安森美半導(dǎo)體應(yīng)對(duì)智能電網(wǎng)挑戰(zhàn)的高能效解決方案

　　多家市場(chǎng)調(diào)研機(jī)構(gòu)預(yù)計(jì)，到2030年，可再生能源(如風(fēng)力發(fā)電和太陽(yáng)能發(fā)電)在全球能源消費(fèi)總量中所占的份額將大幅上升。倡導(dǎo)節(jié)能減排、綠色發(fā)展對(duì)所有行業(yè)提出了新的要求，迎合低碳經(jīng)濟(jì)時(shí)代的節(jié)能設(shè)計(jì)已成為能源企業(yè)和電子產(chǎn)品競(jìng)爭(zhēng)力的重要體現(xiàn)。

　　市場(chǎng)機(jī)遇與挑戰(zhàn)

　　發(fā)展可再生能源是大勢(shì)所趨。而太陽(yáng)能和風(fēng)力發(fā)電是智能電網(wǎng)的組成部分，同屬于分布式發(fā)電范疇。推動(dòng)智能電網(wǎng)發(fā)展可以帶來(lái)許多優(yōu)勢(shì)，如利用雙向通訊實(shí)現(xiàn)需求對(duì)應(yīng)管理，緩和用電高峰，快速發(fā)現(xiàn)故障，避免停電事故，從而實(shí)現(xiàn)更高能效、可靠性及安全性;智能地整合新的替代能源，并為電動(dòng)和混合動(dòng)力汽車提供電力;更好地調(diào)整能源供需，更高效地利用發(fā)電廠及電網(wǎng)，減少碳排放量;提供動(dòng)態(tài)的費(fèi)率表，幫助客戶優(yōu)化總電能消費(fèi)及電費(fèi)支出，改善客戶服務(wù);及遠(yuǎn)程讀表及遠(yuǎn)程通電和斷電可以節(jié)省人力成本，提高運(yùn)營(yíng)效率等。

　　在推進(jìn)可持續(xù)發(fā)展的共識(shí)下，中國(guó)目前正在大力發(fā)展太陽(yáng)能、風(fēng)能等產(chǎn)業(yè)，前景看好。其中太陽(yáng)能領(lǐng)域的技術(shù)已經(jīng)日趨成熟，太陽(yáng)能發(fā)電等都獲得了長(zhǎng)足發(fā)展，太陽(yáng)能街道照明也越來(lái)越受到青睞。此外，為導(dǎo)入新一代智能電網(wǎng)而完善電力基礎(chǔ)設(shè)施，中國(guó)政府制訂了到2020年投入4萬(wàn)億元人民幣的宏偉目標(biāo)，其中的“堅(jiān)強(qiáng)的智能化電網(wǎng)(Strong&Smart Grid)”的概念已在上海世博會(huì)展示。

　　不過(guò)，在發(fā)展可再生能源和升級(jí)改造現(xiàn)有電網(wǎng)的同時(shí)，也面臨著不少挑戰(zhàn)。對(duì)半導(dǎo)體行業(yè)來(lái)說(shuō)，最大的挑戰(zhàn)莫過(guò)于能量轉(zhuǎn)換，因?yàn)榘l(fā)展可再生能源的關(guān)鍵在于優(yōu)化能效。以太陽(yáng)能供電的LED街道照明為例，這種應(yīng)用需要高效可靠的太陽(yáng)能板充電控制器，以及LED驅(qū)動(dòng)器等關(guān)鍵器件，需求相當(dāng)可觀。而智能電網(wǎng)從發(fā)電、配電和現(xiàn)場(chǎng)區(qū)域網(wǎng)到智能電表通信及家庭區(qū)域網(wǎng)，也都需要諸多電子元器件。其中包括功率因數(shù)控制器、交流-直流(AC-DC)和直流-直流(DC-DC)控制器、穩(wěn)壓器、MOSFET、三端雙向可控硅開(kāi)關(guān)元件(TRIAC)、電力線載波調(diào)制解調(diào)器、濾波、輸入/輸出(I/O)及數(shù)據(jù)保護(hù)、線路驅(qū)動(dòng)器及信號(hào)放大器、LCD背光驅(qū)動(dòng)器、EEPROM存儲(chǔ)器及智能卡接口等。

　　應(yīng)用于智能電網(wǎng)的高能效解決方案示例

　　1. 提升太陽(yáng)能電池板光電轉(zhuǎn)換能效的方案

　　近年來(lái)，業(yè)界越來(lái)越關(guān)注利用可再生清潔能源太陽(yáng)能的街道照明。對(duì)于太陽(yáng)能街燈而言，提高太陽(yáng)能電池板的光電轉(zhuǎn)換能效非常重要。太陽(yáng)能電池板的電壓-電流(V-I)特性曲線呈現(xiàn)非線性和可變性，要從中獲取最大量的電能非常困難。這需要太陽(yáng)能LED街燈的充電控制器及其他相關(guān)電子電路(一般采用微控制器來(lái)實(shí)現(xiàn))盡可能采用有效的控制方法來(lái)提高能效。

　　安森美半導(dǎo)體的CS51221增強(qiáng)型電壓模式PWM控制器就是一種可提高太陽(yáng)能電池板能效的器件。它可以控制太陽(yáng)能板電池充電，支持最大峰值功率追蹤(MPPT)功能，為太陽(yáng)能電池不斷變化的V-I特性曲線提供補(bǔ)償，優(yōu)化太陽(yáng)能電池的功率輸出，提高能效，并使蓄電池充電至優(yōu)化電量。

　　在應(yīng)用電路中，需要為CS51221選擇合適的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)要能夠在一個(gè)蓄電池的情況下將太陽(yáng)能板輸出電壓降至12V，而在兩個(gè)或多個(gè)蓄電池情況下也能輕易修改，支持升壓至24V。CS51221本身能夠配置為正激、反激或升壓拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。在針對(duì)太陽(yáng)能板充電控制應(yīng)用推出的參考設(shè)計(jì)中，安森美半導(dǎo)體選擇的是反激拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。

　　在應(yīng)用中，通過(guò)在ISET引腳動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)電流限制，從而實(shí)現(xiàn)最大峰值功率追蹤功能。一旦輸入電壓逐脈沖下降，電流限制就會(huì)被降低，直至輸入電壓恢復(fù)。這種方式無(wú)需使用價(jià)格昂貴的微控制器。這樣實(shí)現(xiàn)的充電控制器會(huì)發(fā)現(xiàn)峰值功率點(diǎn)并進(jìn)行動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)，使其符合不斷變化的電源特性。實(shí)際上，通過(guò)采用最大峰值功率追蹤技術(shù)，可以將較以往多30%的電荷從太陽(yáng)能板傳輸至蓄電池，這樣太陽(yáng)能街燈系統(tǒng)就可以采用尺寸更小的太陽(yáng)能板，從而帶來(lái)顯著的成本效益。圖1是采用安森美半導(dǎo)體CS51221控制器的太陽(yáng)能板充電控制應(yīng)用示意圖。

　　圖1：采用安森美半導(dǎo)體CS51221控制器的太陽(yáng)能板充電控制應(yīng)用

　　http://www.globalsca.com/UploadFile/TpNews_Images/200904131030589767.pdf

　　此外，安森美半導(dǎo)體的NCP3066恒流降壓穩(wěn)壓器也能用于太陽(yáng)能街燈的LED驅(qū)動(dòng)應(yīng)用，提供系統(tǒng)所需的功率及光輸出，并具有極高的能效。