電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/吳子鵬）清潔、可再生、資源分布廣泛，這些特征優(yōu)勢(shì)讓光伏在全球新能源領(lǐng)域的重要性日益凸顯。它不僅是實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的關(guān)鍵路徑之一，隨著成本持續(xù)下降和技術(shù)進(jìn)步，也已成為全球能源結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)型的核心支柱。根據(jù) IEA（International Energy Agency）的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，2024 年全球新增光伏裝機(jī)容量超過(guò) 550GW，同比增長(zhǎng)近 30%；其中，中國(guó)新增光伏裝機(jī)容量為 277GW，占全球新增光伏裝機(jī)總量的 65%。

在光伏系統(tǒng)中，半導(dǎo)體技術(shù)的價(jià)值在于確保系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地將太陽(yáng)能轉(zhuǎn)換為電能，并實(shí)現(xiàn)能量的存儲(chǔ)與分配，貫穿發(fā)電、轉(zhuǎn)換、儲(chǔ)能、監(jiān)控、通信等每一個(gè)環(huán)節(jié)。作為一家高性能高可靠性模擬及混合信號(hào)芯片公司，納芯微的產(chǎn)品矩陣覆蓋光伏逆變器系統(tǒng)幾乎所有功能模塊，且在客戶實(shí)際產(chǎn)品中得到了系統(tǒng)級(jí)應(yīng)用的檢驗(yàn)。納芯微技術(shù)專(zhuān)家徐文哲表示：“提供全棧式解決方案是納芯微布局光伏市場(chǎng)的第一階段，在此基礎(chǔ)上，公司攜手客戶開(kāi)展系統(tǒng)級(jí)與器件級(jí)的深度聯(lián)合創(chuàng)新，并以穩(wěn)健的供應(yīng)鏈戰(zhàn)略與韌性保障為支撐，助力客戶技術(shù)突破、賦能全球光伏產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展?！?/p>

光伏市場(chǎng)洞察與系統(tǒng)構(gòu)成

目前，光伏是全球新能源發(fā)電市場(chǎng)的主流，其增長(zhǎng)趨勢(shì)持續(xù)推動(dòng)可再生能源滲透率上升，并將傳統(tǒng)能源在能源結(jié)構(gòu)中的占比壓至歷史低位。歐洲光伏產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（SolarPower Europe）在《全球光伏市場(chǎng)展望 2025-2029》報(bào)告中指出，從全球電力結(jié)構(gòu)來(lái)看，光伏在過(guò)去三年中幾乎實(shí)現(xiàn)市場(chǎng)份額翻番，達(dá)到全球電力裝機(jī)總量的 7%。

徐文哲透露：“納芯微作為光伏芯片的核心供應(yīng)商，已與多家光伏客戶達(dá)成深度合作。鑒于客戶對(duì)系統(tǒng)級(jí)降本的強(qiáng)烈需求，納芯微不斷創(chuàng)新，持續(xù)推出適應(yīng)客戶系統(tǒng)需求的產(chǎn)品，助力客戶提升系統(tǒng)競(jìng)爭(zhēng)力。此外，在深耕國(guó)內(nèi)市場(chǎng)的基礎(chǔ)上，納芯微也積極與光伏客戶共同開(kāi)拓海外市場(chǎng)。面向海外不同地區(qū)的不同法規(guī)要求，納芯微充分發(fā)揮產(chǎn)品和技術(shù)多元化的優(yōu)勢(shì)，可提供不同組合的解決方案來(lái)適配客戶的各種需求。”

從能量環(huán)節(jié)來(lái)看，光伏發(fā)電主要由光伏板、功率與電子系統(tǒng)和電網(wǎng) / 負(fù)載三個(gè)部分構(gòu)成。作為系統(tǒng)中樞，功率與電子系統(tǒng)負(fù)責(zé)將光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可用形式，并實(shí)現(xiàn)能量的高效管理。

