纳芯微“隔离+”覆盖光储系统关键隔离环节，支撑高压平台可靠运行

　　文章导读

　　在新能源装机持续增长的背景下，储能系统逐渐从传统配套设备向电网关键设备演进。光储系统向高压化、构网型方向发展，对功率转换效率、绝缘可靠性和控制响应提出更高要求，推动芯片隔离方案向高性能、高集成方向发展。

　　本文重点介绍：

　　隔离驱动：面向SiC高频开关应用，优化驱动能力、EMI控制和系统效率;

　　隔离采样：面向光伏、电池及交流侧检测，实现高精度、高带宽电流与电压采样;

　　数字隔离与接口：满足高压系统中的信号通信、增强隔离和接口防护需求;

　　隔离电源：通过集成化设计，为隔离链路提供独立供电支持。

　　光储逆变器隔离需求解析

　　“隔离+”覆盖驱动、采样、通信与供电关键环节

　　光储逆变器分为四大部分：主功率部分(高压部分)、主控部分(MCU)、监控面板、对外接口。

　　隔离应用主要分布在以下环节：

　　主功率部分在1700V碳化硅或1500V工况下采用隔离驱动;

　　主回路中的电流采样采用霍尔传感器，电压采样采用隔离运放实现隔离检测;

　　MCU控制侧与监控面板之间的CAN、SPI等通信链路，采用隔离方案;

　　监控面板与外部接口之间面临静电、浪涌等干扰，采用隔离SPI、隔离RS-485或隔离CAN方案。

　　纳芯微光储逆变器隔离方案介绍

　　隔离驱动

　　纳芯微目前已量产的隔离驱动主要包括四类：NSI6801系列是电流型隔离驱动，采用容隔技术实现与光耦驱动pin-to-pin兼容，支持原有光耦驱动方案替换;电压型隔离驱动适配MCU IO口PWM输出，用于单管驱动;NSI6602系列是半桥(双路)隔离驱动;智能驱动集成ASC功能、DESAT(退饱和检测)以及PowerReady(电源就绪)等保护功能。

　　纳芯微隔离驱动介绍

　　NSI6601SRC(驱动斜率可调)隔离驱动，面向SiC应用中的EMI控制、效率优化和大功率驱动需求设计：

　　第一，降低EMI。碳化硅工作频率提升后，EMI问题更加突出。通过驱动调节，在MOS管米勒平台以下用更大电流驱动，驱动上升到高压时切小驱动电流，从而减小dV/dt，实现EMI降低;

　　第二，提升效率。储能系统在不同母线电压下所需驱动能力不同，通过驱动参数调节适配不同工况，提升系统效率;

　　第三，驱动电流提升。两路可并联使用，满足大功率并管需求(多个碳化硅或IGBT并联)，并联后驱动能力可达25A以上。

　　霍尔电流传感器

　　霍尔电流传感器在光储系统中有四个应用环节，各环节对性能要求不同：

　　第一，PV侧(太阳能光伏板)

　　直流电流采样，带宽要求较低，总误差小于2%，电流较小但绝缘要求高。户储系统约1100VDC，光伏电站达1500VDC。针对该应用，纳芯微NSM20系列采用增强隔离设计，支持1500V工作电压，带宽约200kHz。

　　第二，MPPT部分

　　多路电流采样，检测范围10A到120A，带宽要求200kHz即可，但对响应时间要求较高。碳化硅短路耐受时间仅2到3微秒，纳芯微霍尔响应时间小于300纳秒，可缩短异常情况下的保护响应时间，提高系统可靠性。

　　第三，电池侧

　　精度要求高，绝缘耐压取决于电池电压。针对该应用，纳芯微NSM211X系列带宽达1MHz。

　　第四，AC电流检测

　　精度要求更高。由于AC侧存在DC注入(DCI)限制，通常要求直流分量控制在0.5%以内，部分应用要求更严格，对霍尔传感器的VOS(失调电压)提出更高要求。

　　霍尔在光储系统中的应用

　　隔离采样

　　隔离采样用于光储系统高压侧电压、电流信号采集，在实现高低压电气隔离的同时，为系统控制和保护提供采样数据。

　　纳芯微提供隔离运放、隔离ADC等隔离采样方案，满足光储系统中隔离电压采样和隔离电流采样需求。

　　在通用隔离采样领域，纳芯微NSI13xx系列提供隔离电压、电流采样运放及隔离ADC产品。其中，NSI1311支持0～2V直流电压采样，NSI1312支持±1.2V差分输入，可用于光储系统电压采样;NSI1300及NSI1400系列适用于电流检测，提供不同输入范围和带宽选择;

　　在高精度隔离采样领域，纳芯微推出NSI16xx系列隔离采样方案。其中，NSI1611将输入范围拓展至0～4V，并优化失调误差、增益误差及温漂性能，在10%～100%满量程范围内无需校准即可实现1.2%以内的采样精度，满足高精度电压、电流检测需求;

　　在高集成度隔离采样领域，纳芯微NSI36xx系列将隔离电源集成至采样芯片内部，部分型号进一步集成快速保护比较器和比例式输出功能，无需额外配置高压侧隔离供电及部分外围电路，简化系统设计;

　　在快速保护领域，纳芯微NSI22C1x系列隔离比较器集成窗口比较器、高压LDO及高精度阈值设置电流源，可实现快速过流、过压检测。其中，NSI22C12最大传输延时仅250ns，满足光储功率变换系统快速故障检测和硬件保护需求。

　　纳芯微隔离采样产品路线图

　　数字隔离器(MCU到监控面板)

　　光储逆变器中，高压功率部分与MCU控制侧处于不同电压区域，两者之间需要增强隔离。针对1500V系统应用，纳芯微提供15mm爬电距离隔离方案。

　　纳芯微数字隔离器覆盖单路、双路、4路和6路产品，支持4mm、8mm和15mm三档爬电距离规格。CMTI达200kV/μs，浪涌耐受电压达12kV，适用于光伏逆变器等户外应用场景。

　　纳芯微数字隔离器单路、双路、4路和6路产品

　　对于采用高速光耦方案的客户，纳芯微提供光耦兼容封装的数字隔离器方案。该方案采用容隔技术，封装兼容光耦，支持原有设计替换。

　　光耦采用LED作为信号传输器件，长期运行存在光衰问题。数字隔离器采用二氧化硅作为隔离介质，具备更稳定的长期可靠性表现，并支持相同封装下的pin-to-pin替换。

　　NSI721x-DSWWAR 15mm 爬电距离隔离光耦兼容器

　　隔离接口与集成隔离电源的隔离接口

　　监控面板与外部设备之间采用隔离I2C、隔离RS-485和隔离CAN进行通信。传统方案通常采用数字隔离器与CAN/RS-485芯片组合实现隔离通信，并通过外部隔离电源提供隔离供电。纳芯微进一步集成数字隔离器、通信接口和隔离电源，减少外围器件，简化系统设计。

　　纳芯微隔离接口方案从单一隔离接口，发展到隔离接口+数字隔离器，再到隔离电源+数字隔离器+隔离CAN/RS-485三合一方案。

　　纳芯微ISO-Power隔离接口方案演进