德州仪器 C2000 MCU完整的太阳能解决方案解析

全球能源短缺，太阳能成为最具前景的再生能源之一，据 IHS iSuppli 的研究报告显示，受新兴市场推动，关键零组件太阳能逆变器出货量预计将在 2014 年之前达到 20% 的成长。然而，目前整体太阳能发电却面临发电转换效率、发电成本与安全可靠的系统设计等叁大挑战。德州仪器 （TI） 整合广泛的太阳能相关零组件支援，提供能高效执行精确演算法的 C2000微控制器、降低系统电路设计成本的 SolarMagic 电源优化器解决方案以及减低热能的Smart Bypass Diode，充份满足关键太阳能设计要素。

德州仪器亚洲区市场开发经理陈俊宏指出，能源短缺促使太阳能成为新一代发电系统，而推动该市场的关键即在于效率、成本与安全性。有鉴于该市场的潜力与高技术门槛，TI 于 2011 成立 Silicon Valley Analog （SVA） 部门，透过併购美国国家半导体 （National Semiconductor） 的工业高压电源管理产品优势，整合 TI 在嵌入式设计、电源管理与类比产品的强大系列组合，持续拓展 TI 在太阳能、医疗和 LED 市场等新兴领域的发展，提供客户最完善的全面性解决方案。

太阳能逆变器在标準严苛的太阳能发电系统中扮演关键角色，经常应用于商业电网或区域与独立型电网中。而逆变器装置需透过高电压直流电源长期运行，也因此形成安全隐忧。此外，转换效率也易受外在环境因素干扰，而拉低系统整体的发电效率。例如，10% 的阴影即可导致太阳能面板阵列系统减少多达 50% 的能量採集数量，大幅限制了一般太阳设备的能量产生、设计和设置位置。因此电池与模组的转换效率与系统寿命动辄需要 15 年以上的需求均需同时列入考量，逆变器能否长时间的使用，以及能否降低错误机率便成为首要问题。在提升系统稳定度与安全性外，系统建设与维护的庞大支出成本更是影响太阳能发电系统佈建的重大考量。

TI精準掌握市场发展脉动，整合微控制器与电源管理解决方案，提供开发人员具前瞻性与完整的解决方案，促进太阳能发电市场发展。小型微逆变器系统搭载採 MPPT （最大功率点追踪） 技术之 TI C2000 MCU，应用于发电面板中可同时评估各种太阳能演算法与拓扑，以克服阴影效应 （shading） 所造成的整体发电效率问题。SolarMagic 电源优化器解决方案透过整合电源分配与通讯，提高太阳能电池阵列的安全性，可使单一面板维持稳定的最大功率。且每一模组皆具监控功能，可提供系统额外防护并降低维护成本。TI 更提供参考设计及应用说明，协助系统设计工程师迅速完成整体太阳能系统电路设计、降低整体 50% 以上的物料清单 （BOM） 成本。此外，为满足高效率太阳能光电模组需求，透过Smart Bypass Diode可缩减连接器尺寸，因此可减少热能产生与减低火灾发生机率，进一步提高安全性。

C2000 太阳能开发套件是 TI 首款完整的高电压、字串就绪 （string-ready）、隔离式 MCU 控制型太阳能解决方案，可帮助电源设计人员开发高电压太阳能应用；该太阳能开发套件包含两块单独的开发板，提供双控制器 （dual-controller） 设计，开发人员因此可就高电压功率级 （high-voltage power stages） 和处理器间通讯系统 （inter-processor communications systems） 进行开发；主板 （primary board） 支援高达 500W 功率的 300VDC 相容型输入级，其拥有针对最大功率点追踪 （MPPT） 的交错式升压级 （interleaved boost stage），以及用于隔离的共振 LLC 级 （resonant LLC stage），以上两者均由单颗 Piccolo MCU 控制。副板 （secondary board） 则具备带电网匹配功能 （grid-matching） 且支援 120/220VAC 输出的全桥式 DC/AC 逆变器，以单颗 Concerto 或 Piccolo MCU 控制，因此能在单个处理器中同时提供控制与连结能力。

德州仪器电源产碞亚太市场开发部市场行销工程师周俊宏表示，TI SolarMagic 电源优化器解决方案利用分佈式电路，可将每一模组的发电量提至最高，并调整每排光电板电压和电流，以避免一般在转换过程中必然形成总能量 75% 的耗损，且更进一步提高 25% 发电量，确保系统操作更加稳定可靠；TI 提供参考设计及应用说明，协助系统设计工程师迅速完成整体太阳能系统的电路设计、降低系统的维护成本并提高系统效能，并可降低整体 50% 以上的物料清单 （BOM） 成本；TI 提供丰富的降压转换器组合，不论搭配何种输出电容器，系统仍可保持稳定，提高 MCU 的搭配弹性度与设计灵活度。

周俊宏表示，TI Smart Bypass Diode SM74611可提高太阳能光电模组效率与缩减连接器 （Junction Box） 尺寸，降低太阳能模组成本并可轻易置入太阳能系统装置中；减少热能产生，并降低太阳能电平准化成本 （LCOE-Levelized Cost of Energy），以提高太阳能模组寿命；透过降低反向漏电与增加太阳能面板阵列能量产量，与传统Schottky二极体相比可降低电源耗散。