元芯率先推出單芯片800W太陽能MPPT高壓升降壓控制器（可驅(qū)GaN）

荃盈合眾周先生

       元芯率先推出單芯片800W太陽能MPPT高壓升降壓控制器（可驅(qū)GaN）

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•       隨著人們生活水平的提高，戶外生活和娛樂活動(dòng)如家庭聚餐、野營(yíng)、戶外表演等層出不窮。這時(shí)儲(chǔ)能電池產(chǎn)品不僅可以提供基本的生活供電需求，如取暖、充電、燒煮等；還可以提供音響，燈光，影像等娛樂供電需求。同時(shí)，為了延長(zhǎng)電池的續(xù)航能力，太陽能充電方式成為儲(chǔ)能電池最常見的獲取自然界能源以增加電池能量的方法。在戶儲(chǔ)領(lǐng)域，“陽臺(tái)儲(chǔ)能”等家用太陽能儲(chǔ)能系統(tǒng)也在國(guó)內(nèi)外悄悄興起。這些都對(duì)支持太陽能充電的電路系統(tǒng)及芯片的電壓和功率等級(jí)提出了越來越高的要求。
  

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• 目前現(xiàn)有常見的儲(chǔ)能電池產(chǎn)品的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）充電功率一般在300W以內(nèi)，電能轉(zhuǎn)換效率低，而且電路系統(tǒng)體積和重量大、成本高、也給儲(chǔ)能系統(tǒng)的可移動(dòng)性和便攜性造成了很[url=https://www.163.com/special/0077jt/tipoff.html?title=%E5%85%83%E8%8A%AF%E7%8E%87%E5%85%88%E6%8E%A8%E5%87%BA%E5%8D%95%E8%8A%AF%E7%89%87800W%E5%A4%AA%E9%98%B3%E8%83%BDMPPT%E9%AB%98%E5%8E%8B%E5%8D%87%E9%99%8D%E5%8E%8B%E6%8E%A7%E5%88%B6%E5%99%A8%EF%BC%88%E5%8F%AF%E9%A9%B1GaN%EF%BC%89]大負(fù)擔(dān)。
  

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為此，元芯半導(dǎo)體推出了支持800W功率、恒流恒壓(CC/CV)控制的高壓Buck-Boost控制器YX2265（單向CC/CV）和YX2865（雙向CC/CV）系列。其中單向高壓Buck-Boost控制器YX2265可以實(shí)現(xiàn)精確的恒流恒壓(CC/CV)控制和支持高開關(guān)頻率，可以很好的解決現(xiàn)有儲(chǔ)能電池充電方案中的一些常見痛點(diǎn)問題，比如：

（1）電能轉(zhuǎn)換效率低, 需要的散熱器體積大。

（2）升降壓控制器不支持高壓（<40V）和不支持高頻工作（<600KHz)，電感和方案尺寸大, 無法直驅(qū)氮化鎵功率管。

（3）采用進(jìn)口的傳統(tǒng)升降壓控制器，成本高、供貨周期長(zhǎng)、應(yīng)用支持不及時(shí)。

（4）采用分離器件和數(shù)字控制器MCU，外圍電路復(fù)雜且成本高。

YX2265產(chǎn)品介紹

YX2265應(yīng)用框圖如圖1所示，其主要特征如下：

• 支持寬范圍輸入電壓：3.5V~65V
• 支持寬范圍輸出電壓：2V~65V
• 支持寬范圍工作頻率：50KHz~3MHz
• 恒流恒壓（CC/CV）控制
• 可編程電感、輸入和輸出電流限流
• 可編程輸出平均電流及電流監(jiān)測(cè)（ISMON）
• 支持抖頻以降低系統(tǒng)EMI
• 支持可并聯(lián)和外部時(shí)鐘同步
• 集成1.8V高精度基準(zhǔn)
• 驅(qū)動(dòng)電壓兼容Si和GaN FETs
• UVLO欠壓保護(hù)
• 外部環(huán)路補(bǔ)償
• 軟啟動(dòng)功能
• PGOOD功能指示信號(hào)
• 32腳可浸潤(rùn)式QFN封裝
  

圖1. YX2265 應(yīng)用框圖

YX2265在MPPT充電中的應(yīng)用

元芯半導(dǎo)體推出了YX2265系列產(chǎn)品，功能豐富，非常適合應(yīng)用于MPPT儲(chǔ)能電池產(chǎn)品：

（1）輸入輸出均支持高達(dá)65V的電壓。一塊太陽能電池板開路電壓可能達(dá)到60V，輸出側(cè)48V電池組最高電壓可達(dá)55V。

（2）支持靈活的電流采樣位置。通常情況YX2265輸入側(cè)采樣電阻檢測(cè)峰值電流，進(jìn)行峰值電流控制；輸出側(cè)采樣電阻采樣輸出電流，進(jìn)行輸出平均電流控制，如圖1所示。在MPPT應(yīng)用中，可將輸出側(cè)平均電流采樣管腳接到輸入側(cè)采樣電阻，如圖2所示，從而進(jìn)行輸入平均電流控制。

（3）YX2265具有實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)采樣平均電流的模擬輸出端口ISMON，這方便了MCU讀取太陽能電池板電流并計(jì)算電池板功率，進(jìn)行MPPT算法設(shè)計(jì)。

（4）通過調(diào)節(jié)ICTRL管腳電壓，YX2265可快速調(diào)節(jié)太陽能電池板輸入平均電流，在太陽能電池板產(chǎn)生輸出功率擾動(dòng)，從而用擾動(dòng)觀察法實(shí)現(xiàn)最大功率跟蹤。

