【同创Family】「元芯」率先推出单芯片支持800W太阳能MPPT充电的高压Buck-Boost控制器，助力光储产品升级！

Date：2024-06-11

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近日，同创伟业成员企业——元芯半导体推出了支持800W功率、恒流恒压(CC/CV)控制的高压Buck-Boost控制器YX2265（单向CC/CV）和YX2865（双向CC/CV）系列。

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随着人们生活水平的提高，户外生活和娱乐活动如家庭聚餐、野营、户外表演等层出不穷。这时储能电池产品不仅可以提供基本的生活供电需求，如取暖、充电、烧煮等；还可以提供音响，灯光，影像等娱乐供电需求。同时，为了延长电池的续航能力，太阳能充电方式成为储能电池最常见的获取自然界能源以增加电池能量的方法。在户储领域，“阳台储能”等家用太阳能储能系统也在国内外悄然兴起。这些都对支持太阳能充电的电路系统及芯片的电压和功率等级提出了越来越高的要求。



目前现有常见的储能电池产品的MPPT（最大功率点跟踪）充电功率一般在300W以内，电能转换效率低，而且电路系统体积和重量大、成本高、也给储能系统的可移动性和便携性造成了很大负担。
 
为此，元芯半导体推出了支持800W功率、恒流恒压(CC/CV)控制的高压Buck-Boost控制器YX2265（单向CC/CV）和YX2865（双向CC/CV）系列。其中单向高压Buck-Boost控制器YX2265可以实现精确的恒流恒压(CC/CV)控制和支持高开关频率，可以很好的解决现有储能电池充电方案中的一些常见痛点问题。

电能转换效率低, 需要的散热器体积大。

升降压控制器不支持高压（<40V）和不支持高频工作（<600KHz)，电感和方案尺寸大, 无法直驱氮化镓功率管。

采用进口的传统升降压控制器，成本高、供货周期长、应用支持不及时。

采用分离器件和数字控制器MCU，外围电路复杂且成本高。

 / YX2265产品介绍
YX2265应用框图如图1所示，其主要特征如下：

  • 支持宽范围输入电压：3.5V~65V

  • 支持宽范围输出电压：2V~65V

  • 支持宽范围工作频率：50KHz~3MHz

  • 恒流恒压（CC/CV）控制

  • 可编程电感、输入和输出电流限流

  • 可编程输出平均电流及电流监测（ISMON）

  • 支持抖频以降低系统EMI

  • 支持可并联和外部时钟同步

  • 集成1.8V高精度基准

  • 驱动电压兼容Si和GaN FETs

  • UVLO欠压保护

  • 外部环路补偿

  • 软启动功能

  • PGOOD功能指示信号

  • 32脚可浸润式QFN封装

图1.  YX2265 应用框图



 / YX2265在MPPT充电中的应用
元芯半导体推出了YX2265系列产品，功能丰富，非常适合应用于MPPT储能电池产品：
（1）输入输出均支持高达65V的电压。一块太阳能电池板开路电压可能达到60V，输出侧48V电池组最高电压可达55V。 
（2）支持灵活的电流采样位置。通常情况YX2265输入侧采样电阻检测峰值电流，进行峰值电流控制；输出侧采样电阻采样输出电流，进行输出平均电流控制，如图1所示。在MPPT应用中，可将输出侧平均电流采样管脚接到输入侧采样电阻，如图2所示，从而进行输入平均电流控制。
（3）YX2265具有实时监测采样平均电流的模拟输出端口ISMON，这方便了MCU读取太阳能电池板电流并计算电池板功率，进行MPPT算法设计。
（4）通过调节ICTRL管脚电压，YX2265可快速调节太阳能电池板输入平均电流，在太阳能电池板产生输出功率扰动，从而用扰动观察法实现最大功率跟踪。


