微逆系統(tǒng)（Micro-Inverter System）是一種將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的電力電子裝置，通常用于光伏發(fā)電系統(tǒng)中，將單個(gè)太陽(yáng)能面板或小陣列產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為適用于電網(wǎng)的交流電。其中微逆變器與傳統(tǒng)的集中式逆變器不同，它為每個(gè)太陽(yáng)能面板或每組面板提供獨(dú)立的逆變功能，提高了系統(tǒng)的靈活性和可靠性。

圖 1. 微逆系統(tǒng)

微逆系統(tǒng)由光伏面板、微逆變器、電網(wǎng)或儲(chǔ)能設(shè)備以及監(jiān)控與管理系統(tǒng)構(gòu)成。我們這次將圍繞其中的微逆變器和儲(chǔ)能設(shè)備這兩個(gè)核心部件，介紹必易微的光伏能源芯片解決方案。

圖 2. 微逆系統(tǒng)框圖

在典型的微逆系統(tǒng)中，通常包括兩級(jí)轉(zhuǎn)換：第一級(jí)是升壓電路 (BOOST)，負(fù)責(zé)提升光伏電壓并進(jìn)行最大功率點(diǎn)跟蹤 (MPPT) 控制。通過(guò)微控制單元 (MCU) 檢測(cè)光伏板的電壓和電流，計(jì)算出最大功率點(diǎn)，并控制逆變器輸出以實(shí)現(xiàn)最大功率輸出。電壓和電流的檢測(cè)通常采用運(yùn)算放大器（OPA）實(shí)現(xiàn)。第二級(jí)為全橋逆變電路，將 BOOST 電路的直流輸出逆變?yōu)?110V 或 220V 的交流電。此外，還包括輔助供電和通訊模塊等子模塊。

圖 3. 電池單元系統(tǒng)框圖

對(duì)于需要儲(chǔ)能的應(yīng)用，如離線式微逆系統(tǒng)，電池單元 (BESS) 是關(guān)鍵組成部分，主要功能是存儲(chǔ)白天多余的電能，以便在光照不足時(shí)或夜間使用。

必易微為微逆系統(tǒng)客戶提供一站式芯片解決方案，包括低中高壓的 DC-DC、柵極驅(qū)動(dòng)、運(yùn)算放大器、霍爾電流傳感器和 LDO。

DC-DC 方案

方案 1

KP52100X

圖 4. KP52100X 典型應(yīng)用電路

圖 5. KP52100X管腳封裝

KP52100X 是一顆支持 7V~100V 輸入，1A 輸出的同步降壓 DC-DC，也支持 Flybuck 設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)多路和隔離輸出。KP52100X 芯片有 SOP-8 和 ESOP-8 兩種封裝，能在 -40℃ 到 150℃ 的極端環(huán)境下工作。該芯片具有高精度逐周期高邊和低邊 MOS 限流保護(hù)的優(yōu)勢(shì)，并且能在整個(gè)溫度范圍內(nèi)保持分別 13% 和 16.7% 高限流精度。并具備電源指示功能，便于系統(tǒng)時(shí)序設(shè)定或故障診斷。

KP52100X 專為工業(yè)電源和電池組設(shè)計(jì)，其特點(diǎn)包括 50ns 的最短導(dǎo)通和關(guān)斷時(shí)間，這使得它能夠支持寬泛的轉(zhuǎn)換比范圍。它還具備可調(diào)節(jié)的開(kāi)關(guān)頻率以及 1% 的高基準(zhǔn)電壓精度。該芯片提供兩種工作模式：PFM 模式適用于輕載高效應(yīng)用，而 FPWM 模式則適合于輕載且對(duì)紋波要求較低的應(yīng)用。此外，它的靜態(tài)電流和關(guān)斷電流都非常低，非常適合于功耗敏感型應(yīng)用。

KP52100X 的 CMCOT 控制系統(tǒng)提供了卓越的動(dòng)態(tài)響應(yīng)速度，允許使用體積較小的電感和輸出濾波電容。芯片內(nèi)部集成了高效的主開(kāi)關(guān)管和同步整流管，以及包含軟啟動(dòng)電路和補(bǔ)償電路的高級(jí)集成設(shè)計(jì)，這不僅提高了效率，同時(shí)降低了發(fā)熱量，使得整體解決方案既緊湊又易于使用。

