储能系统硬件设计与器件选型，这些硬核产品方案速速收藏！

储能系统在建设低碳世界的过程中发挥着关键作用，也是目前最蓬勃发展的工业应用之一，在应用方面与光伏系统和电动汽车充电站密切相关。在爆款文章《关于储能系统设计，你必须要知道的这些干货细节》中，我们介绍了储能市场概况以及系统设计框架，本文则将进一步聚焦储能硬件设计和元器件选型，介绍安森美(onsemi)提供的先进产品和解决方案。

系统框图-交流耦合电池储能系统

系统框图-直流耦合电池储能系统

三相I-NPC是功率转换系统中常见的双向拓扑结构，以匹配不断增加的母线电压。与三相半桥等两电平拓扑相比，I-NPC需要更多的元器件和驱动信号，复杂的开关方案也对设计者提出了挑战。但其优点是显著降低开关损耗，降低电流纹波，减少EMI等。

NXH600N65L4Q2F2是一款包含I-NPC逆变器的高性能650V IGBT PIM。它被设计用来承受两个方向的大电流，最适合100kW以上的商用功率转换系统。

去饱和（DESAT）是大功率转换中首选的重要保护措施之一。 它可以通过尽快关闭开关来防止 IGBT/MOSFET 因短路而损坏。

NCD57000集成了去饱和检测功能，当V_CESAT达到目标值时，内部软关断（STO）MOSFET被激活，放电栅极电容器，以减少由高dV/dt引起的过压应力和损耗。

此外，这款单通道栅极驱动器具有高拉/灌电流（4A/6A）、5kVrms电隔离以及其他保护功能，如欠压锁定（UVLO）、有源米勒箝位等。

通常，辅助电源的设计基于反激式拓扑结构，使用初级侧调节、QR（准谐振）反激式控制器。NCP1362 是用于低功耗离线 SMPS 的初级侧 PWM 控制器。使用NCP1362 的最大优点是无需光电耦合反馈，从而提高了电源的可靠性。此外，它还能在低 V_DS 时关闭开关，从而提高效率并减少发热。

👉 初级侧PWM准谐振控制器，NCP1362, SOIC-8封装

• 初级侧准谐振反激控制器

• 无需次级反馈电路

• 谷值锁定准谐振峰值电流模式控制

• 优化轻载效率和待机性能

• 多种保护功能

分布式储能系统通常由数百个功率转换系统（PCS）和控制单元组成。现代的控制中心必须适应更为复杂的连接解决方案，以满足日益增长的节点和计算需求。

安森美推出的NCN26010是市场上首批符合802.3cg标准的控制器之一，提供以下优势：

• 优秀的抗干扰能力，其噪声抗干扰能力超过IEEE 802.3cg标准要求，能够支持50米以上的通信距离。

• 减少高达70%的线缆使用，并将安装成本降低多达80%

• 减少软件维护成本

👉EliteSiC，1200 V MOSFET，M3S系列

• 新型 1200 V M3S 平面碳化硅 MOSFET 系列

• 针对高温运行进行了优化

• 改善寄生电容，适合高频运行

• R_DS(ON) =22 mΩ @V_GS=18 V*

• 超低栅极电荷 (Q_G(TOT))=137 nC*

• 高速开关，具有低电容特性(C_OSS =146 pF)*

• 提供开尔文源极连接*

点此可了解更多安森美EliteSiC第二代1200 V碳化硅MOSFET M3S系列产品。

👉场截止第七代，IGBT，1200 V

• 新型1200V沟槽型场截止第七代IGBT系列

• 沟槽窄台面与质子注入多重缓冲技术

• 提供快速开关与低饱和压降V_CE(SAT)类型

• 改善寄生电容，适用于高频运行

• 通用封装

• 目标应用 - 能源基础设施、工厂自动化

👉IGBT功率集成模块（PIM），I-NPC

• 内置650V / 1000V IGBT / 二极管

• 高工作电流

• 内置负温度系数热敏电阻

• 低电感布局

• 高效及更高的功率密度

• 采用场截止技术的极高效沟槽结构

电流驱动能力：开关的导通和关断实际上是输入输出电容器的充放电过程。更高的灌电流和拉电流能力意味着更快的导通和关断速度，最终带来更小的开关损耗。

故障检测：栅极驱动器不仅用于驱动开关，还能保护开关甚至整个系统。例如，欠压锁定（UVLO）可确保栅极驱动器的电源处于良好状态，去饱和（DESAT）用于检测短路，有源米勒箝位可防止在快速开关系统中出现误导通。点此可阅读NCD(V)57000/57001 栅极驱动器设计笔记，了解保护功能。

