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1、太阳能IC 解决方案最大限度提高PV 系统效率和安全性过去三十年，随着光伏太阳能市场的演变，系统解决方案供应商一直致力于在光伏组件的效率提高质量改进和阵列的构建方面有所建树,以帮助系统能够应对环境影响从而延长系统的寿命。由于需要这类光伏阵列必须在超过20年的时间内保持其功能持续可靠安全，这对业界供应商而言是一项十分艰巨的任务。在过去几年中，市场推动者不断涌现，他们致力于帮助系统安装商、设计师和业主获得最佳的投资回报。美国国家半导体正是推动这方面发展的有力推动者之一。,50 多年来， 美国国家半导体一直凭借其模拟技术优势和可靠、 高效的电源管理产品而著称。 该公司不断利用这些知识、经验和制造能力
2、，帮助客户创建更好的 PV 系统设计。美国国家 半导体的高能效 SolarMagicTM 集成电路（IC ）产品结合高性能模拟和电源管理解决方案， 打造了更加智能的光伏系统 , 该系统不仅简化了从前复杂的技术， 提高了系统的可靠性和安 全性，同时还降低了成本， 缩短了产品的上市时间， 从而满足了光伏太阳能市场的核心需求。美国国家半导体为整个PV产业链开发了SolarMagic IC，包括组件级电子器件，如直流/ 直流电源优化器、直流/ 交流微型逆变器和基于最大功率点跟踪（Maximum Power PointTracking ， MPPT）的电池充电控制器，以及采用了安全和通信解决方案的智能汇
3、流箱和逆变器。图 1: 美国国家半导体为PV 市场提供各种模拟IC 产品PV 太阳能阵列效率的挑战许多不匹配的因素可能会影响 PV 太阳能发电系统产生的能量。其中一些因素 例如 : 树 木的遮挡、建筑物构件、不同的组件倾角、方向和光伏组件串（ string ）的长度 都会对输出功率产生直接和显著的影响。 组件之间的不匹配、 组件老化的差异， 以及灰尘等因素也 会慢慢降低 PV太阳能发电系统寿命期的整体性能。例如，阵列上 10 %的阴影会减少多达50的系统能量收集。这大大限制了能量的输出、设计，以及典型太阳能装置的安装位置。多年来， 安装人员围绕这些不匹配的因素进行了相应的改进设计， 或妥协地接
4、受非优化下的失。美国国家半导体开发的电源优化器和微型逆变器 IC 解决方案可以降低这类损失。能量损直流 /直流电源优化技术功率优化技术于2009年问世后一直在效率和尺寸方面不断改进。2010 年 6月，美国国家半导体推出了SM3320 芯片组，该芯片组可以让客户在设计过程中更为灵活，同时该芯片组还实现了 350W 组件功率的处理能力、同类产品最佳的效率（峰值为99.5）、宽工作温度范围（ -40 C至+90 C）, 以及系统效率最高的三模式降压- 升压架构等增强功能。SolarMagicSM3320芯片组技术实现了更高的PV 发电系统效率、更低的每千瓦时成本、灵活的设计，以及更低的系统成本平衡
5、。最终, 该芯片组通过最大限度地利用屋顶、恢复损失的能量和提高能量收集在住宅和商业设施屋顶装置可来增加收益。SolarMagic技术与逆变器无关，可以减少或消除设计上的限制，比如需要阵列有相同的组件布局、倾角、方向和串长度。直流 /交流微型逆变器技术微型逆变器采用的是一种互补架构的电源优化器可以在组件级实现直流- 交流的转换，同时，它还具有一系列的独特功能，例如：无需高直流电压级（消除电弧问题）和复杂的串尺寸（缩 短安装时间）、易于扩展阵列规模，同时降低布线成本等。凭借其高效节能的模拟和电源管理优势，美国国家半导体扩大了其SolarMagic IC产品组合，包括组件级微型逆变器。目前的微型逆变
