電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/吳子鵬）清潔、可再生、資源分布廣泛，這些特征優(yōu)勢讓光伏在全球新能源領(lǐng)域的重要性日益凸顯。它不僅是實現(xiàn)碳中和目標的關(guān)鍵路徑之一，隨著成本持續(xù)下降和技術(shù)進步，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)計數(shù)據(jù)，2024 年全球新增光伏裝機容量超過 550GW，同比增長近 30%；其中，中國新增光伏裝機容量為 277GW，占全球新增光伏裝機總量的 65%。

在光伏系統(tǒng)中，半導(dǎo)體技術(shù)的價值在于確保系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地將太陽能轉(zhuǎn)換為電能，并實現(xiàn)能量的存儲與分配，貫穿發(fā)電、轉(zhuǎn)換、儲能、監(jiān)控、通信等每一個環(huán)節(jié)。作為一家高性能高可靠性模擬及混合信號芯片公司，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，且在客戶實際產(chǎn)品中得到了系統(tǒng)級應(yīng)用的檢驗。納芯微技術(shù)專家徐文哲表示：“提供全棧式解決方案是納芯微布局光伏市場的第一階段，在此基礎(chǔ)上，公司攜手客戶開展系統(tǒng)級與器件級的深度聯(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>

光伏市場洞察與系統(tǒng)構(gòu)成

目前，光伏是全球新能源發(fā)電市場的主流，其增長趨勢持續(xù)推動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（SolarPower Europe）在《全球光伏市場展望 2025-2029》報告中指出，從全球電力結(jié)構(gòu)來看，光伏在過去三年中幾乎實現(xiàn)市場份額翻番，達到全球電力裝機總量的 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成深度合作。鑒于客戶對系統(tǒng)級降本的強烈需求，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)競爭力。此外，在深耕國內(nèi)市場的基礎(chǔ)上，納芯微也積極與光伏客戶共同開拓海外市場。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，可提供不同組合的解決方案來適配客戶的各種需求?！?/p>

從能量環(huán)節(jié)來看，光伏發(fā)電主要由光伏板、功率與電子系統(tǒng)和電網(wǎng) / 負載三個部分構(gòu)成。作為系統(tǒng)中樞，功率與電子系統(tǒng)負責(zé)將光伏板產(chǎn)生的直流電轉(zhuǎn)換為可用形式，并實現(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）兩個核心環(huán)節(jié)組成。MPPT 是光伏逆變器特有的重要功能，通過將光伏板的工作狀態(tài)控制在最大功率點處，能夠在同等的光照條件下獲得更多的電能。

另外，光儲一體機是當(dāng)下熱門產(chǎn)品。不過，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，增加了一個用于與電池傳遞能量的雙向DC-DC模塊，以及與電池包進行通信的接口。

光伏逆變器市場格局和發(fā)展趨勢

光伏系統(tǒng)主要有以下三種類型的逆變器：

• 微型逆變器（Micro Inverter）：每個光伏組件配備一個獨立的微型逆變器，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）：多個光伏組件串聯(lián)成組串，接入一臺逆變器，一個逆變環(huán)節(jié)可能對應(yīng)多個光伏串的 MPPT。
• 集中式逆變器（Central Inverter）：多組光伏組串并聯(lián)后接入一臺逆變器，要么僅有一個 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，光伏板的控制精細化程度逐漸降低，適用于不同場景：戶用領(lǐng)域通常選用微型和組串式逆變器；商業(yè)類、工商儲場景多采用組串式逆變器；大型發(fā)電站則根據(jù)實際情況，選擇組串式或集中式逆變器。從功率的角度來看，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；工商類發(fā)電場景多使用 8 千瓦至 150 千瓦的組串式逆變器；大型光伏電站會使用高達 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兆瓦級。

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，并易于擴容，組串式逆變器已經(jīng)成為市場占比最高的逆變器。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 65%，在中國更是高達 80%。