隨著系統(tǒng)集成度提升，光伏逆變器已經(jīng)成為功率與電子系統(tǒng)的核心載體，其硬件結(jié)構(gòu)通常由 DC-DC（升壓 / MPPT）和 DC-AC（逆變）兩個(gè)核心環(huán)節(jié)組成。MPPT 是光伏逆變器特有的重要功能，通過(guò)將光伏板的工作狀態(tài)控制在最大功率點(diǎn)處，能夠在同等的光照條件下獲得更多的電能。

另外，光儲(chǔ)一體機(jī)是當(dāng)下熱門(mén)產(chǎn)品。不過(guò)，其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和光伏逆變器基本一致，僅僅是在光伏逆變器基礎(chǔ)上，增加了一個(gè)用于與電池傳遞能量的雙向DC-DC模塊，以及與電池包進(jìn)行通信的接口。

光伏逆變器市場(chǎng)格局和發(fā)展趨勢(shì)

光伏系統(tǒng)主要有以下三種類(lèi)型的逆變器：

• 微型逆變器（Micro Inverter）：每個(gè)光伏組件配備一個(gè)獨(dú)立的微型逆變器，呈現(xiàn)光伏板：MPPT 功能：逆變功能為 1:1:1 的配置。
• 組串式逆變器（String Inverter）：多個(gè)光伏組件串聯(lián)成組串，接入一臺(tái)逆變器，一個(gè)逆變環(huán)節(jié)可能對(duì)應(yīng)多個(gè)光伏串的 MPPT。
• 集中式逆變器（Central Inverter）：多組光伏組串并聯(lián)后接入一臺(tái)逆變器，要么僅有一個(gè) MPPT，要么不設(shè)置 MPPT。

圖源：納芯微

不難看出，從微型到組串再到集中式逆變器，光伏板的控制精細(xì)化程度逐漸降低，適用于不同場(chǎng)景：戶用領(lǐng)域通常選用微型和組串式逆變器；商業(yè)類(lèi)、工商儲(chǔ)場(chǎng)景多采用組串式逆變器；大型發(fā)電站則根據(jù)實(shí)際情況，選擇組串式或集中式逆變器。從功率的角度來(lái)看，戶用領(lǐng)域通常采用 50 千瓦以下的組串式逆變器，1 千瓦以下則以微型逆變器更常見(jiàn)；工商類(lèi)發(fā)電場(chǎng)景多使用 8 千瓦至 150 千瓦的組串式逆變器；大型光伏電站會(huì)使用高達(dá) 300 千瓦至 350 千瓦的組串逆變器設(shè)備，而集中式逆變器單體功率可達(dá)兆瓦級(jí)。

由于單位功率成本低于微型逆變器，且能夠打造多路 MPPT 以適應(yīng)不同朝向、傾角的組串配置，并易于擴(kuò)容，組串式逆變器已經(jīng)成為市場(chǎng)占比最高的逆變器。據(jù) GMS（Global Market Insights）和 CPIA 數(shù)據(jù)顯示，組串式系統(tǒng)在全球所有光伏逆變器系統(tǒng)中占比達(dá) 65%，在中國(guó)更是高達(dá) 80%。

從不同應(yīng)用場(chǎng)景的實(shí)際案例來(lái)看，戶用、工商類(lèi)和大型光伏逆變器接入的光伏串?dāng)?shù)量差異明顯，分別為 4 串、20 串和 30 串左右，呈遞增趨勢(shì)，但每個(gè)逆變器中的 MPPT DC-DC 上的串?dāng)?shù)變化不大。隨著逆變器功率的提升，每個(gè) MPPT DC-DC 的功率值也相應(yīng)增加，從大約 3 千瓦增加到 20 千瓦，甚至在大型應(yīng)用中可達(dá) 30-50 千瓦。另外，戶用場(chǎng)景使用 2 個(gè) MPPT，工商和大型場(chǎng)景中 MPPT 數(shù)量最多可達(dá) 16 個(gè)，MPPT 數(shù)量越多，對(duì)半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求也就越大。

