突破傳統局限，泰克助力芯朋微理想二極管更安全、更高效
發布時間：2025-1-8 18:44
發布者：eechina
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作者：泰克科技 在全球能源結構轉型和可持續發展的大背景下，光伏產業作為可再生能源的主力軍，正迎來前所未有的發展機遇。然而，光伏系統的安全性和可靠性問題也日益凸顯，成為制約其進一步發展的關鍵因素。泰克科技與芯朋微深度合作，憑借前沿的測試測量技術和創新的理想二極管方案，為光伏快速關斷器和優化器注入強勁動力，顯著提升了系統的壽命和性能，為光伏產業的安全、高效和可持續發展提供了有力支撐。 應運而生的快速關斷器和優化器 光伏系統在運行過程中，面臨著諸多安全隱患和效率瓶頸。一方面，傳統光伏組串在太陽光照下會持續帶電，難以實現快速關斷。一旦發生火災等緊急情況，消防員在進行滅火救援時，存在極大的觸電風險，無法有效保障人員安全，甚至可能造成生命危險。另一方面，光伏電池板的輸出效率受到多種因素影響，如組件間的失配、陰影遮擋等，導致整體發電效率低下，無法充分發揮光伏系統的潛力。為了解決這些問題，快速關斷器和優化器應運而生，成為光伏系統中不可或缺的關鍵組件。 快速關斷器能夠在緊急情況下迅速降低電壓，將光伏電池板與電網斷開連接，從而保障消防人員的安全，并為滅火救援創造有利條件。光伏優化器則通過最大功率點跟蹤（MPPT）技術，實時監測和調整每塊電池板的工作狀態，使其始終處于最佳發電效率，有效提升整個光伏系統的發電量。然而，這些設備在實際應用中也面臨著諸多挑戰。傳統的旁路二極管方案在大電流下壓降升高，導致功耗增加、熱量產生巨大，對系統的散熱設計提出了嚴峻考驗。同時，在高溫高壓環境下，傳統二極管的可靠性大幅降低，漏電嚴重，影響了光伏系統的長期穩定運行。 
圖1. 傳統的旁路二極管使用的是肖特基二極管 芯朋微AP1790的理想二極管方案 為攻克上述難題，芯朋微推出了AP1790系列理想二極管控制器，憑借其創新的設計和卓越的性能，為光伏快速關斷器和優化器帶來了革命性的變革。AP1790通過控制外部MOSFET來模仿肖特基二極管，實現了超低正向壓降，相較于傳統肖特基二極管，其正向壓降更低，有效降低了系統的功耗和熱量產生，減少了散熱設計的壓力，延長了設備的使用壽命。在高溫高壓環境下，AP1790及其搭配的MOSFET展現出極高的可靠性，幾乎實現了“零漏電”，確保了光伏系統在各種極端條件下的穩定運行，為系統的長期安全提供了堅實保障。 能量回收技術是AP1790的另一大亮點。在MOSFET體二極管導通時，能量回收電路開始運行，收集能量并將其存儲于外部電容之中。當電池板串恢復正常時，存儲的能量能夠為MOSFET提供穩定的驅動電壓，使其正常耐壓，進一步提高了系統的效率和可靠性。這一技術的應用，不僅優化了能量的利用，還為光伏系統的高效運行提供了有力支持。
圖2. 理想二極管控制器組成部分
圖3. 理想二極管工作示意圖 芯朋微AP1790系列理想二極管控制器，通過控制外部MOSFET來模仿肖特基二極管，具有以下顯著優勢： • 超低正向壓降：與傳統肖特基二極管相比，AP1790的正向壓降更低，有效降低了系統的功耗和熱量產生。 • 高溫高壓下的高可靠性：在高溫高壓環境下，AP1790及其搭配的MOSFET幾乎“零漏電”，確保了系統的穩定運行。 • 能量回收技術：能量回收電路在MOSFET體二極管導通時運行，當電池板串恢復正常時，其能正常耐壓，進一步提高了系統的效率和可靠性。 泰克科技的測試支持 泰克科技作為測試測量領域的領軍企業，為芯朋微AP1790的開發和測試提供了全方位的技術支持。