全球能源行業正處在一場持續而深刻的變革之中——即從化石燃料能源，向可再生能源的轉變。這個過程盡管曲折，但是對于大趨勢大家早已有了共識，加之近年來智能電網、儲能系統等關鍵技術的發展，進一步掃清了可再生能源部署和應用的障礙，其未來的發展勢頭將更為迅猛。

根據國際能源署（IEA）新近發布的《2024年可再生能源》報告，2024年至2030年期間，全球將增加超過5,500GW的可再生能源裝機容量，幾乎是2017年至2023年增幅的三倍，屆時可再生能源將滿足全球近一半的電力需求。

從技術角度來看，在各個可再生能源類別中，太陽能的發展非常搶眼——從圖1可以看到，其增長曲線更為“陡峭”——預計從現在到2030年，太陽能光伏發電將占全球可再生能源發電量增長的80%。

圖1：全球可再生能源發展趨勢

（資料來源：IEA）

之所以太陽能光伏發電如此受追捧，是因為其具有三個顯著的優勢：

1

易獲取：能量來自于持續不斷供能的太陽，相較于其他可再生能源，受環境因素影響更小，獲取也更為便利。

2

零排放：電能由太陽能光伏面板轉化而來，更為清潔，有利于“雙碳”目標的實現。

3

低成本：光伏發電系統建設和部署的綜合成本較低，適用于大、中、小、微各類裝機容量，而且建成后的發電和維護成本也較低。

正因為上述這些優勢，太陽能光伏基礎設施的建設和部署熱度不減，除了傳統的大型太陽能發電廠，近年來面向家庭（如屋頂太陽能發電）和公用設施（如太陽能路燈）的分布式光伏設施也是遍地開花，由此也帶旺了整個太陽能光伏行業上下游的產業。

光伏逆變器市場趨勢

眾所周知，在整個光伏系統中，處于核心地位的就是太陽能光伏逆變器，其作用是將光伏太陽能板產生的可變直流電壓，轉換為市電頻率交流電，并入電網或者直接離網供電。

光伏逆變器通常分為集中式、組串式、微型幾種類型。其中集中式光伏逆變器支持高功率場景，通常應用在大型光伏電站中，市場定位比較“高冷”。而與之相較，微型和組串式逆變器多用于中、小容量的供電，定位更為“親民”，也是近年來光伏逆變器市場上的熱點。

其中，微型光伏逆變器主要用于住宅發電，同時也廣泛應用于路燈和交通燈等城市基礎設施的供電，未來的市場潛力巨大。而組串式逆變器具有靈活且易于安裝的特點，可根據應用的要求“組合”出不同功率等級的解決方案，很好地契合了光伏逆變器市場“單套設備功率等級/功率密度不斷提高，單價和體積卻越來越小”的需求，因此漸成光伏逆變器市場的主流，近年來組串式逆變器的新增裝機容量已經超過了集中式逆變器。

由此，敏銳的廠商在未來一定會將微型和組串式逆變器作為市場發力點。

圖2：組串式（下）和集中式（上）逆變器比較

（圖源：安森美）

光伏逆變器的開發挑戰

想要做好太陽能光伏逆變器的開發，首先需要了解其功能和架構。以組串逆變器系統為例，其主要架構包括三個部分：

太陽能電池板陣列

完成光伏能量轉換，輸出直流電壓。

DC/DC升壓轉換器

將光伏電池板的輸出電壓提升至直流鏈路工作電平；同時實現MPPT（極大功率點跟蹤）功能，在不同的環境和光照條件下實現更優的光伏發電量。

DC/AC逆變器

將直流鏈路中的直流高壓，轉換為市電交流電壓，驅動本地負載或并入公共電網。

圖3：光伏逆變器功率轉換架構

（圖源：安森美）

不過，如果你以為上述幾個部分就是光伏逆變器的全部，那就想得太簡單了。實際上，圖3僅展示了作為光伏逆變器系統核心的大功率轉換部分，一個完整的光伏逆變器想要實現精確、高效且安全、可靠的功率轉化，還要有傳感監測、控制、柵極驅動、電源管理，以及通信接口等功能電路的支持（如圖4），是一個比較復雜的系統，設計時需要考量的因素也很多。

圖4：光伏逆變器系統架構

（圖源：安森美）

了解了太陽能光伏逆變器系統架構，在確定設計藍圖之前，還要進一步把握其發展的技術趨勢，這樣才會讓自己的設計不“落伍”且具有足夠的競爭力。

具體來講，當今光伏逆變器的技術趨勢有三點：

1

第三代寬禁帶半導體器件（如SiC）的引入。與傳統的硅基MOSFET / IGBT相比，SiC器件可以提供更大的功率密度、更高的效率、更小的尺寸、更出色的熱性能，在高電壓應用中可簡化拓撲結構，提升系統性能，是未來發展的大方向。因此，掌握SiC器件的應用開發，是光伏逆變器開發者的必修課。

2

更高的直流母線電壓成為趨勢。隨著大功率需求的不斷增長，采用1500V替代傳統1100V母線電壓的光伏逆變器，可以有效減小電流、降低給定功率下的互連成本，支持更高功率的應用。當然，這也勢必引發相關元器件和組件的升級。

