储能系统在建设低碳世界的过程中发挥着关键作用，也是目前最蓬勃发展的工业应用之一，在应用方面与光伏系统和电动汽车充电站密切相关。本文将聚焦储能硬件设计和元器件选型，介绍安森美(onsemi)提供的先进产品和解决方案。
一、解决方案概述
系统框图-交流耦合电池储能系统
系统框图-直流耦合电池储能系统
三相I-NPC是功率转换系统中常见的双向拓扑结构，以匹配不断增加的母线电压。与三相半桥等两电平拓扑相比，I-NPC需要更多的元器件和驱动信号，复杂的开关方案也对设计者提出了挑战。但其优点是显著降低开关损耗，降低电流纹波，减少EMI等。
NXH600N65L4Q2F2是一款包含I-NPC逆变器的高性能650V IGBT PIM。它被设计用来承受两个方向的大电流，最适合100kW以上的商用功率转换系统。
去饱和(DESAT)是大功率转换中首选的重要保护措施之一。 它可以通过尽快关闭开关来防止 IGBT/MOSFET 因短路而损坏。
NCD57000集成了去饱和检测功能，当VCESAT达到目标值时，内部软关断(STO)MOSFET被激活，放电栅极电容器，以减少由高dV/dt引起的过压应力和损耗。
此外，这款单通道栅极驱动器具有高拉/灌电流(4A/6A)、5kVrms电隔离以及其他保护功能，如欠压锁定(UVLO)、有源米勒箝位等。
通常，辅助电源的设计基于反激式拓扑结构，使用初级侧调节、QR(准谐振)反激式控制器。NCP1362 是用于低功耗离线 SMPS 的初级侧 PWM 控制器。使用NCP1362 的最 大优点是无需光电耦合反馈，从而提高了电源的可靠性。此外，它还能在低VDS时关闭开关，从而提高效率并减少发热。
初级侧PWM准谐振控制器，NCP1362, SOIC-8封装：
1、初级侧准谐振反激控制器；
2、无需次级反馈电路；
3、谷值锁定准谐振峰值电流模式控制；
4、优化轻载效率和待机性能；
5、多种保护功能。
二、电池储能系统的以太网接口
分布式储能系统通常由数百个功率转换系统(PCS)和控制单元组成。现代的控制中心必须适应更为复杂的连接解决方案，以满足日益增长的节点和计算需求。
安森美推出的NCN26010是市场上首批符合802.3cg标准的控制器之一，提供以下优势：
首先，优秀的抗干扰能力，其噪声抗干扰能力超过IEEE 802.3cg标准要求，能够支持50米以上的通信距离。
第二，减少高达70%的线缆使用，并将安装成本降低多达80%。
第三，减少软件维护成本。
EliteSiC，1200V MOSFET，M3S系列：
1、新型 1200V M3S 平面碳化硅 MOSFET 系列；
2、针对高温运行进行了优化；
3、改善寄生电容，适合高频运行；
4、RDS(ON) =22 mΩ @VGS=18 V；
5、超低栅极电荷 (QG(TOT))=137 nC；
6、高速开关，具有低电容特性(COSS =146 pF)；
7、提供开尔文源极连接。
场截止第七代，IGBT，1200 V：
1、新型1200V沟槽型场截止第七代IGBT系列；
2、沟槽窄台面与质子注入多重缓冲技术；
3、提供快速开关与低饱和压降VCE(SAT)类型；
4、改善寄生电容，适用于高频运行；
5、通用封装；
6、目标应用 - 能源基础设施、工厂自动化。
IGBT功率集成模块(PIM)，I-NPC：
1、内置650V / 1000V IGBT / 二极管；
2、高工作电流；
3、内置负温度系数热敏电阻；
4、低电感布局；
5、高效及更高的功率密度；
6、采用场截止技术的极高效沟槽结构。
三、如何选择栅极驱动器
首先，电流驱动能力：开关的导通和关断实际上是输入输出电容器的充放电过程。更高的灌电流和拉电流能力意味着更快的导通和关断速度，最终带来更小的开关损耗。
