提高整體(ti)轉換效率(lv)，降低(di)系統成(cheng)本(ben)，還可(ke)以(yi)(yi)實現更(geng)(geng)(geng)小、更(geng)(geng)(geng)輕及更(geng)(geng)(geng)可(ke)靠的(de)(de)逆變器(qi)。
盡(jin)管(guan)寬禁帶半導體已(yi)登場，但傳統(tong)的功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件依然是目前逆(ni)變器(qi)市場的主(zhu)流。實(shi)際上，無論何種(zhong)功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件，都需要對應的柵極驅動(dong)器(qi)，驅動(dong)器(qi)既可(ke)簡單也(ye)可(ke)復雜。由于功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件是逆(ni)變器(qi)中最容易損壞的部分(fen)，集成米勒鉗位、分(fen)離(li)輸出、欠壓鎖定(UVLO)、以(yi)及溫度保(bao)護的智能驅動(dong)可(ke)以(yi)為功(gong)率(lv)(lv)器(qi)件長時間(jian)運行保(bao)駕護航。
另(ling)外，電路中的噪(zao)聲，無論是電源紋波還是柵極(ji)振鈴，噪(zao)聲都會導(dao)致(zhi)功(gong)率器件錯誤運行并降低(di)可(ke)(ke)靠(kao)性(xing)。TI集成隔離、保護功(gong)能的智能柵極(ji)驅動器，可(ke)(ke)以有效隔離噪(zao)聲以及(ji)其他潛在的高壓危害，并可(ke)(ke)輕松適配各類功(gong)率器件。
智能及更多
目前，新型的(de)逆變器(qi)(qi)或匯流箱普遍支持手機遠程監控，從(cong)而方便(bian)進(jin)行監控與維護(hu)。TI提供(gong)了多種有線或無線連接(jie)處理(li)器(qi)(qi)，以(yi)滿足(zu)智能化(hua)的(de)連接(jie)需求，其中包括Wi-Fi、Wi-Sun、ZigBee等(deng)無線通信技(ji)術，以(yi)及以(yi)太網、CAN、RS485等(deng)有線技(ji)術。此(ci)外，這些處理(li)器(qi)(qi)也支持豐富(fu)的(de)HMI，從(cong)而進(jin)一步提升(sheng)操作體驗。
對于長達數十年運行的(de)(de)光(guang)伏系(xi)(xi)統而言(yan)，半(ban)導體器件的(de)(de)壽命和供貨連續性是(shi)實(shi)現系(xi)(xi)統穩定(ding)的(de)(de)可(ke)靠保證，TI 的(de)(de)產(chan)(chan)品(pin)生命周期(qi)通常(chang)為(wei) 10 ～ 15 年，并(bing)且(qie)通常(chang)可(ke)以(yi)延長使(shi)用壽命。同時，為(wei)了(le)實(shi)現高質量生產(chan)(chan)，TI 自1985年起就(jiu)建立了(le)的(de)(de)質量綜合管理體系(xi)(xi)，并(bing)成為(wei)TI生產(chan)(chan)過(guo)程中的(de)(de)必要工具。對產(chan)(chan)品(pin)壽命和供貨連續性的(de)(de)承(cheng)諾，以(yi)及對產(chan)(chan)品(pin)質量的(de)(de)承(cheng)諾，從來(lai)都是(shi)合作伙伴對TI最(zui)為(wei)認可(ke)之(zhi)處。
在產品(pin)的性能和質量之外，開(kai)發支持是(shi)用戶同樣關注的，而這是(shi)TI的優勢所在。以C2000?為(wei)例(li)，TI針對光伏等電(dian)源(yuan)領(ling)域，提供(gong)了完整的，包含(han)全面的軟件基(ji)礎(chu)架構、工具和文檔，旨在更大(da)程度地縮短基(ji)于 C2000? MCU 的數字電(dian)源(yuan)系統開(kai)發時間(jian)。
在開發(fa)套(tao)(tao)件(jian)和參考(kao)設計方面(mian)，TI 2014年就針對組(zu)串式及微(wei)(wei)型(xing)逆變(bian)(bian)器(qi)推出了(le)太(tai)陽(yang)能微(wei)(wei)型(xing)逆變(bian)(bian)器(qi)開發(fa)套(tao)(tao)件(jian)，基于(yu)TI F28003x MCU的C2000?太(tai)陽(yang)能微(wei)(wei)型(xing)逆變(bian)(bian)器(qi)開發(fa)套(tao)(tao)件(jian)使設計人員了(le)解(jie)了(le)一款完全適合的MCU，并通(tong)過把開發(fa)流程分解(jie)成若干(gan)個便于(yu)管理(li)(li)的部分，系統地(di)解(jie)決了(le)應用難(nan)題(ti)。用戶一開始(shi)可以通(tong)過一個簡單的圖形界面(mian)對設計進(jin)行評估(gu)，而不必一頭扎進(jin)代碼開發(fa)工作之中。當(dang)準備(bei)好做更深一步的探究時，基于(yu)理(li)(li)論的詳(xiang)盡文檔可通(tong)過太(tai)陽(yang)能微(wei)(wei)型(xing)逆變(bian)(bian)器(qi)開環至(zhi)閉(bi)環操作的遞增式構(gou)建，來指(zhi)導用戶循序激進(jin)地(di)完成軟件(jian)與硬件(jian)實施方案。
目(mu)前(qian)，基于C2000? MCU的參考設(she)計可以(yi)快速實現包括MPPT、逆變、電弧檢測、快速關機（RSD）在內(nei)的多種功能。
可持續的未來
"TI產品(pin)的(de)(de)(de)廣(guang)度、對(dui)于垂直(zhi)領域的(de)(de)(de)關注度，決定了TI將服務于各個行業領域的(de)(de)(de)技術(shu)發展，光伏市場(chang)就(jiu)是個最佳例子。"Eric介紹，TI一直(zhi)以來同(tong)行業客戶緊密交流，將客戶的(de)(de)(de)需(xu)求(qiu)轉(zhuan)換為產品(pin)及方(fang)案(an)的(de)(de)(de)創新，并通過本地化團隊與客戶進行同(tong)步聯(lian)動，從而在新方(fang)案(an)出來后更快選(xuan)用。"TI一直(zhi)以來服務于眾(zhong)多(duo)國內逆變器客戶，我們深知只有客戶的(de)(de)(de)方(fang)案(an)具有競爭力，才可以使(shi)行業具有競爭力，從而不斷去推(tui)動市場(chang)發展。"
可(ke)(ke)持續發展(zhan)的理念如今(jin)已(yi)深入人(ren)心，無論(lun)是(shi)技術創(chuang)新(xin)(xin)還是(shi)市場容(rong)量都正(zheng)在(zai)迅速崛(jue)起(qi)，Eric也因此(ci)變得越來(lai)越忙碌(liu)。從農村到(dao)城市，從民居到(dao)工業(ye)園區，隨著藍(lan)色(se)屋(wu)頂一排(pai)排(pai)地搭建起(qi)來(lai)，印(yin)證了越來(lai)越多的光伏在(zai)發揮作用。此(ci)時他更加堅信這(zhe)份工作有著更深遠(yuan)的價值，并且已(yi)經(jing)和TI的愿景相一致。那就是(shi)通過TI的產品(pin)與(yu)服務(wu)，幫助可(ke)(ke)再(zai)生(sheng)能源(yuan)產業(ye)創(chuang)新(xin)(xin)，助力可(ke)(ke)持續發展(zhan)的新(xin)(xin)征程，從而為所有人(ren)創(chuang)造一個更清潔、更可(ke)(ke)持續的未來(lai)。