圖 6. KP52100X 特點(diǎn)和應(yīng)用

必易微為光伏應(yīng)用領(lǐng)域提供了全面的電源解決方案，涵蓋了多種電壓和電流規(guī)格，以適應(yīng)不同的設(shè)計(jì)需求，包括100V 1A、40V 0.6A&1A、30V 2A&3A 以及 17V 2A~6A 等多個(gè)系列，這些全腳位兼容的 SOT23-6 方案不僅能夠滿足客戶對(duì)多樣化電源方案的需求，還可以幫助客戶加快產(chǎn)品開(kāi)發(fā)進(jìn)程并有效降低系統(tǒng)的整體成本。

運(yùn)放方案

方案 1

KS11062

圖 7. KS11062

典型應(yīng)用電路

圖 8. KS11062

管腳封裝

針對(duì)微逆系統(tǒng)電壓和電流檢測(cè)的應(yīng)用，必易微可為客戶提供多款運(yùn)算放大器產(chǎn)品解決方案。其中，KS11062 是一款具有代表性的兩通道運(yùn)算放大器，它具備 11MHz 的寬頻帶，以及軌到軌的輸入和輸出特性，同時(shí)保持了低噪聲和低溫漂的特點(diǎn)。在常溫下，其最大 Vos 僅為 1.5mV，而在 -40°C 至 125°C 的寬溫度范圍內(nèi)，其溫漂不超過(guò) 2mV，確保了全溫度范圍內(nèi)的檢測(cè)精度。

KS11062 還支持廣泛的共模輸入電壓范圍，從（V-）-100mV 到（V+）+100mV，這在單電源應(yīng)用中能夠最大程度地保證輸入信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍，并消除信號(hào)地與功率地之間電勢(shì)差引起的測(cè)試誤差。此外，內(nèi)置的 SR boost 電路能夠?qū)⑤敵鰤簲[率 SR 提升至 13V/μs，從而支持更高頻率信號(hào)的采樣以及更高頻率和幅值的信號(hào)輸出。這些特性使得 KS11062 成為微逆電源電壓和電流檢測(cè)應(yīng)用的理想選擇。

圖 9. KS11061/KS11062/KS11064特點(diǎn)和應(yīng)用

AFE 方案

必易微推出了兩款先進(jìn)的 AFE 芯片——KP62010/KP62030，以及 KP621X0，它們?yōu)楣夥姵匕峁┝俗吭降墓芾硇酒鉀Q方案。這些芯片在光伏系統(tǒng)中扮演著核心角色，專注于精確測(cè)量、監(jiān)控和均衡每節(jié)鋰電池的電流和電壓，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

方案 1

KP62010/KP62030

圖 10. KP62010/KP62030 管腳封裝

KP62010 和 KP62030 特別適用于低壓 BESS 系統(tǒng)，提供低邊驅(qū)動(dòng)的 10/18 串鋰電池保護(hù)功能。它們的集成度高，性能優(yōu)化，使得客戶能夠輕松實(shí)現(xiàn)高性能和高安全性的電池包解決方案。借助必易微的 AFE 芯片，客戶可以確保其電池包系統(tǒng)在各種操作條件下均能保持優(yōu)異的性能和安全性。

圖 11. KP62010/KP62030 特點(diǎn)和應(yīng)用

方案 2

KP621X0

圖 12.KP621X0 管腳封裝

KP621X0 是一款適用于高邊驅(qū)動(dòng)的 10/14/16 串鋰電池監(jiān)控和保護(hù)芯片，支持備菊花鏈擴(kuò)展，能夠擴(kuò)展更多節(jié)數(shù)的電池應(yīng)用。它是高壓電池儲(chǔ)能系統(tǒng) (HV BESS) 的理想選擇，為高電壓應(yīng)用提供了高效的電池管理解決方案。

圖 13. KP621X0 特點(diǎn)和應(yīng)用

全橋逆變方案

方案 1

KP85241

圖 14. KP85241 典型應(yīng)用電路

KP85241是一款開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)耐壓120V，集成自舉二極管的高速高低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠提供5A拉電流和5A灌電流能力，高低側(cè)驅(qū)動(dòng)配有獨(dú)立的輸入，可最大限度提高控制靈活性。芯片輸入端能夠處理-10V 到 20V 的電壓，開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)瞬態(tài)耐負(fù)壓能力可達(dá) -18V。KP85241 典型傳播延遲為 16ns ，延遲匹配 2ns ，允許系統(tǒng)在高頻率下工作，同時(shí)高側(cè)和低側(cè)驅(qū)動(dòng)器具有欠壓閉鎖功能(UVLO)功能，如果驅(qū)動(dòng)電壓低于規(guī)定的閾值，芯片強(qiáng)制輸出為低電平，提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。