如果從 MPPT DC-DC 以及逆變 DC-AC 的核心拓?fù)浣嵌确治觯煌負(fù)鋾?huì)導(dǎo)致功率器件數(shù)量差異，進(jìn)而影響功率器件和驅(qū)動(dòng)數(shù)量的選擇。兩電平和三電平拓?fù)涞牟┺木头浅５湫?，許多產(chǎn)品采用三電平拓?fù)湟越档蛦蝹€(gè)器件的應(yīng)力與損耗，現(xiàn)有的 DC-AC 逆變環(huán)節(jié)采用三電平拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的功率器件驅(qū)動(dòng)路數(shù)可達(dá)到 12 路到 18 路。不過(guò)，三電平拓?fù)涫瓜到y(tǒng)更為復(fù)雜，得益于 SiC 碳化硅器件低開(kāi)關(guān)損耗和高耐壓的優(yōu)勢(shì)，有些光伏逆變器產(chǎn)品選擇回歸兩電平拓?fù)?，以?jiǎn)化電路、減小系統(tǒng)體積。

此外，還有一個(gè)關(guān)鍵因素不容忽視，即光伏逆變器系統(tǒng)的母線電壓在持續(xù)攀升。原因主要有兩點(diǎn)：其一是光伏板能力不斷增強(qiáng)，輸出能力和轉(zhuǎn)化率持續(xù)提升，電壓更高、功率更大的光伏板不斷涌現(xiàn)；其二是根據(jù)功率公式（功率 = 電壓 × 電流），假設(shè)功率不變，電壓升高意味著電流減小，從而降低了整個(gè)導(dǎo)線上的損耗，也可降低導(dǎo)線成本，這與中國(guó)高壓電網(wǎng)系統(tǒng)降低損耗的做法相契合。

徐文哲指出：“隨著光伏逆變器母線電壓提升，光伏逆變器客戶將面臨新的設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)。比如，絕緣需求增大，系統(tǒng)整體的爬電距離就需要提升，而常規(guī)爬電距離的芯片往往難以滿足安全標(biāo)準(zhǔn)；同時(shí)，安規(guī)方面也會(huì)提出更高的要求，需要性能更強(qiáng)的隔離器件；此外，電壓提升還會(huì)導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi) EMI 問(wèn)題更加突出，這一指標(biāo)很難量化，納芯微在積極配合客戶在實(shí)際案例中做測(cè)試。”

解讀納芯微完整光伏產(chǎn)品矩陣

光伏逆變器的市場(chǎng)容量和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了，其對(duì)半導(dǎo)體器件有著積極巨大的帶動(dòng)作用，系統(tǒng)內(nèi)功率、控制、感知、通信、電源及保護(hù)等功能單元均是以半導(dǎo)體器件為基石。

徐文哲表示：“納芯微的產(chǎn)品矩陣已經(jīng)覆蓋光伏逆變器系統(tǒng)幾乎所有功能模塊。納芯微不僅為光伏逆變器提供性能領(lǐng)先的半導(dǎo)體器件，也提供完整的系統(tǒng)級(jí)解決方案與系統(tǒng)級(jí) demo，可以從系統(tǒng)角度更好幫助客戶進(jìn)行方案設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)，幫助他們提升開(kāi)發(fā)效率，提高系統(tǒng)級(jí)競(jìng)爭(zhēng)力?！?/p>

納芯微組串式光伏逆變器產(chǎn)品布局，圖源：納芯微

系統(tǒng)控制

在系統(tǒng)控制環(huán)節(jié)，納芯微 NSSine?系列實(shí)時(shí)控制 MCU 是極具市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力的產(chǎn)品，已有三款工規(guī)版本產(chǎn)品 NS800RT5039、NS800RT5049 和 NS800RT3025 進(jìn)入量產(chǎn)階段，可精準(zhǔn)實(shí)現(xiàn)光伏逆變器 MPPT 控制、儲(chǔ)能系統(tǒng)雙向 DC/AC 轉(zhuǎn)換以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的精準(zhǔn)監(jiān)測(cè)，提升能源轉(zhuǎn)換效率與系統(tǒng)穩(wěn)定性。其 Cortex M7 內(nèi)核，配合自研的 eMath 浮點(diǎn)數(shù)學(xué)運(yùn)算加速核能夠高效運(yùn)行 MPPT 算法；100 皮秒的 PWM 控制，能夠充分發(fā)揮寬禁帶半導(dǎo)體器件的性能優(yōu)勢(shì)。