3

隨著應用場景的多元化，光伏逆變器的拓撲也走向多樣化。這就要求開發者有能力在需求、性能、成本等諸多因素之間進行權衡，根據實際要求選擇更合適的解決方案。

綜上所述，設想你是一個光伏逆變器的設計工程師，擺在你面前的有多重挑戰：既要應對系統設計的復雜性，又要面對應用場景的多樣化，還要關注技術發展趨勢，此外也要根據實際目標應用，在可行性和經濟性等方面進行權衡……這樣的工作并不輕松。

光伏逆變器一站式解決方案

如何讓不輕松的事情變輕松？這是一個痛點，也是一個彰顯實力的機會。這樣的機會，安森美 (onsemi) 把握住了！

為了減輕開發者的工作負荷，縮短產品的研發周期，安森美和Würth Elektronik聯手，面向微型和組串式太陽能逆變器研發，推出了一站式的解決方案。

圖5：安森美和Würth Elektronik合作推出的光伏逆變器解決方案

（圖源：安森美）

仔細觀察，我們會發現：所謂“一站式”解決方案，并未虛名，而是有“真材實料”。

首先，從圖5可以看出，這個解決方案涵蓋了光伏逆變器系統的各個部分，非常全面這主要得益于安森美豐富的產品線，不僅可以提供功率集成模塊 （PIM)、SiC分立器件、IGBT等核心功率器件，還包括配套的柵極驅動器、傳感、控制、外設電源，以及通信與接口等產品，可謂是360°無死角覆蓋。

其次，在方案中整合無源元件是一大亮點，也是一個顯著的差異化優勢。以往半導體公司提供的解決方案，通常僅專注于有源器件，而在實際設計過程中，配套無源元件的選型、系統匹配，會占用開發者大量的時間和精力，有時候還會成為“致命”的瓶頸。而知名大功率無源和機電元件制造商Würth Elektronik的參與，令這項工作大為簡化，而且其在電磁兼容性方面的專業知識，還可確保客戶在從家用到工業應用的各種功率等級的產品上，都獲得可靠的性能。

再有，這個太陽能光伏逆變器方案還具有極強的可擴展性，以滿足不同應用場景、不同功率等級、不同拓撲結構的設計要求。不論是采用分立器件還是PIM模塊化設計，不論是采用高性價比的硅基器件還是先進的SiC方案，不論是聚焦于大功率轉化功能還是尋求完整的系統級方案，你都可以從這一方案的中，找到對應解決之道。

表1：安森美和Würth Elektronik光伏逆變器解決方案BOM中的關鍵元器件

（圖源：安森美）

光伏逆變器BOM中的亮點

值得一提的是，安森美和Würth Elektronik光伏逆變器解決方案不僅從整體來看具有顯著的差異化優勢，而且如果深入探究方案的BOM（見表1），也會發現其中每一顆“料”都極具特點，可圈可點。

比如用于DC-DC轉換的預充電（Precharger）功能的NDSH50120C SiC二極管，得益于SiC材料出色的性能及安森美獨特的工藝，該SiC二極管無反向恢復電流、開關特性不受溫度影響，且具有出色的熱性能，在提供出色的開關性能同時，還具有比硅器件更佳的可靠性，對于提高系統效率、提升工作頻率、提高功率密度、降低EMI、減小系統尺寸并降低成本而言大有幫助。

而且，NDSH50120C與硅基解決方案有很好的“兼容性”，這意味著無需對電路設計進行大的改動，即可將SiC器件的性能優勢引入到系統方案中，令系統性能得到很好的改善。

圖6：NDSH50120C SiC二極管

（圖源：安森美）

在安森美和Würth Elektronik光伏逆變器解決方案中，另一顆值得關注的器件是NCD57100柵極驅動器。

大家知道，在功率電子系統中，柵極驅動器的角色十分關鍵，它是低壓控制器和高功電路之間的緩沖電路，其作用是將控制器的低壓信號轉化為更高電壓的驅動信號，并提供驅動電流，從而實現功率器件高效而可靠地導通和關斷。

NCD57100柵極驅動器是大電流單通道IGBT驅動器，具有內部電隔離功能，包括互補輸入、開漏故障和READY輸出。NCx5710y型號可在輸入側提供5V和3.3V信號，驅動器側具有寬偏置電壓范圍，包括負電壓能力。該柵極驅動器主要的特性包括：

在米勒平坦電壓下具有大電流輸出（±7A）

精確匹配，傳播延遲時間短

DESAT，帶軟關斷

有源米勒鉗位和負柵極電壓

高瞬態、高電磁抗擾度

5kV電隔離

從上述性能可以看出，對于提高光伏逆變器的系統效率和可靠性，NCD57100柵極驅動器是一個不可或缺的存在。

圖7：NCD57100柵極驅動器

（圖源：安森美）

本文小結

太陽能光伏發電已經成為全球可再生能源的中堅力量；相應地，太陽能光伏逆變器也已發展成為能源行業中炙手可熱的熱門產品。打造出理想的太陽能光伏逆變器，也隨之成為一種剛需。

安森美不僅能夠提供豐富的半導體器件產品組合，還與Würth Elektronik合作推出了一站式的太陽能光伏逆變器解決方案，為這一領域的開發者賦能。如果你也想在可再生能源的賽道中，獲得更大的加速度，一起來了解一下吧——

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安森美和Würth Elektronik太陽能逆變器解決方案，

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