泰克的2651A大電流源表和MSO54B示波器等先進設備，確保了AP1790在不同負載和環境下的性能測試的準確性和可靠性。2651A大電流源表采用主動電流源模式，不受外部負載影響，在負載變化時電流可以保持恒定不變，有效避免了傳統電源在負載切換時輸出電流不穩定的問題，確保了測試結果的準確性，為工程師提供了可靠的測試數據支持。MSO54B示波器則憑借其12位的高分辨率和寬動態范圍，能夠精確測量MOSFET的導通電壓和關斷電壓，幫助工程師準確評估AP1790在不同工作狀態下的性能，為產品的優化和改進提供了有力依據。 泰克的源表家族還具備全面的耐壓和漏電測試功能，可以輕松應對AP1790及其搭配的MOSFET的耐壓和漏電測試，確保其在各種極端條件下的可靠性。這些設備的綜合應用，為AP1790的性能驗證和質量把控提供了堅實的技術保障，助力芯朋微不斷提升產品的技術水平和市場競爭力。
• 穩定的電流輸出：泰克2651A大電流源表采用主動電流源模式，不受外部負載影響，在負載變化時電流可以保持恒定不變，避免了傳統電源在負載切換時輸出電流不穩定的問題，確保了測試結果的準確性。 • 高精度的動態特性測試：泰克MSO54B示波器具有12位的高分辨率和寬動態范圍，能夠精確測量MOSFET的導通電壓和關斷電壓，幫助工程師準確評估AP1790在不同工作狀態下的性能。 • 全面的耐壓和漏電測試：泰克的源表家族可以輕松應對AP1790及其搭配的MOSFET的耐壓和漏電測試，確保其在各種極端條件下的可靠性。 成果與展望 在泰克科技的助力下，芯朋微AP1790在光伏快速關斷器和優化器中的應用取得了顯著成效。其低溫升、高驅動電壓、快速防反等特性，使得光伏系統的壽命和性能得到了大幅提升。
圖4. 低溫升（左圖：AP1790搭配MOSFET 最高溫度：72.8℃，右圖：2x SBD并聯 最高溫度153℃） 在溫升測試中，AP1790搭配外置MOSFET的最高溫度僅為72.8℃，而傳統的被動方案（兩顆15150肖特基二極管并聯）的溫升超過150℃，充分展示了AP1790在散熱性能方面的優越性。Cushion Start（熱短路保護）功能在控制器啟動時，通過分級啟動的方式，大幅度降低了開機熱量積累，僅為競品的40%，有效防止了芯片過熱，提高了系統的可靠性。
圖5. AP1790開機熱量積累時間大幅度優于國外競品 高驅動電壓設計滿足了高壓MOSFET的驅動電壓要求，確保了MOSFET的穩定工作，降低了內阻RdsON的變化，進一步提升了系統的效率和可靠性。
圖6. AP1790驅動電壓為7.3V~6.3V，滿足高壓MOSFET的驅動電壓要求。而市場競爭對手的驅動電壓較低 （6V~5V），MOSFET的RdsON變化較大 （圖中黃色為陽極到陰極的壓降，在MOSFET工作時壓差變化大） 快速防反功能則在陽極-陰極的電壓差超過-20mV時，迅速關斷拉低MOSFET的柵極，防止長時間的系統直通帶來的可靠性風險，為系統的安全運行提供了有力保障。 通過示波器內置的測量結果直方圖統計功能，可以對AP1790在一段工作時間內的脈沖寬度和周期進行統計，結果顯示其在正常工作中（電流保持恒定），占空比以及周期基本維持不變，工作穩定性高，進一步印證了其在實際應用中的卓越性能。 未來，泰克科技將繼續與芯朋微攜手，不斷推動技術創新，深化合作，致力于為光伏產業提供更加高效、可靠和安全的解決方案。雙方將共同探索光伏系統在不同應用場景下的優化策略，推動光伏產業的技術進步和產業升級，助力實現綠色能源的廣泛應用和碳中和目標的早日實現，為全球可持續發展貢獻更大的力量。 |
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