隨著人們生活水平的提高，戶外生活和娛樂活動如家庭聚餐、野營、戶外表演等層出不窮。這時儲能電池產品不僅可以提供基本的生活供電需求，如取暖、充電、燒煮等；還可以提供音響，燈光，影像等娛樂供電需求。同時，為了延長電池的續航能力，太陽能充電方式成為儲能電池最常見的獲取自然界能源以增加電池能量的方法。在戶儲領域，“陽臺儲能”等家用太陽能儲能系統也在國內外悄悄興起。這些都對支持太陽能充電的電路系統及芯片的電壓和功率等級提出了越來越高的要求。
目前現有常見的儲能電池產品的MPPT（最大功率點跟蹤）充電功率一般在300W以內，電能轉換效率低，而且電路系統體積和重量大、成本高、也給儲能系統的可移動性和便攜性造成了很大負擔。
為此，元芯半導體推出了支持800W功率、恒流恒壓(CC/CV)控制的高壓Buck-Boost控制器YX2265（單向CC/CV）和YX2865（雙向CC/CV）系列。其中單向高壓Buck-Boost控制器YX2265可以實現精確的恒流恒壓(CC/CV)控制和支持高開關頻率，可以很好的解決現有儲能電池充電方案中的一些常見痛點問題，比如：
（1）電能轉換效率低, 需要的散熱器體積大。
（2）升降壓控制器不支持高壓（<40V）和不支持高頻工作（<600KHz)，電感和方案尺寸大, 無法直驅氮化鎵功率管。
（3）采用進口的傳統升降壓控制器，成本高、供貨周期長、應用支持不及時。
（4）采用分離器件和數字控制器MCU，外圍電路復雜且成本高。
YX2265產品介紹
YX2265應用框圖如圖1所示，其主要特征如下：
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支持寬范圍輸入電壓：3.5V~65V
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支持寬范圍輸出電壓：2V~65V
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支持寬范圍工作頻率：50KHz~3MHz
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恒流恒壓（CC/CV）控制
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可編程電感、輸入和輸出電流限流
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可編程輸出平均電流及電流監測（ISMON）
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支持抖頻以降低系統EMI
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支持可并聯和外部時鐘同步
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集成1.8V高精度基準
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驅動電壓兼容Si和GaN FETs
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UVLO欠壓保護
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外部環路補償
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軟啟動功能
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PGOOD功能指示信號
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32腳可浸潤式QFN封裝
圖1. YX2265 應用框圖
YX2265在MPPT充電中的應用
元芯半導體推出了YX2265系列產品，功能豐富，非常適合應用于MPPT儲能電池產品：
（1）輸入輸出均支持高達65V的電壓。一塊太陽能電池板開路電壓可能達到60V，輸出側48V電池組最高電壓可達55V。
（2）支持靈活的電流采樣位置。通常情況YX2265輸入側采樣電阻檢測峰值電流，進行峰值電流控制；輸出側采樣電阻采樣輸出電流，進行輸出平均電流控制，如圖1所示。在MPPT應用中，可將輸出側平均電流采樣管腳接到輸入側采樣電阻，如圖2所示，從而進行輸入平均電流控制。
（3）YX2265具有實時監測采樣平均電流的模擬輸出端口ISMON，這方便了MCU讀取太陽能電池板電流并計算電池板功率，進行MPPT算法設計。
（4）通過調節ICTRL管腳電壓，YX2265可快速調節太陽能電池板輸入平均電流，在太陽能電池板產生輸出功率擾動，從而用擾動觀察法實現最大功率跟蹤。
圖2. YX2265 光伏儲能MPPT電路設計
根據圖2設計，YX2265可以通過ICTRL的模擬電壓線性調節太陽能電池板側的輸入電流，其調節關系為：
其中，Rsns1單位為毫歐（mohm）。當RSNS1=5mohm時，輸入電流IIN與ICTRL電壓關系測試結果如圖3所示：
圖3. ICTRL和輸入電流IIN控制關系
YX2265在800W 硅（Si）& 氮化鎵（GaN）版本MPPT應用測試
為了驗證YX2265在高壓大電流下的工作能力，元芯半導體根據Table 1的應用指標參數，設計了800W 硅（Si）和氮化鎵（GaN）版本的MPPT方案應用測試板, 如圖4所示。為了方便效率對比，測試時均將開關頻率設置為200KHz. 圖5給出了Si版本在整個輸入電壓范圍（10V~60V）和整個輸出電壓范圍（20V~55V）下，輸入或輸出達到最大電流條件下的穩態波形�？梢钥闯�，YX2265在Buck, Boost,或Buck-Boost模式下以及切換過程工作均非常穩定。圖6給出了在滿功率下，Si和GaN版本應用板測試的效率對比。氮化鎵GaN版本的峰值效率為98%，硅Si版本的峰值效率為97%。圖7展示了輸入50V，輸出48V，800W工作條件下的系統溫度照片。
Table 1 800W MPPT 應用設計要求
圖4（a）800W GaN version MPPT board
圖4（b）800W Si version MPPT board
圖4. 基于YX2265 800W 功率下MPPT應用板設計
(a) Vin=10V, Vout=48V(200W)
（b)Vin=40V, Vout=48V(800W)
(c) Vin=60V, Vout=48V(800W)
(d) Vin=48V, Vout=20V(320W)
(e) Vin=48V, Vout=45V(720W)
(f) Vin=48V, Vout=55V(800W)
圖5. 800W, Vin=10~60V, Vout=20-55V滿電流條件下穩態波形
圖6. Vin=10~60V，Vout=48V條件滿電流Si和GaN效率對比
圖7. Vin=50V，Vout=48V（800W）條件下溫度照片 |
