光储系统高压化路上的“芯”力量
数据来源: 光伏观察
发布时间:2024-06-13

今年3月,全球逆变器龙头阳光电源光储高压2000V系统技术的面世,不仅叩响了光储系统迈向“2”时代的第一枪,更再度掀起业内对于如何确保高电压光储系统安全稳定性话题的探讨。

众所周知,持续降本与提升效率是光伏与储能行业亘古不变的命题。从系统角度而言,随着功率密度的不断提升,大功率逆变器的电流负荷给系统成本、体积和电磁干扰都带来了巨大挑战,提高母线电压,降低电流成为降本增效最直接有效的办法,更高的电压等级可以降低交直流侧线损及变压器低压侧绕组损耗,继而减少逆变器、汇流箱以及直流侧线缆的用量,从而实现降本增效的目的。

但硬币的另一面,更高的电压等级也意味着系统内每个关键设备都必将迎来更为严苛的性能考验,特别是肩负系统安全的“主力”逆变器。

因此,光储系统在迈向“2”时代的路上,如何确保逆变器的稳定性成为业内亟待思考的问题。芯片作为逆变器的核心部件,其性能高低对逆变器的安全、稳定运行至关重要。

光储系统新需求下,芯片企业应该如何满足?国际竞争格局下,国产芯片企业又该如何打赢市场争夺战?作为国内传感器、信号链和电源管理芯片企业代表,纳芯微有着自己的“丛林法则”。

以需求驱动创新,差异化打法站稳市场

市场的肯定是企业生存与发展的关键,而市场之争,需求先行。

纳芯微系统应用经理张雪霁直言,新形势下逆变器开发的关键在于高集成度、高功率密度、高可靠性和低成本,对于芯片厂商而言,核心任务便是适配逆变器应用需求,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。

以隔离驱动芯片为例,传统的光耦隔离驱动芯片凭着技术出现较早、成熟度较高、价格偏低的原有优势占据着市场主流地位,但其存在的共模干扰抑制能力(CMTI)较差、光衰导致寿命及可靠性降低、传输延时较长等问题却随着行业发展变得愈加不容忽视。

光储系统概览

张雪霁表示,相对于传统的光耦隔离驱动,基于电容隔离技术的隔离驱动在隔离耐压能力、传输速度、抗干扰能力、工作温度范围及寿命方面均有着明显优势。以纳芯微电流型输入的隔离单管驱动NSI6801产品为例,该产品采用双电容增强隔离技术,可以PIN to PIN兼容光耦隔离驱动,并提供更强的隔离性能;同时,依托纳芯微独特的AdaptiveOOK®编码技术,NSI6801可将CMTI提升至200kV/μs(业内平均100-150kV/μs)。

“值得一提的是,纳芯微的隔离驱动系列产品还有带米勒钳位功能的NSI6801M和带DESAT保护功能的NSI68515,带米勒钳位的产品可以帮助更好的钳位驱动电压,避免因寄生参数谐振引起的误导通,带DESAT保护的产品可以在过流的情况下保护功率器件不损坏,这些产品都能更好的适配第三代半导体SiC的应用,同时提升大功率光伏逆变器产品的可靠性。此外,NSI6801通用系列也有多种驱动能力输出的版本,除了替代传统光耦驱动的小电流版本,还有最大支持到5A驱动输出的版本,这对于驱动多个并联管子的场景,可以帮助客户省掉驱动后级的图腾柱电路,进而实现降低成本和简化外围设计。”张雪霁说。

据介绍,NSI6801是目前纳芯微在光储市场应用最广泛、出货量最大的驱动产品,累计出货已超2亿颗,并且在头部光储客户系统中保持长时间稳定运行,得到了市场的充分验证及客户的认可。

驱动芯片之外,电流传感器亦是逆变器的重要元件之一,主要作用是输入/输出电流检测。通过使用电流传感器,逆变器可以实现高精度、高稳定性的电流测量和转换,从而提高光储系统的效率和稳定性。