抗扰性：共模瞬态抗扰度（CMTI）是指栅极驱动器输入和输出电路之间共模电压上升或下降的最大容许速率，它决定了该产品是否可用于快速开关系统。大功率系统以非常快的变化率运行，例如大于100 V/ns时会产生非常大的电压瞬变。隔离栅极驱动器需要能够承受高于额定电平的CMTI，以防止低压电路侧产生噪声，并防止隔离势垒失效。

传播延迟：传播延迟是指从输入10%到输出90%的时间延迟（供应商之间可能有所不同）。这种延迟会影响器件之间的开关时序，这在高频应用中至关重要。设置死区时间可以避免直通乃至进一步损坏，死区时间设置得越少，开关损耗就会越小。

兼容性：在新项目中，如果没有重大设计变更，引脚对引脚的替换总是首选。选择规格和封装相似的栅极驱动器有利于快速设计。

当然，并非每一点都需要遵循。例如，与 IGBT 不同，碳化硅 MOSFET 的输出特性更像可变电阻，没有饱和区，这意味着普通的去饱和检测原理不起作用。作为解决方案之一，通常使用电流传感器来检测过流，或使用温度传感器来检测异常温度。

👉NCP51561 碳化硅隔离栅极驱动器

• 4.5 A/9 A 峰值拉电流/灌电流

• 36 ns 传播延迟，8 ns 最大延迟匹配

• 5 kV 电隔离，CMTI≥200 V/ns

• 双通道设计

• 8毫米爬电距离的SOIC-16WB封装

👉NCD57080 隔离型大电流栅极驱动器

• 高电流峰值输出（6.5 A/6.5 A）

• 欠压锁定（UVLO），有源米勒箝位

• 3.5 kV 电隔离，CMTI≥100 V/ns

• 典型 60 ns 传播延迟

• 单通道设计

• 8毫米爬电距离的SOIC-8WB封装

👉三相全桥变换器

• 电路简单，控制容易且较少元器件

• 开关需承受全母线电压和尖峰电压

• 需要大容量变压器，增加了成本和终端系统尺寸

• 建议使用宽禁带器件以减少总谐波失真（THD）和电感器尺寸

👉单相/三相图腾柱变换器

• 提高效率、减少电磁干扰（EMI）和总谐波失真（THD），并减少每个周期内开关数量

• 开关数量少，功率密度高

• 需要使用宽禁带器件以减少恢复损耗

• 过零点噪声、共模噪声

👉三相三电平变换器

• 三电平配置可降低总谐波失真（THD）和（部分）开关上的电压应力

• 更多的栅极驱动器和更复杂的控制

• 效率更高，成本更高

• 光伏逆变器设计中经过验证的架构

• 
  

👉升/降压变换器

• 扩大充/放电电压范围，提高电池使用效率

• 在充/放电时实现双向功率转换

• 器件较少，控制简单

• 可根据电池电压选择使用

👉双有源桥变换器

• 运行移相调制，以实现高负载下的零电压开关（ZVS）

• 由于两级中电流的不匹配导致意外损耗

• 移相、变压器、频率等方面的复杂设计以达到预期效率

• 在高频/高压运行中，首选宽禁带元件

• 在大功率情况下减小输出脉动电流以减少输出电容器尺寸

• 隔离转换以确保安全

👉CLLC 谐振变换器

• 在LLC的基础上增加一个电容器以实现双向转换

• 复杂的调频和无源选择，以实现双向高效率 .

• 需要额外的 DC-DC 转换以确保高效情况下达到宽输出范围，

• 在整个负载范围内，效率优于 DAB

• 隔离转换以确保安全