納芯微 NSSine?系列實(shí)時(shí)控制 MCU 采用全國(guó)產(chǎn)供應(yīng)鏈，充分保障系統(tǒng)供應(yīng)鏈安全。和目前市場(chǎng)主流實(shí)時(shí) MCU 相比，不僅在性價(jià)比上具有優(yōu)勢(shì)，還針對(duì)應(yīng)用做了專(zhuān)門(mén)的性能與外設(shè)適配，適用于光伏逆變器等實(shí)時(shí)控制場(chǎng)景，幫助光伏客戶應(yīng)對(duì)嚴(yán)苛的成本挑戰(zhàn)，并實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)品力提升。目前，該產(chǎn)品已導(dǎo)入多個(gè)主要光伏逆變器客戶。

功率與驅(qū)動(dòng)

功率與驅(qū)動(dòng)是光伏逆變器能量轉(zhuǎn)換功能的核心，主要需要功率器件與對(duì)應(yīng)的柵極驅(qū)動(dòng)器。

在功率器件方面，納芯微已布局 1200V SiC 二極管與 MOSFET 產(chǎn)品 ——NPD0x0N120A 為 1200V SiC 肖特基二極管，提供 10A、20A、30A、40A 多種電流規(guī)格，在單 / 三相 PFC、隔離 / 非隔離 DC-DC 中具備高效率表現(xiàn)；NPC0x0N120A 為 1200V SiC MOSFET，具備優(yōu)異的 R (DSon) 溫度穩(wěn)定性、高速開(kāi)關(guān)能力及可靠性，覆蓋 80mΩ、60mΩ、40mΩ、22mΩ 等規(guī)格，滿足高壓、高性能、高可靠性應(yīng)用需求。

在柵極驅(qū)動(dòng)器方面，納芯微單通道隔離驅(qū)動(dòng) NSI6601/NSI6601M，光耦兼容的隔離單管驅(qū)動(dòng) NSI6801/NSI6801M 是隔離式單通道柵極驅(qū)動(dòng)器。其中，納芯微 NSI6801 提供多種驅(qū)動(dòng)能力輸出的版本，最大支持到 5A 驅(qū)動(dòng)輸出，簡(jiǎn)化外圍電路設(shè)計(jì)；采用雙電容增強(qiáng)隔離技術(shù)，可以 PIN to PIN 兼容光耦隔離驅(qū)動(dòng)，并提供更強(qiáng)的隔離性能；依托納芯微獨(dú)特的 AdaptiveOOK? 編碼技術(shù)，可將 CMTI 提升至 200kV/μs。NSI6801 是目前納芯微在光儲(chǔ)市場(chǎng)應(yīng)用最廣泛、出貨量最大的驅(qū)動(dòng)產(chǎn)品，累計(jì)出貨已超 3 億顆。

此外，納芯微的隔離驅(qū)動(dòng)系列產(chǎn)品還有帶米勒鉗位功能的 NSI6801M 和帶 DESAT 保護(hù)功能的 NSI68515，能更好適配第三代半導(dǎo)體 SiC 的應(yīng)用，提升大功率光伏逆變器產(chǎn)品的可靠性。

