傳統(tǒng)方案光伏組串在太陽光照下會持續(xù)帶電，難以關斷。在發(fā)生火災時，消防員有觸電風險，無法有效滅火甚至造成生命危險。采用快速關斷技術，提高光伏系統(tǒng)的安全防空水平勢在必行，世界各國相繼頒布了相關法規(guī)，快速關斷功能必須加裝在相應的分布式光伏發(fā)現(xiàn)系統(tǒng)當中。

快速關斷器 RSD (Rapid Shutdown Device) 以及光伏優(yōu)化器（MPPT）都擁有快速關斷的功能。其通過自動或者手動等方式，將電壓降低到一個相對安全的水平。

在快速關斷器以及優(yōu)化器中，都需要一個旁路二極管進行電流旁路，如下圖所示，PV電池板實際上通過快速關斷器/優(yōu)化器的輸出端串聯(lián)，并最終流經逆變器。當任何一個太陽能電池板發(fā)生故障時，則該板串的的電壓會崩潰。旁路二極管為受損的太陽能電池板串提供一條并聯(lián)的電流路徑。

傳統(tǒng)的旁路二極管使用的是肖特基二極管，這種方法成本低，方便易用。但是其缺點也很明顯：肖特基二極管雖然正向壓降相對于普通P-N借二極管壓降較低，但是在大電流下其壓降也會明顯升高，高功率場合難以適用。其產生的熱量巨大對整個系統(tǒng)的散熱設計極具挑戰(zhàn)性。同時系統(tǒng)上還存在高級制程芯片（MCU,PLC等），這些芯片往往采用40nm以下工藝，只能忍受85℃最高溫度，其壽命在高溫下急劇降低。肖特基二極管在高溫下耐壓時漏電及其嚴重，其自身可靠性也會急劇降低。

為克服這種系統(tǒng)難題，一種利用能量回收技術的自主控制理想二極管應用而生。

芯朋AP1790系列的理想二極管控制器通過控制外部MOSFET來模仿肖特基二極管。匹配合適的N型功率MOSFET，其正向壓降遠低于肖特基二極管。能量回收電路在MOSFET體二極管導通時運行，并且當電池板串恢復正常時，其能正常耐壓。并且在高溫高壓下，控制器以及MOSFET幾乎“零漏電”。

下圖為理想二極管控制器組成部分：

工作示意圖如下：

從t0到t1

當系統(tǒng)電流流過芯片時，芯片內部的MOSFET體二極管開始工作，并在芯片兩端產生正向壓降VF，能量回收電路（電荷泵）從這個VF中開始開始收集能量，并把能量存儲于外部電容之中。

從t0到t1

電荷泵充電完成，提升的電壓水平足以驅動MOSFET，驅動開始工作，MOSFET開啟，電荷泵關斷充電。

t1到t2

此時MOSFET正常工作，系統(tǒng)電流回路此時為一個低阻抗回路，不流經MOSFET體二極管。芯片兩端壓降取決于MOSFET內阻以及電流。

t2

由于MOSFET持續(xù)工作，驅動電壓逐漸下降至閾值。此時芯片切斷MOSFET驅動，電流全部流向體二極管，芯片兩端產生正向壓降VF， 電荷泵開始工作。這個過程開始循壞。

泰克科技如何協(xié)助AP1790

提高光伏快速關斷器/優(yōu)化器壽命

測試框圖

在測試中我們并未選用傳統(tǒng)的電源產品來作為電流輸出，這是因為傳統(tǒng)的電源的CC（恒流）模式是屬于被動模式，比如我要產生一個20A的恒流輸出，就需要設置限制電流為20A，輸出電壓就不能隨便設置了，需要根據(jù)被測物的負載來進行計算，比如DUT的阻值為1Ω，那就意味邊界電壓為20A*1Ω=20V，如果想要電源處于恒壓模式，則只需設置電壓大于20V，如果想要電源處于恒流模式，那么就需要設置電壓小于20V，但是在理想二極管的測試中，由于二極管的工作狀態(tài)的切換會導致內阻的極大變化，這就會導致電源內部響應判斷不及時，從而會出現(xiàn)內阻切換時的輸出電流不穩(wěn)定，如下圖所示：