圖2. YX2265 光伏儲(chǔ)能MPPT電路設(shè)計(jì)

根據(jù)圖2設(shè)計(jì)，YX2265可以通過ICTRL的模擬電壓線性調(diào)節(jié)太陽能電池板側(cè)的輸入電流，其調(diào)節(jié)關(guān)系為：

其中，Rsns1單位為毫歐（mohm）。當(dāng)RSNS1=5mohm時(shí)，輸入電流IIN與ICTRL電壓關(guān)系測(cè)試結(jié)果如圖3所示：

圖3. ICTRL和輸入電流IIN控制關(guān)系

YX2265在800W 硅（Si）& 氮化鎵（GaN）版本MPPT應(yīng)用測(cè)試

為了驗(yàn)證YX2265在高壓大電流下的工作能力，元芯半導(dǎo)體根據(jù)Table 1的應(yīng)用指標(biāo)參數(shù)，設(shè)計(jì)了800W 硅（Si）和氮化鎵（GaN）版本的MPPT方案應(yīng)用測(cè)試板, 如圖4所示。為了方便效率對(duì)比，測(cè)試時(shí)均將開關(guān)頻率設(shè)置為200KHz. 圖5給出了Si版本在整個(gè)輸入電壓范圍（10V~60V）和整個(gè)輸出電壓范圍（20V~55V）下，輸入或輸出達(dá)到最大電流條件下的穩(wěn)態(tài)波形。可以看出，YX2265在Buck, Boost,或Buck-Boost模式下以及切換過程工作均非常穩(wěn)定。圖6給出了在滿功率下，Si和GaN版本應(yīng)用板測(cè)試的效率對(duì)比。氮化鎵GaN版本的峰值效率為98%，硅Si版本的峰值效率為97%。圖7展示了輸入50V，輸出48V，800W工作條件下的系統(tǒng)溫度照片。

Table 1 800W MPPT 應(yīng)用設(shè)計(jì)要求

圖4（a）800W GaN version MPPT board

圖4（b）800W Si version MPPT board

圖4. 基于YX2265 800W 功率下MPPT應(yīng)用板設(shè)計(jì)

(a) Vin=10V, Vout=48V(200W)

（b)Vin=40V, Vout=48V(800W)

(c) Vin=60V, Vout=48V(800W)

(d) Vin=48V, Vout=20V(320W)

(e) Vin=48V, Vout=45V(720W)

(f) Vin=48V, Vout=55V(800W)

圖5. 800W, Vin=10~60V, Vout=20-55V滿電流條件下穩(wěn)態(tài)波形

圖6. Vin=10~60V，Vout=48V條件滿電流Si和GaN效率對(duì)比

圖7. Vin=50V，Vout=48V（800W）條件下溫度照片

元芯產(chǎn)品系列

元芯DC-DC產(chǎn)品適用于光伏儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心、電動(dòng)汽車以及高端消費(fèi)電子的應(yīng)用場(chǎng)景。DC-DC產(chǎn)品系列包括了元芯單向DC-DC產(chǎn)品系列，元芯雙向DC-DC產(chǎn)品系列，元芯LED 驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列。量產(chǎn)產(chǎn)品支持65V，45V, 30V 三個(gè)電壓等級(jí)，支持的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)包含升降壓Buck-Boost, 升壓Boost和降壓Buck。其中65V產(chǎn)品系列具體選型表如下：

元芯氮化鎵柵極驅(qū)動(dòng)器產(chǎn)品具有超短傳輸時(shí)延和超強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力的特點(diǎn)，具備上下驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度可調(diào)、驅(qū)動(dòng)斜率控制、高精度電流檢測(cè)、溫度檢測(cè)、死區(qū)時(shí)間控制、內(nèi)部集成高精度LDO、以及過溫和過壓等必要的保護(hù)功能, 非常適用于光伏儲(chǔ)能、數(shù)據(jù)中心、電機(jī)驅(qū)動(dòng)、激光雷達(dá)、音響功放、電動(dòng)汽車以及高端消費(fèi)電子的應(yīng)用場(chǎng)景。驅(qū)動(dòng)器的超短傳輸時(shí)延和超強(qiáng)驅(qū)動(dòng)能力也非常適合用于低VTH的MOSFET驅(qū)動(dòng)。量產(chǎn)的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列包括單路氮化鎵驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列，100V半橋驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品系列。具體選型表如下：

元芯原邊反饋PSR隔離電源無需借助光隔離器，可輸送高達(dá)幾十瓦的的隔離輸出功率，適用于電信、汽車、工業(yè)輔助電源應(yīng)用。元芯推出的原邊反饋PSR隔離電源系列產(chǎn)品，包括了集成FET產(chǎn)品系列和外置FET產(chǎn)品系列。具體選型表如下：

      深圳市荃盈合眾電子有限公司是一家專業(yè)代理銷售功率半導(dǎo)體器件的公司，目前代理的產(chǎn)品線包括梵塔、AOS、GaNpower、Hunteck、CASS、Mospec、元芯、茂睿芯、等業(yè)界知名電源器件品牌，產(chǎn)品包括MOSFET、IGBT、可控硅、整流橋、快恢復(fù)二極管、肖特基二極管、電源管理IC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)IC等產(chǎn)品。

產(chǎn)品廣泛應(yīng)用于通信電源、變頻器、UPS、逆變電焊機(jī)、充電樁、電動(dòng)車控制器、照明、舞臺(tái)燈光音響、AC/DC、DC/DC、電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域。