低邊驅(qū)動(dòng)方案

方案 1

KP85721

圖 15. KP85721 典型應(yīng)用電路

KP85721 是一款 VDD 耐壓 30V、高速、雙通道低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器，能夠有效地驅(qū)動(dòng) MOSFET、IGBT、SiC 和 GaN 電源開(kāi)關(guān)。典型峰值驅(qū)動(dòng)強(qiáng)度為 6A，有助于縮短電源開(kāi)關(guān)的上升和下降時(shí)間、降低開(kāi)關(guān)損耗并提高效率。短傳播延遲與延遲匹配可改善系統(tǒng)的死區(qū)優(yōu)化、控制環(huán)路響應(yīng)，提高脈寬利用率和瞬態(tài)性能，從而提高功率級(jí)效率。芯片輸入端口支持最低-10V 情況下正常工作，輸出端口的瞬態(tài)反向電流和反向電壓能力使其能夠承受功率器件或脈沖變壓器回路上的寄生干擾并避免驅(qū)動(dòng)器故障。同時(shí)還具有欠壓鎖定 (UVLO) 功能，可提高系統(tǒng)穩(wěn)健性。當(dāng)沒(méi)有足夠的偏置電壓來(lái)完全打開(kāi)功率器件時(shí)，柵極驅(qū)動(dòng)器輸出被內(nèi)部下拉 MOSFET 保持在低電平。

LDO 方案

KP7122XX(X)

KP7122XX(X) 是一款小體積、低 dropout 電壓的線性穩(wěn)壓器 (LDO)，最大可提供 350mA 輸出電流，具有極低的輸出電壓噪聲、高 PSRR 以及優(yōu)良的動(dòng)態(tài)特性，特別適用于信號(hào)敏感電路，靜態(tài)電流低至 8μA，可用于電池供電設(shè)備。內(nèi)置過(guò)流/短路保護(hù)、過(guò)溫保護(hù)等功能。

亮點(diǎn) 1

精簡(jiǎn)的設(shè)計(jì)，小體積封裝

圖 16. KP7122XX(X) 典型應(yīng)用電路

KP7122XX(X) 可提供 DFN1x1-4、SOT23-5、SOT23-3 封裝。

亮點(diǎn) 2

優(yōu)異動(dòng)態(tài)性能

KP7122XX(X) 具有超快瞬態(tài)響應(yīng)，由下面所示的負(fù)載跳變實(shí)驗(yàn)可以看出，在 1mA-330mA-1mA，tr=1μs 時(shí)，ΔVout 分別在 50mV 和 40mV 以內(nèi)，瞬態(tài)響應(yīng)優(yōu)秀。

圖 17.瞬態(tài)響應(yīng)

IOUT=1-330mA，tr=1μs

圖 18.瞬態(tài)響應(yīng)

IOUT=330-1mA，tr=1μs

亮點(diǎn) 3

高電源抑制比 (PSRR)

KP7122XX(X) 具有高電源抑制比，可以有效抑制前級(jí) DC-DC 變換器帶來(lái)的紋波干擾，由 PSRR 測(cè)試實(shí)驗(yàn)：在輸入 5V，帶載 20mA 情況下，1kHz 處達(dá)到 95dB，另外該芯片還具有低輸出噪聲，不超過(guò) 8μVrms。

圖 19.VIN=5V，VOUT=3.3V

COUT=1μF，IOUT=20mA

KP7112XX(X)

KP7112XX(X) 系列是一款最大工作電流 400mA，具有快速瞬態(tài)響應(yīng)和高電源抑制比的線性穩(wěn)壓器。另外，該芯片具有高輸出電壓精度，低輸出壓降壓，低靜態(tài)電流以及快速啟動(dòng)時(shí)間。

必易微致力于為客戶提供高效、安全、可靠的整體芯片解決方案，無(wú)論是在光伏發(fā)電還是儲(chǔ)能應(yīng)用領(lǐng)域，我們的解決方案都能滿足客戶需求，助力客戶在綠色能源領(lǐng)域取得成功。未來(lái)，必易微將繼續(xù)提供創(chuàng)新的整體芯片解決方案，推動(dòng)綠色能源發(fā)展。

審核編輯：劉清