采樣電路

采樣確保了系統(tǒng)正確、安全運(yùn)行，主要涉及各類(lèi)電流、電壓采樣與信號(hào)調(diào)理電路，納芯微提供的方案包括但不限于：

• 霍爾電流傳感器如 NSM201X 系列，基于霍爾效應(yīng)，支持最高達(dá) ±200A 的隔離電流測(cè)量，并提供多種封裝與帶寬配置，可廣泛應(yīng)用于光伏系統(tǒng)的不同環(huán)節(jié)，包括組串式逆變器 DC 側(cè) MPPT 控制及逆變電流檢測(cè)等多種場(chǎng)景。
• 隔離放大器如 NSI1400，采用電容隔離技術(shù)，實(shí)現(xiàn)輸入輸出完全隔離，適用于高壓環(huán)境下的分流電阻式電流采樣。
• 電壓采樣如 NSI1312x 系列，提供高達(dá) 5000Vrms 的隔離能力，具備低溫漂、高精度等優(yōu)異特性。其代表產(chǎn)品 NSI1312S 還提供單端輸出，能夠直接連接 MCU 的 ADC 接口，無(wú)需外置運(yùn)放，兼顧系統(tǒng)性能與成本優(yōu)化。
• 信號(hào)調(diào)理如 NSOPA 系列通用運(yùn)算放大器，廣泛應(yīng)用于電壓、電流與溫度等信號(hào)的放大與濾波，提升系統(tǒng)整體精度與抗干擾能力。
• 溫度檢測(cè)如 NST235 系列，具備 ±2.5℃以內(nèi)的高精度，其 AB 類(lèi)輸出驅(qū)動(dòng)器可直驅(qū)高達(dá) 1000pF 電容負(fù)載，方便與 ADC 接口對(duì)接，是熱敏電阻的理想替代方案。

通信與接口

通信與接口電路實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備信息交互，納芯微提供兩類(lèi)解決方案：非隔離通信芯片搭配數(shù)字隔離器，以及集成隔離的通信接口產(chǎn)品。

在非隔離通信器件方面，納芯微提供 CAN 收發(fā)器 NCA1042B、NCA1043（B）和 RS485 收發(fā)器 NCA3176，可搭配數(shù)字隔離器使用，適應(yīng)多種設(shè)計(jì)需求。在集成隔離器件方面，納芯微提供隔離 CAN 收發(fā)器 NSI1042、NSI1050，以及隔離 RS485 收發(fā)器 NSI83085、NSI83086、NSIP83086；納芯微最新推出的集成隔離電源的 CAN/RS485 收發(fā)器 NSIP9042/NSIP93086，通過(guò)將數(shù)字隔離器、隔離電源、通信接口三合一，顯著降低 PCB 面積。

另外，作為配套隔離器件，納芯微推出的 NSI824x 系列四通道數(shù)字隔離器已通過(guò) UL1577 安全認(rèn)證，具備多種絕緣耐壓等級(jí)（3kVrms、3.75kVrms、5kVrms 與 8kVrms）。

電源管理

電源管理通過(guò)反激、Buck、LDO 等電路，將高電壓轉(zhuǎn)化為控制與采樣等系統(tǒng)可以接受的電壓，確保整個(gè)系統(tǒng)的正常運(yùn)行。納芯微提供多款高性能電源方案，覆蓋從主控供電到接口待機(jī)等各類(lèi)需求。其中，NSR284x 系列電流模式 PWM 控制器適用于反激拓?fù)洌邆涑錾姆€(wěn)定性與效率。NSR10A01 系列異步降壓轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍達(dá) 9V–100V，特別適用于 48V 電池系統(tǒng)，在光伏儲(chǔ)能應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。

保護(hù)與其他

絕緣檢測(cè)是光伏系統(tǒng)中的一個(gè)重要保護(hù)功能，通過(guò)檢測(cè)光伏逆變器系統(tǒng)的對(duì)地絕緣電阻，確保系統(tǒng)處于安全運(yùn)行狀態(tài)。納芯微全新推出的 NSI7258 固態(tài)繼電器芯片，采用 SiC MOS，耐壓和雪崩電流大，且漏電流小，可幫助光伏逆變器更好實(shí)現(xiàn)絕緣檢測(cè)功能。納芯微也提供電壓基準(zhǔn)芯片與電壓監(jiān)控芯片，保障系統(tǒng)正常、精確運(yùn)行。

“隨著光伏逆變器市場(chǎng)趨于成熟，單純的器件價(jià)格降低帶來(lái)的競(jìng)爭(zhēng)力收益逐漸接近邊際，納芯微基于系統(tǒng)級(jí)別的洞察，推出多款系統(tǒng)級(jí)高價(jià)值產(chǎn)品，從多方面幫助客戶提升競(jìng)爭(zhēng)力?！毙煳恼苎a(bǔ)充道。