图2.  YX2265 光伏储能MPPT电路设计


根据图2设计，YX2265可以通过ICTRL的模拟电压线性调节太阳能电池板侧的输入电流，其调节关系为：


其中，Rsns1单位为毫欧（mohm）。当RSNS1=5mohm时，输入电流IIN与ICTRL电压关系测试结果如图3所示：

 图3.  ICTRL和输入电流IIN控制关系


 / YX2265在800W 硅（Si）& 氮化镓（GaN）版本MPPT应用测试

为了验证YX2265在高压大电流下的工作能力，元芯半导体根据Table 1的应用指标参数，设计了800W 硅（Si）和氮化镓（GaN）版本的MPPT方案应用测试板, 如图4所示。为了方便效率对比，测试时均将开关频率设置为200KHz. 图5给出了Si版本在整个输入电压范围（10V~60V）和整个输出电压范围（20V~55V）下，输入或输出达到最大电流条件下的稳态波形。可以看出，YX2265在Buck, Boost,或Buck-Boost模式下以及切换过程工作均非常稳定。图6给出了在满功率下，Si和GaN版本应用板测试的效率对比。氮化镓GaN版本的峰值效率为98%，硅Si版本的峰值效率为97%。图7展示了输入50V，输出48V，800W工作条件下的系统温度照片。


Table 1  800W MPPT 应用设计要求

图4（a）800W GaN version MPPT board    

图4（b）800W Si version MPPT board

图4. 基于YX2265 800W 功率下MPPT应用板设计


(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)

图5. 800W, Vin=10~60V, Vout=20-55V满电流条件下稳态波形


图6.  Vin=10~60V，Vout=48V条件满电流Si和GaN效率对比


图7.  Vin=50V，Vout=48V（800W）条件下温度照片



元芯半导体介绍

杭州元芯半导体科技有限公司以高性能高可靠性模拟芯片解决方案和第三代半导体生态系统为核心，面向光伏储能、电动汽车、数据中心、5G通讯等领域，提供硅基高性能模拟芯片和第三代半导体功率芯片一站式系统整体解决方案，推动低能耗高性能高可靠性功率电子技术的发展以满足节能减碳的迫切需求。元芯的使命是通过不断的核心芯片技术创新，帮助我们的客户解决最困难的技术问题，进而帮助客户建立终端产品的技术优势。

 

元芯核心团队成员曾在美国硅谷顶尖半导体公司担任高管职务，在美国硅谷和世界顶尖半导体公司平均拥有超过15年的芯片设计和产品研发经验，并成功实现总共100多款高性能电源和模拟芯片的大规模量产。核心团队成员均具备电气或电子工程专业博士和硕士学位，毕业于美国加州大学，德州大学，弗吉尼亚理工，交通大学和浙江大学等世界知名学府。元芯掌握多项芯片设计领域和系统开发领域的核心技术，并拥有数十项核心专利，核心团队成员拥有丰富的产品开发和团队管理经验。



元芯产品系列

元芯DC-DC产品适用于光伏储能、数据中心、电动汽车以及高端消费电子的应用场景。DC-DC产品系列包括了元芯单向DC-DC产品系列，元芯双向DC-DC产品系列，元芯LED 驱动产品系列。量产产品支持65V，45V,  30V 三个电压等级，支持的拓扑结构包含升降压Buck-Boost, 升压Boost和降压Buck。其中65V产品系列具体选型表如下：



元芯氮化镓栅极驱动器产品具有超短传输时延和超强驱动能力的特点，具备上下驱动强度可调、驱动斜率控制、高精度电流检测、温度检测、死区时间控制、内部集成高精度LDO、以及过温和过压等必要的保护功能, 非常适用于光伏储能、数据中心、电机驱动、激光雷达、音响功放、电动汽车以及高端消费电子的应用场景。驱动器的超短传输时延和超强驱动能力也非常适合用于低VTH的MOSFET驱动。量产的驱动产品系列包括单路氮化镓驱动产品系列，100V半桥驱动产品系列。具体选型表如下：



元芯原边反馈PSR隔离电源无需借助光隔离器，可输送高达几十瓦的的隔离输出功率，适用于电信、汽车、工业辅助电源应用。元芯推出的原边反馈PSR隔离电源系列产品，包括了集成FET产品系列和外置FET产品系列。具体选型表如下：



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