隨著(zhù)人們生活水平的提高，戶(hù)外生活和娛樂(lè )活動(dòng)如家庭聚餐、野營(yíng)、戶(hù)外表演等層出不窮。這時(shí)儲能電池產(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(lè )供電需求。同時(shí)，為了延長(cháng)電池的續航能力，太陽(yáng)能充電方式成為儲能電池最常見(jiàn)的獲取自然界能源以增加電池能量的方法。在戶(hù)儲領(lǐng)域，“陽(yáng)臺儲能”等家用太陽(yáng)能儲能系統也在國內外悄悄興起。這些都對支持太陽(yáng)能充電的電路系統及芯片的電壓和功率等級提出了越來(lái)越高的要求。
目前現有常見(jiàn)的儲能電池產(chǎn)品的MPPT（最大功率點(diǎn)跟蹤）充電功率一般在300W以?xún)�，電能轉換效率低，而且電路系統體積和重量大、成本高、也給儲能系統的可移動(dòng)性和便攜性造成了很大負擔。
為此，元芯半導體推出了支持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)現精確的恒流恒壓(CC/CV)控制和支持高開(kāi)關(guān)頻率，可以很好的解決現有儲能電池充電方案中的一些常見(jiàn)痛點(diǎn)問(wèn)題，比如：
（1）電能轉換效率低, 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(wú)法直驅氮化鎵功率管。
（3）采用進(jìn)口的傳統升降壓控制器，成本高、供貨周期長(cháng)、應用支持不及時(shí)。
（4）采用分離器件和數字控制器MCU，外圍電路復雜且成本高。
YX2265產(chǎn)品介紹
YX2265應用框圖如圖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測（ISMON）
-
支持抖頻以降低系統EMI
-
支持可并聯(lián)和外部時(shí)鐘同步
-
集成1.8V高精度基準
-
驅動(dòng)電壓兼容Si和GaN FETs
-
UVLO欠壓保護
-
外部環(huán)路補償
-
軟啟動(dòng)功能
-
PGOOD功能指示信號
-
32腳可浸潤式QFN封裝
圖1. YX2265 應用框圖
YX2265在MPPT充電中的應用
元芯半導體推出了YX2265系列產(chǎn)品，功能豐富，非常適合應用于MPPT儲能電池產(chǎn)品：
（1）輸入輸出均支持高達65V的電壓。一塊太陽(yáng)能電池板開(kāi)路電壓可能達到60V，輸出側48V電池組最高電壓可達55V。
（2）支持靈活的電流采樣位置。通常情況YX2265輸入側采樣電阻檢測峰值電流，進(jìn)行峰值電流控制；輸出側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應用中，可將輸出側平均電流采樣管腳接到輸入側采樣電阻，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)監測采樣平均電流的模擬輸出端口ISMON，這方便了MCU讀取太陽(yáng)能電池板電流并計算電池板功率，進(jìn)行MPPT算法設計。
（4）通過(guò)調節ICTRL管腳電壓，YX2265可快速調節太陽(yáng)能電池板輸入平均電流，在太陽(yáng)能電池板產(chǎn)生輸出功率擾動(dòng)，從而用擾動(dòng)觀(guān)察法實(shí)現最大功率跟蹤。
圖2. YX2265 光伏儲能MPPT電路設計
根據圖2設計，YX2265可以通過(guò)ICTRL的模擬電壓線(xiàn)性調節太陽(yáng)能電池板側的輸入電流，其調節關(guān)系為：
其中，Rsns1單位為毫歐（mohm）。當RSNS1=5mohm時(shí)，輸入電流IIN與ICTRL電壓關(guān)系測試結果如圖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應用測試
為了驗證YX2265在高壓大電流下的工作能力，元芯半導體根據Table 1的應用指標參數，設計了800W 硅（Si）和氮化鎵（GaN）版本的MPPT方案應用測試板, 如圖4所示。為了方便效率對比，測試時(shí)均將開(kāi)關(guān)頻率設置為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，輸入或輸出達到最大電流條件下的穩態(tài)波形�？梢钥闯�，YX2265在Buck, Boost,或Buck-Boost模式下以及切換過(guò)程工作均非常穩定。圖6給出了在滿(mǎn)功率下，Si和GaN版本應用板測試的效率對比。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工作條件下的系統溫度照片。
Table 1 800W MPPT 應用設計要求
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應用板設計
(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(mǎn)電流條件下穩態(tài)波形
圖6. Vin=10~60V，Vout=48V條件滿(mǎn)電流Si和GaN效率對比
圖7. Vin=50V，Vout=48V（800W）條件下溫度照片 |