6、器分为不同的架构，产品阵容包括采用电解电容器的、带有整流正弦波和去折叠（ unfolding）桥的传统拓扑架构， 以及由高电压、高效率中间直流母线实现的先进微型逆变器设计，同时不使用电解电容和纹波衰减。无论是传统还是先进的微型逆变器设计，都可能包括电力线通信 （ PLC）和无线 RF通信等通信选项。对于直流输入电压小于100V 的采用有源钳位电路的交错式反激式微型逆变器设计，SolarMagic SM72295光伏全桥驱动器是一个很好的起点。SM72295 驱动器有四个独立的3A器、两个电流检测放大器和缓冲器，以及带有电源良好（POWER GOOD）指示器栅极驱动的内置过电压和欠电压控制等保护
7、功能，可以实现高度集成的功能。图 2 ：美国国家半导体的微型逆变器参考设计框图离网 PV 解决方案和充电控制器早期的 PV 发电系统是为小型离网(off-grid )应用设计的，通常用于未来房屋和建筑物的电池充电应用。然而，随着时间的推移，系统的尺寸不断增加，并进入了并网( grid-tied )应 用。美国国家半导体推出的MPPT数字控制器和全桥驱动器IC 是为控制高效率直流/ 直流转换器而设计的，这类转换器通常用在离网充电控制器应用中，如光伏系统、汽车、船舶和街道照明应用。美国国家半导体创新的充电控制器产品可降低系统成本并提高可靠性，同时简化设计的复杂性，从而缩短产品上市时间。SolarM
8、agic SM72242 增强型 MPPT控制器和 SM72295全桥驱动器为开发各种基于PV 电池 的充电设计打造了一个坚实的基础。充电控制器参考设计为兼容大多数市场上的太阳能电池板提供了宽输入电压范围的高度集成功能，包括高达100A 的电流驱动能力、支持多种化学电池 ( 如锂离子电池、铅酸电池)先进的保护和电池管理功能，以及I2C ( 兼容 ) 编程。、安全与电弧检测随着过去五年PV发电装置的显著增加，与电池板本身相关和无关的火灾也时有发生。围绕带电太阳能电池板的消防安全工作已经引起了对PV发电系统安全性的关注。鉴于这种情况，2011 年美国国家电气法规(U.S.NationalElect
9、ricalCode ，NEC)修订版包括了一项新的要求(609.11专门针对屋顶PV 发电系统。众所周知，标准往往会推动一项应用的广泛采用，美国国家半导体开发了全面的安全解决方案来解决PV组件的关断、电弧检测和防盗问) ，题。SolarMagic SM4110 PV安全系统的设计有助于实现灵活的设计，以及任何规模的PV阵列的可扩展性。该系统由三个主要部分组成：1 )集中式阵列关断和控制单元(SM4 1 1 0-CTX )；2) 串级变送器(SM4110-STX)；3)位于接线盒内的接收单元(SM3010-1A1 )。除了为市场提供SolarMagic SM4110 PV安全系统，美国国家半导体
10、还开发了SolarMagicSM73201-ARC-EV参考设计，专门解决PV 发电系统内存在的电弧问题。由于检测电弧很困难，美国国家半导体开发了一种独特的信号处理方法( 专利申请中 ) ，它采用最先进的抽象模式识别方法，不需要电弧特征 ( signature )即可匹配刚性预描述( rigid pre-described )绝对形状。电弧解决方案的工作温度范围为-40 C至+125 C,可以检测远达100 米的电弧，与所有商用组件技术配合使用，而且可以检测所有类型的电弧( 串联、并联和接地) 。美国国家半导体的合作伙伴已将高效设计和小尺寸SM73201-ARC-EV 解决方案集成在其智能汇流箱或逆变器内。美国国家半导体解决方案的价值为了在当今竞争激烈的太阳能市场获得成功，系统设计人员和OEM厂商需要一个完整的系统解决方案，其中可能包括高效模拟IC 、工具、评估板和参考设计。随着产品和系统需求的不断增加，效率和安全性以及质量和可靠性已成为PV事业成功的关键。美国国家半导体是一家为市场提供高效产品和设计的公司，同时也在不断丰富其产品组合，以确保其产品适用于PV产业的整个价值链。图 3 ：美国国家半导体的SolarMagic评估板和参考设计
太阳能IC解决方案最大限度提高PV系统效率和安全性
