高功率高电压储能系统电源方案选型指南 ：安森美解决方案架构与性能解析

储能系统（ESS）能将来自不同发电方式（煤炭、核能、风能、太阳能等）的能量，以多种形式储存起来，例如电化学储能、机械储能等。电池储能系统（BESS，Battery Energy Storage System）在住宅和商业场景中均有广泛应用，是比较热门的一个研究领域。

在住宅场景下，电池储能系统可作为备用电源，避免突发停电问题，同时通过将电能从电价低谷时段转移至电价高峰时段使用，帮助用户节约用电成本。在商业场景下，储能系统的规模通常更大，其能高效存储和管理太阳能逆变器产生的清洁能源，从而实现低碳排放。如今，电池储能系统的另一关键作用在于，它能缓解因电动汽车（EV）充电需求日益增长而带来的电网压力。本文将全面介绍储能系统和市场情况，以及安森美（onsemi）的领先产品与解决方案。

框图 - 交流耦合电池储能系统

下图展示了安森美推荐的交流耦合电池储能系统解决方案。 该系统通过使用一个逆变器， 可实现交流电储能， 兼具灵活性和可靠性。 安森美提供其中的关键产品，包括分立式碳化硅（SiC） 器件和IGBT， 电源模块、 隔离栅极驱动器以及电源管理控制器， 适用于住宅和商业应用。

框图 - 直流耦合电池储能系统

下图展示了安森美推荐的直流耦合电池储能系统解决方案。 该系统直接从光伏组件存储电能， 最大程度降低转换损耗， 保障系统效率。 安森美提供的关键产品包括分立式碳化硅（SiC） 器件和IGBT， 电源模块、隔离型栅极驱动器以及电源管理控制器， 适用于住宅、 商业和公用事业应用。

用于电池储能系统的电源模块解决方案

图 1：三电平 I-NPC 拓扑

图 2：三电平 ANPC 拓扑

三电平I-NPC和三电平ANPC是电源转换系统（PCS） 中常见的双向拓扑结构， 可满足输出功率不断增长的需求。 与两电平拓扑相比， 三电平拓扑需要更多的元器件、 驱动信号以及更复杂的控制结构。 但其优势也十分明显：三电平结构能够有效降低功率损耗和电流纹波（由于所承受电压减半） ， 并具有更好的抗电磁干扰（EMI） 性能。

NXH800H120L7QDSG 是安森美最新推出的 QDual3 系列 1200V 800A 半桥 IGBT 电源模块， 具有更低的导通损耗和开关损耗， 从而实现高效率和卓越的可靠性。 通过并联多个 QDual3 模块， 可以构成三电平 ANPC 模块， 系统的设定输出功率可高达 1.6MW 至 1.8MW。

NXH600N105L7F5S1HG 是安森美最新推出的 F5BP 系列1050V 600A I-NPC IGBT 电源模块。 该 F5BP 模块在热性能方面表现出色， 其热阻比 F5-PIM 模块低 9%。 它结合了硅（Si） 和碳化硅（SiC） 器件， 优化了设计灵活性， 支持1500V DC系统， 是公用事业级应用的理想之选。

图 3： QDual3 封装

图 4： F5BP 封装

DESAT（去饱和） 是大功率转换中首选的重要保护措施之一。它可以通过尽快关断开关器件来防止 IGBT/MOSFET 因短路而损坏。

NCD57000 集成了去饱和检测功能， 当 VCESAT 达到设定阈值时， 内部的 STO（软关断） MOSFET 会被激活， 对栅极电容放电， 以降低因高 dV/dt 引起的过压应力和损耗。

此外， 这款单通道栅极驱动器还具有高达 4A/6A 的拉灌电流能力， 5 kVrms 的电气隔离， 以及其它保护功能， 如欠压锁定（UVLO） 、 有源米勒钳位等。