太阳能逆变器是光伏系统的核心设备,主要功能是将光伏组件产生的直流电转换为交流电,同时实现电压调节、功率优化、状态监控及并网适配等功能。其性能依赖于ADC、放大器、接口电路、监控模块及电源管理芯片的协同,按应用可分为离网型与并网型,按功率可分为微型、组串式和集中式,是保障光伏电力高效、稳定利用的关键环节。
太阳能逆变器虽已广泛应用,但仍存在诸多技术瓶颈。效率瓶颈和可靠性瓶颈依然存在:设备长期暴露于户外,易受温湿度变化和沙尘侵袭,导致模拟电路及芯片等关键元件老化损坏,进而影响系统的稳定性。成本瓶颈:ADC、高精度模拟芯片等关键部件成本高,且研发投入大,导致整体成本居高不下。智能化瓶颈:虽有MCU参与控制,但数据处理和分析能力有限,与智能电网交互时通信和协同控制能力不足。
在太阳能逆变器领域,性能的卓越与稳定至关重要。芯佰微依托其深厚的技术底蕴和卓越的创新力,成功推出了一系列高品质产品,如CBM76AD06G、CBM27、CBM2576等,从信号采集、信号放大,电源管理等多个维度,为太阳能逆变器提供关键支持,为构建高效且稳定的太阳能发电解决方案提供了有力支持。
太阳能逆变器应用框图
CBM76AD06G具备高精度模数转换能力,能够精确采集光伏板的电压和电流信号,为逆变器的功率调节提供精准可靠的数据支持,助力实时优化工作状态,提升能源转换效率。
l 多通道与高精度:具备8通道模拟信号输入能力,可同时处理多个信号源。采用16位模数转换,能精确地将模拟信号转换为数字信号,保证数据的准确性和可靠性。
l 采样性能出色:支持同步采样,确保各通道数据的一致性和准确性。所有通道的吞吐速率高达200kSPS,确保迅速捕捉信号变化,完美契合实时性需求。
l 输入特性卓越:兼容±10V及±5V双极性输入信号,展现宽泛的输入范围。模拟输入阻抗高达1MΩ,有效减轻前端信号源的负载影响。并且集成了模拟输入钳位保护电路,能耐受±16.5V的电压,保护内部电路。
l 接口灵活:拥有高速串行和并行接口,方便与各种微控制器、处理器连接,便于系统设计和集成。
CBM27、CBM8542:在太阳能逆变器中主要用于高精度放大光伏板电压、电流等微弱采样信号,同时具备低噪声特性以减少干扰,能在宽温环境下稳定运行,确保性能不受影响,还能为后续电路提供足够驱动,保障信号处理的准确性与系统稳定性。
2.1 CBM27是一款精密运算放大器芯片,具备以下特性参数优势:
l 低噪声:输入电压噪声仅3.5nV/√Hz,减少信号干扰,提升小信号检测精度。
l 高增益带宽积:8MHz增益带宽积与2.8V/μs压摆率,满足大部分高速信号处理。
l 宽温范围:-40℃
至+125℃工作温度,适应户外恶劣环境。
l 低输入失调电压仅为26μV,以及0.2μV/°C的温漂,有力保障长期稳定性。
l 宽压供电:(±4V至±18V或单电源8V~36V),适配多样电源环境。
2.2 CBM8542是一款通用型运算放大器芯片,具备以下特性参数优势:
l 低功耗:单通道功耗仅45μA,降低系统功耗。
l 轨到轨输出:输出摆幅接近电源轨,最大化动态范围。
l 低输入偏置电流:输入偏置电流为4pA,能够减少因偏置电流带来的误差,保证信号处理的准确性。
CBM2903:实时监测电压(输入、输出及电流转换的电压),与阈值比较实现过压/欠压、过流保护;
l 宽电源电压范围:工作电压为2~30V,能适应多种供电环境,无需更改外围供电即可应用于绝大部分高压产品。
l 低功耗:每个通道典型值功耗低至μA级,极大地减少产品的静态功耗,利于节能。
l 响应速度快:响应时间为1.3μs,可快速对输入信号进行比较和判断,及时触发保护机制等,保障逆变器的安全运行。
CBM2576、CBM1117等电源管理芯片,能适应宽电压输入,为逆变器内部各模块稳定供电,确保MCU等部件可靠运行,减少故障风险。
4.1 CBM2576是一款DC/DC型稳压芯片,具备以下特性参数优势:
l 大电流输出:能够驱动3A的负载,可满足小型服务器、工业控制设备等对功率要求较高的设备的供电需求。
l 电压选择丰富:有3.3V、5.0V、12V、15V等固定输出电压版本,还有输出电压在1.23V至37V范围的可调版本,能适应多种电压需求的电路。
l 设计简便:只需最少数量的外部设备就能完成供电电源设计,降低了电路复杂度,还能减少成本和电路板空间占用。
l 环境适应性强:测试结点温度范围为-40℃至+125℃,能在恶劣环境下稳定工作。
4.2 CBM1117是一款低压差线性稳压器LDO,具备以下特性参数优势:
l 低压差:这意味着在输入电压接近输出电压时仍能稳定工作,尤其适合电池供电设备(如手机、笔记本),可充分利用电池的剩余电量,延长设备续航。
l 高精度输出:输出电压精度高,可稳定为MCU、传感器供电。