第二，故障检测：栅极驱动器不仅用于驱动开关，还能保护开关甚至整个系统。例如，欠压锁定(UVLO)可确保栅极驱动器的电源处于良好状态，去饱和(DESAT)用于检测短路，有源米勒箝位可防止在快速开关系统中出现误导通。点此可阅读NCD(V)57000/57001 栅极驱动器设计笔记，了解保护功能。
第三，抗扰性：共模瞬态抗扰度(CMTI)是指栅极驱动器输入和输出电路之间共模电压上升或下降的最 大容许速率，它决定了该产品是否可用于快速开关系统。大功率系统以非常快的变化率运行，例如大于100 V/ns时会产生非常大的电压瞬变。隔离栅极驱动器需要能够承受高于额定电平的CMTI，以防止低压电路侧产生噪声，并防止隔离势垒失效。
第四，传播延迟：传播延迟是指从输入10%到输出90%的时间延迟(供应商之间可能有所不同)。这种延迟会影响器件之间的开关时序，这在高频应用中至关重要。设置死区时间可以避免直通乃至进一步损坏，死区时间设置得越少，开关损耗就会越小。
第五，兼容性：在新项目中，如果没有重大设计变更，引脚对引脚的替换总是首选。选择规格和封装相似的栅极驱动器有利于快速设计。
当然，并非每一点都需要遵循。例如，与 IGBT 不同，碳化硅 MOSFET 的输出特性更像可变电阻，没有饱和区，这意味着普通的去饱和检测原理不起作用。作为解决方案之一，通常使用电流传感器来检测过流，或使用温度传感器来检测异常温度。
NCP51561碳化硅隔离栅极驱动器：
1、4.5A/9A峰值拉电流/灌电流；
2、36 ns 传播延迟，8ns最 大延迟匹配；
3、5kV 电隔离，CMTI≥200 V/ns；
4、双通道设计；
5、8毫米爬电距离的SOIC-16WB封装。
NCD57080 隔离型大电流栅极驱动器：
1、高电流峰值输出(6.5 A/6.5 A)；
2、欠压锁定(UVLO)，有源米勒箝位；
3、3.5 kV 电隔离，CMTI≥100 V/ns；
4、典型 60 ns 传播延迟；
5、单通道设计；
6、8毫米爬电距离的SOIC-8WB封装。
四、双向AD-DC常用拓扑结构
三相全桥变换器：
1、电路简单，控制容易且较少元器件；
2、开关需承受全母线电压和尖峰电压；
3、需要大容量变压器，增加了成本和终端系统尺寸；
4、建议使用宽禁带器件以减少总谐波失真(THD)和电感器尺寸。
单相/三相图腾柱变换器：
1、提高效率、减少电磁干扰(EMI)和总谐波失真(THD)，并减少每个周期内开关数量；
2、开关数量少，功率密度高；
3、需要使用宽禁带器件以减少恢复损耗；
4、过零点噪声、共模噪声。
三相三电平变换器：
1、三电平配置可降低总谐波失真(THD)和(部分)开关上的电压应力；
2、更多的栅极驱动器和更复杂的控制；
3、效率更高，成本更高；
4、光伏逆变器设计中经过验证的架构。
五、双向DC-DC常用拓扑结构
升/降压变换器：
1、扩大充/放电电压范围，提高电池使用效率；
2、在充/放电时实现双向功率转换；
3、器件较少，控制简单；
4、可根据电池电压选择使用。
双有源桥变换器：
1、运行移相调制，以实现高负载下的零电压开关(ZVS)；
2、由于两级中电流的不匹配导致意外损耗；
3、移相、变压器、频率等方面的复杂设计以达到预期效率；
4、在高频/高压运行中，首选宽禁带元件；
5、在大功率情况下减小输出脉动电流以减少输出电容器尺寸；
6、隔离转换以确保安全。
CLLC 谐振变换器：
1、在LLC的基础上增加一个电容器以实现双向转换；
2、复杂的调频和无源选择，以实现双向高效率 ；
3、需要额外的DC-DC转换以确保高效情况下达到宽输出范围；
4、在整个负载范围内，效率优于DAB；
5、隔离转换以确保安全。
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