光耦器件在家用儲能系統(tǒng)中的應(yīng)用

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/李寧遠(yuǎn)）新能源與儲能，一個(gè)當(dāng)下火熱的領(lǐng)域，在實(shí)現(xiàn)“碳中和”的發(fā)展浪潮下，新能源與儲能成為了現(xiàn)今最重要的幾個(gè)發(fā)展方向之一。新能源需要使用能量轉(zhuǎn)換設(shè)備將太陽能、風(fēng)能、熱能或水的勢能轉(zhuǎn)換成電能，然后將電能傳送到每個(gè)終端。儲能系統(tǒng)則將不規(guī)則、間歇性生產(chǎn)電力的風(fēng)力發(fā)電、光伏發(fā)電系統(tǒng)產(chǎn)生的電力存儲起來，以充電放電的方式，穩(wěn)定新能源和可再生能源的輸出。

典型光伏逆變器中的光耦應(yīng)用

大功率集中式發(fā)電場所典型的并網(wǎng)光伏逆變器系統(tǒng)，由光伏串組合器、DC/DC、DC/AC逆變器以及現(xiàn)場總線通信這幾大部分構(gòu)成。

在這樣一個(gè)很復(fù)雜的應(yīng)用場景里，光耦在有很多地方都有應(yīng)用。比如用于監(jiān)控光伏串組合器中的光伏陣列、用于測量DC/AC逆變器總線電壓的電壓傳感器上，用于監(jiān)控絕緣電阻的電壓傳感＋光電MOS上，用于光伏串組合器和逆變器中的電流傳感，以及DC/DC和DC/AC轉(zhuǎn)換器中的柵極驅(qū)動光耦以及現(xiàn)場總線通信中的數(shù)字光耦。

集成光伏發(fā)電的家用ESS光耦使用有哪些要求

儲能系統(tǒng)是一種在需求低時(shí)存儲電能并在需求高時(shí)輸出所存儲電能的裝置，它提高了發(fā)電廠的能效并穩(wěn)定了電網(wǎng)運(yùn)行。將可再生能源整合到電網(wǎng)中推動了ESS的市場進(jìn)展。儲能系統(tǒng)有很多種方案，其中一種是利用電池組形式將能源儲存起來，這種系統(tǒng)主要組成部分有電池板陣列、充電控制器、雙向逆變器、智能電表、電網(wǎng)、電池組。

光伏發(fā)電與電池ESS系統(tǒng)的結(jié)合是目前家用ESS常見的配置，主電源來自電網(wǎng)，可再生能源由光伏板到電池和逆變器再到交流負(fù)載，如果PV功率不足，從電網(wǎng)補(bǔ)充功率，當(dāng)電網(wǎng)供電不足時(shí)，從光伏面板獲取電能，并以電池組電能作為補(bǔ)充。和典型并網(wǎng)光伏逆變器中的光耦應(yīng)用有些類似，這種ESS系統(tǒng)里有不少光耦的應(yīng)用，選用光耦主要是相對于數(shù)字隔離里的容耦和磁耦，光耦最大的優(yōu)勢在于它能夠提供加強(qiáng)型絕緣，對于EMI或者CMR的噪聲也比較小。

ESS DC/DC級以及逆變器是光耦需求較大的應(yīng)用環(huán)節(jié)，其中柵極驅(qū)動、電流感測、數(shù)字通信對光耦的需求不一。
柵極驅(qū)動應(yīng)用里會首先會要求光耦軌到軌的輸出，為了實(shí)現(xiàn)快速可靠的柵極驅(qū)動更高的輸出峰值電流要求是少不了的，更低的傳播延遲以及更高的頻率則對于快速切換至關(guān)重要，為了防止在嘈雜的環(huán)境中誤驅(qū)動，CMTI要盡可能得高（起碼100kV/μs以上），更低的ICC則有利于實(shí)現(xiàn)低功耗和自舉操作。主動的米勒鉗位對于光耦器件也是很加分的一個(gè)地方，尤其在光伏逆變器這種大功率應(yīng)用里，開關(guān)在某些不能承受負(fù)柵極電壓的時(shí)候，主動的米勒鉗位功能可確保其保持截止。

電流/電壓感測里光耦關(guān)鍵特性在于增益精度、帶寬以及線性度。從行業(yè)領(lǐng)先的光耦廠商博通目前做到的參數(shù)來看，增益精度已經(jīng)可以做到±0.5%，帶寬達(dá)到200KHz，以及1.6us的快速響應(yīng)檢測。CMTI當(dāng)然越高越好，防止在嘈雜環(huán)境中錯(cuò)誤感測。

在數(shù)字通信里，首先看得是速度，從技術(shù)角度來說數(shù)字光耦能做到的高速上限肯定是不可能和磁耦技術(shù)相比的。上面也提到過，光耦最大的優(yōu)勢在于它能夠提供加強(qiáng)型絕緣，在增強(qiáng)型的隔離下數(shù)字光耦的速度也在盡可能提升，從1MBd到5MBd、8MBd、10MBd、20MBd到50MBd，數(shù)字光耦已經(jīng)將速度提升了不少。數(shù)字光耦另一個(gè)優(yōu)勢或者說技巧在于可以采用直接驅(qū)動，在LED前端放置電阻，通過配置電阻阻值分配能夠?qū)MTI進(jìn)行優(yōu)化。

小結(jié)

光耦可以提供精確信號隔離以及安全可靠的加強(qiáng)型電氣絕緣性能，在這些能源轉(zhuǎn)換及儲能設(shè)備中有著重要的應(yīng)用，不管是其中功率器件的門極驅(qū)動，電流及電壓檢測還是IPM接口、數(shù)字信號隔離等等。光耦對整個(gè)家用ESS儲能系統(tǒng)的保護(hù)，防漏電及濾波作用大大提高了儲能系統(tǒng)的安全性。