l 过流保护:内置保护电路,增强系统可靠性。
CBM809,CBM706:实时监测电源电压,当电压低于阈值时迅速发出复位信号,避免MCU程序异常,保障电路稳定性与数据安全。
5.1 CBM809是一款监控电路芯片,具备以下特性参数优势:
l 低功耗:工作电流仅17μA,适配低功耗便携式设备,可延长电池续航。
l 电压监控精准:支持2.5V、3V、3.3V、5V等多种电压监控,确保电源电压异常时及时复位。
l 复位可靠:复位置位低至1VVCC,上电复位脉冲最小140ms,保证电源不稳时系统可靠复位,推挽输出提升驱动能力。
l 环境适应性强:工作温度范围-40°C至+125°C,可在恶劣环境稳定运行。
l 封装小巧:采用3引脚SOT-23和SC70封装,占用PCB空间少,利于小型化设计。
5.2 CBM706是一款监控电路芯片,具备以下特性参数优势:
l 复位阈值多样:提供多样化的复位阈值选项,例如CBM706R的2.63V、CBM706S的2.93V以及CBM706T的3.08V等,充分满足各类电压监控需求。
l 采用低功耗设计,静态电流低至90μA,极大地减少了电池供电设备的能耗,从而有效延长其续航时间。
l 复位功能可靠:在上电、关断、掉电等情况下都能输出复位信号,当VCC低至1V时复位输出仍可工作,且复位脉冲宽度为200毫秒,能确保微处理器顺利完成复位。
l 看门狗监控:具备独立看门狗监控电路,若1.6秒内未触发看门狗输入,就会激活相关功能,可防止系统陷入死循环或异常状态。
l 手动复位便捷:拥有低电平有效且去抖的手动复位输入(MR),方便用户根据需要手动对系统进行复位操作。
CBM3085,CBM3232:支持太阳能逆变器与远程监控系统等的远距离、多节点通信,抗干扰能力强,保障发电数据稳定传输。
6.1 CBM3085是一款接口芯片,具备以下特性参数优势:
l 低功耗:采用低功耗设计方案,能有效降低能耗,适合对功耗有严格要求的场景,如电池供电设备,可延长设备续航时间。
l 传输速率适中:数据速率可达500kbps,能满足大多数常规数据传输需求,可应用于一般的工业控制、数据采集等场景。
l ESD保护能力强:拥有强劲的静电放电保护能力,在TTL/CMOS级别下能承受高达2000V的静电放电,而在RS-485级别下更能达到15000V的防护水平,确保在恶劣电磁环境或静电频发条件下仍能稳定运作。
l 环境适应性好:工作温度范围为-40℃到+125℃,能适应寒冷户外或高温工业环境等不同温度条件,性能稳定。
l 接口协议通用:支持RS-422/RS-485接口协议,具有较好的通用性。
6.2 CBM3232是一款接口芯片,具备以下特性参数优势:
l 传输速率:达120Kbps,满足多种场景通讯需求。
l ESD抗干扰强:具备高等级静电防护,接触放电±8kV、空气放电±15kV,降低损坏风险。
l 电源范围宽:3.3V至5.5V电压下可稳定运行,适应多种电源环境。
l 电路设计简单:外部元件少(如3.3V供电仅需5个0.1μF电容),降低设计复杂度与成本。
l 温域适应广:部分型号的工作温度范围覆盖-40℃至85℃,特别适用于工业控制、车载系统等严苛应用环境。
芯佰微深耕研发,以高精度芯片技术赋能太阳能逆变器,广泛适用于如下场景:
场景:户外露营、科考探险等,搭配小型光伏板和便携式储能电源(如移动电源)。
逆变器作用:微型逆变器(功率数瓦至数百瓦),体积轻便,效率高,支持USB、AC接口输出,为手机、笔记本等设备供电。
农业光伏:光伏板与农业种植、养殖结合(如光伏大棚),逆变器需适应高湿、多尘环境,具备防腐蚀、抗霉菌设计。
水面光伏:安装于湖泊、水库等水面的光伏电站,逆变器须具备高防水等级(IP67及以上)和抗盐雾性能。
交通光伏:高速公路服务区、充电桩光伏顶棚、光伏路灯等,逆变器需小型化、耐振动(如车载光伏),支持低功率(数瓦至数千瓦)稳定输出。
工商业屋顶:企业厂房、仓库等大面积屋顶,装机容量数千瓦至数兆瓦,就近消纳电能以降低用电成本。逆变器多为组串式,支持MPPT(最大功率点跟踪)精准调节,适应屋顶遮挡等复杂光照条件,且具备并网保护功能(防孤岛效应、过压过流保护)。
户用光伏:居民屋顶小型光伏系统(通常3-10kW),逆变器体积小巧、安装便捷,支持单相220V并网,部分带储能接口(适配家庭储能电池),可通过APP远程监控发电量。
场景特点:适用于无电网覆盖的偏远地区,包括乡村、野外基站、边防哨所以及房车营地等,需搭配储能电池共同使用。
逆变器功能:采用离网型逆变器,集“直流-交流”转换与储能管理于一体,能有效控制蓄电池充放电,确保输出电压稳定,以应对负载波动。部分型号还配备UPS功能,确保在断电情况下(如通信基站、应急设施)仍能持续供电。