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:
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支持寬范圍輸入電壓:3.5V~65V
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支持寬范圍輸出電壓:2V~65V
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支持寬范圍工作頻率:50KHz~3MHz
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恒流恒壓(CC/CV)控制
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可編程電感、輸入和輸出電流限流
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可編程輸出平均電流及電流監測(ISMON)
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支持抖頻以降低系統EMI
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支持可并聯(lián)和外部時(shí)鐘同步
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集成1.8V高精度基準
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驅動(dòng)電壓兼容Si和GaN FETs
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UVLO欠壓保護
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外部環(huán)路補償
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軟啟動(dòng)功能
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PGOOD功能指示信號
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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 |