纳芯微霍尔电流传感器布局

张雪霁介绍,传统的逆变器通常会采用霍尔电流传感器模块,体积较大。对此,纳芯微研发推出贴片式的霍尔电流传感器,将电流路径集成在一颗芯片之上,相较于霍尔电流传感器模块体积更小,可减少50%以上的占板面积,高度也更低。纳芯微提供一系列的霍尔电流传感器,通过对通流能力、响应速度、采样精度,以及抗浪涌冲击和抗共模干扰等能力的差异化设计,来匹配光储应用里不同位置的不同检测要求,目前全系列产品已经基本可以覆盖PV侧、MPPT侧和AC并网侧的所有具有电流检测需求的地方。例如,除了最通用、市场应用最多的NSM201x系列,也有响应速度更快的NSM211x系列,以及可以支持到最大通流200A的NSM231x系列。

事实上,身处技术更新如流的芯片行业,企业若想长期立足,必须不断丰富和拓展自身的产品品类。据了解,自数年前布局泛能源业务至今,纳芯微光储解决方案产品已经覆盖至光伏逆变器、储能变流器、光伏阵列/优化器和储能电池/BMS多个领域,产品包括SiC功率半导体、隔离/非隔离驱动芯片、隔离电流/电压采样芯片、霍尔电流传感器、数字隔离器、隔离接口芯片、通用Buck/LDO/电源监控IC、通用运算放大器、高精度电压基准源、温湿度传感器/压力传感器等全品类。

“简而言之,纳芯微的芯片开发始终围绕应用需求进行,旨在为客户提供更为完整的产品方案。”张雪霁说。

精炼内功,持续深耕

秉持市场与客户第一原创,坚持技术创新与产品升级迭代之外,练好内功,从市场策略、服务体系等方面全方位增强自身综合实力亦是纳芯微穿越周期、稳健发展的秘笈之一。

张雪霁介绍,纳芯微拥有十分强大的市场团队,通过与客户的紧密沟通、市场调研,能够准确地把握行业发展趋势以及市场需求变化,为公司产品迭代升级、结构调整、技术研发摸清方向。

服务方面,纳芯微依托光储行业良好的国内外头部客户基础,积极提供战略客户未来产品定制合作机会,围绕客户的应用做产品创新升级,与客户一同定义、设计可以增强客户系统竞争力的产品。

以数字隔离器为例,若要在1500V系统应用中实现15mm爬电距离需求,传统封装的数字隔离器只能依靠串联2个8mm爬电距离隔离器+1个额外电源的方式,或者靠增加点胶工序来提升爬电距离,物料成本增加、可靠性不足。纳芯微通过创新封装工艺,推出超宽体封装数字隔离芯片NSI824x,单颗芯片便可提供长达15mm爬电距离,完全满足客户对光伏或充电桩等1500V高压母线应用需求,并实现降本。

不仅如此,纳芯微还基于自身产品特点及客户需求,直接为客户提供系统电路的参考设计,并提前帮助客户进行系统验证,让客户在与纳芯微的合作中更安心、更放心。

纳芯微“可靠 可信赖”的质量方针

践行“可靠、可信赖”的价值观,纳芯微非常重视产品质量,建立了完备的质量管理体系与规范,贯穿产品从定义、设计、研发到制造的全生命周期,并通过组织能力建设和流程IT流程化建设等来确保具体质量体系的落实和执行。

更值得一提的是,纳芯微还积极参与行业协会、标准组织等机构的活动,通过参与行业标准的制定,确保自身的技术和产品符合行业规范,提高产品市场竞争力的同时,推动国产芯片的标准化。

海外方面,2023年以来,国内光储市场阶段性调整背景下,高需求、高利润的海外市场被视为光伏、储能企业穿越洗牌周期的支点,越来越多的企业将产品出货重心移至海外,甚至选择海外建厂。

张雪霁表示,纳芯微的产品已经被国内光储头部企业广泛采用,并跟随客户的终端产品出口至海外市场。2023年纳芯微境外收入占比已经提升至12.35%,始终保持着良好的增长态势。

逐光而行方致远,应需而动方成事。未来,光储系统走向更高压化已是必然趋势,芯片企业何以行稳致远?纳芯微已经给予答案。

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