這就會造成工程師對抖動產生誤判，而泰克的2651A作為大電流源表就完全沒有這個擔心，因為他電流源模式為主動電流源模式、不受外部負載影響，所以在負載變化時電流可以保持恒定不變。如下圖所示：

接下來我們看看AP1790利用2651A和MSO54B進行的性能展示。

低溫升

溫升測試中，我們利用2651A提供穩(wěn)定的20A直流對被測器件進行加熱，我們可以看到AP1790搭配外置MOSFET，其最高溫度僅為72.8℃。而被動方案（兩顆15150肖特基二極管并聯(lián)），其溫升超過150℃。

AP1790搭配MOSFET 最高溫度：72.8℃

2x SBD并聯(lián)最高溫度153℃

溫升較好來自于AP1790的充電電流大，其typical充電電流為70uA@0.55V，較高的充電電流帶來了高的占空比，MOSFET的工作時間長，體二極管工作的時間短。如下圖，其占空比高于國外競品。

Cushion Start （熱短路保護）

在控制器啟動時，其需要長時間充電，直至存儲電荷的外部電容電壓達到開啟閾值。當電流過大時，其熱量積累時間長，MOSFET的可靠性有可能降低。（例如開機時電流30A，體二極管壓降為1.2V，其功率高達36W?。?/p>

AP1790在啟動時，先沖到5V，再進行閾值變化，分級啟動，最后到達7.3V，大幅度降低開機熱量。從而防止芯片過熱，其開機熱量積累僅為競品的40%。

AP1790開機熱量積累時間大幅度優(yōu)于國外競品

高驅動電壓

100V的高壓MOSFET，其開啟閾值較高。當驅動電壓較低時，其內阻RdsON變化較大，MOSFET工作不穩(wěn)定，有可靠性風險，同時想要觀察Rdson的變化就需要通過觀察導通電壓的變化，而由于MOSFET 的關斷電壓和導通電壓存在量級上的差異所以這個時候就需要示波器和探頭具有更高的動態(tài)范圍和更高的垂直分辨率。所以在此我們使用了泰克12位示波器MSO54B來進行檢測。

AP1790驅動電壓為7.3V~6.3V，滿足高壓MOSFET的驅動電壓要求。而市場競爭對手的驅動電壓較低 （6V~5V），MOSFET的RdsON變化較大 （如下圖，黃色為陽極到陰極的壓降，在MOSFET工作時，壓差變化大）

高耐壓

功率器件的EAS能力，遠超控制部分以及驅動部分，當電壓過沖來臨時，為可靠性考慮，我們總是希望功率器件來進行電壓鉗位，防止擊穿。這就要求控制器以及驅動的耐壓一定要高于功率器件。

AP1790最高支持到150V耐壓，可輕松搭配100V~120V耐壓的MOSFET。市場上的競品最高僅支持到100V。泰克科技的源表家族可以輕松應對器件的Bv 和漏電測試，電壓從40V到3000V、電流從pA到A，均可以滿足。

快速防反

AP1790支持快速防反，當陽極-陰極的電壓差超過-20mV時，控制器在2uS內迅速關斷拉低MOSFET的柵極，防止長時間的系統(tǒng)直通帶來的可靠性風險。

工作穩(wěn)定性高

通過全新平臺四系和五系示波器內置的測量結果統(tǒng)計功能，我們可以對AP1790在一段工作時間內的脈沖寬度和周期進行統(tǒng)計分析，通過利用單次和累計抓取兩種方式獲得更加豐富的數(shù)據(jù)來繪制直方圖，從而更加高效地完成對器件的穩(wěn)定性評估工作以此來提高工程師的工作效率。

我們可以看到AP1790其在持續(xù)工作中（電流保持恒定），其占空比以及周期基本維持不變，工作穩(wěn)定。

第一個plot為占空比變化，第二個plot為周期變化，第三個plot為工作波形

通過上述測試可以看到芯朋理想二極管控制器AP1790用于光伏優(yōu)化器/快速關斷器內，變現(xiàn)非常亮眼。

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