從不同應(yīng)用場景的實際案例來看，戶用、工商類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，但每個逆變器中的 MPPT DC-DC 上的串?dāng)?shù)變化不大。隨著逆變器功率的提升，每個 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 30-50 千瓦。另外，戶用場景使用 2 個 MPPT，工商和大型場景中 MPPT 數(shù)量最多可達 16 個，MPPT 數(shù)量越多，對半導(dǎo)體產(chǎn)品的需求也就越大。

如果從 MPPT DC-DC 以及逆變 DC-AC 的核心拓撲角度分析，不同拓撲會導(dǎo)致功率器件數(shù)量差異，進而影響功率器件和驅(qū)動數(shù)量的選擇。兩電平和三電平拓撲的博弈就非常典型，許多產(chǎn)品采用三電平拓撲以降低單個器件的應(yīng)力與損耗，現(xiàn)有的 DC-AC 逆變環(huán)節(jié)采用三電平拓撲結(jié)構(gòu)的功率器件驅(qū)動路數(shù)可達到 12 路到 18 路。不過，三電平拓撲使系統(tǒng)更為復(fù)雜，得益于 SiC 碳化硅器件低開關(guān)損耗和高耐壓的優(yōu)勢，有些光伏逆變器產(chǎn)品選擇回歸兩電平拓撲，以簡化電路、減小系統(tǒng)體積。

此外，還有一個關(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：其一是光伏板能力不斷增強，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，從而降低了整個導(dǎo)線上的損耗，也可降低導(dǎo)線成本，這與中國高壓電網(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準；同時，安規(guī)方面也會提出更高的要求，需要性能更強的隔離器件；此外，電壓提升還會導(dǎo)致系統(tǒng)內(nèi) EMI 問題更加突出，這一指標很難量化，納芯微在積極配合客戶在實際案例中做測試?！?/p>

解讀納芯微完整光伏產(chǎn)品矩陣

光伏逆變器的市場容量和系統(tǒng)結(jié)構(gòu)決定了，其對半導(dǎo)體器件有著積極巨大的帶動作用，系統(tǒng)內(nèi)功率、控制、感知、通信、電源及保護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)級解決方案與系統(tǒng)級 demo，可以從系統(tǒng)角度更好幫助客戶進行方案設(shè)計與開發(fā)，幫助他們提升開發(fā)效率，提高系統(tǒng)級競爭力?！?/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?系列實時控制 MCU 是極具市場競爭力的產(chǎn)品，已有三款工規(guī)版本產(chǎn)品 NS800RT5039、NS800RT5049 和 NS800RT3025 進入量產(chǎn)階段，可精準實現(xiàn)光伏逆變器 MPPT 控制、儲能系統(tǒng)雙向 DC/AC 轉(zhuǎn)換以及電池管理系統(tǒng)（BMS）的精準監(jiān)測，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 浮點數(shù)學(xué)運算加速核能夠高效運行 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。

納芯微 NSSine?系列實時控制 MCU 采用全國產(chǎn)供應(yīng)鏈，充分保障系統(tǒng)供應(yīng)鏈安全。和目前市場主流實時 MCU 相比，不僅在性價比上具有優(yōu)勢，還針對應(yīng)用做了專門的性能與外設(shè)適配，適用于光伏逆變器等實時控制場景，幫助光伏客戶應(yīng)對嚴苛的成本挑戰(zhàn)，并實現(xiàn)系統(tǒng)產(chǎn)品力提升。目前，該產(chǎn)品已導(dǎo)入多個主要光伏逆變器客戶。

功率與驅(qū)動

功率與驅(qū)動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應(yīng)的柵極驅(qū)動器。

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

此外，納芯微的隔離驅(qū)動系列產(chǎn)品還有帶米勒鉗位功能的 NSI6801M 和帶 DESAT 保護功能的 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、安全運行，主要涉及各類電流、電壓采樣與信號調(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 ±200A 的隔離電流測量，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等多種場景。
• 隔離放大器如 NSI1400，采用電容隔離技術(shù)，實現(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 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，無需外置運放，兼顧系統(tǒng)性能與成本優(yōu)化。
• 信號調(diào)理如 NSOPA 系列通用運算放大器，廣泛應(yīng)用于電壓、電流與溫度等信號的放大與濾波，提升系統(tǒng)整體精度與抗干擾能力。
• 溫度檢測如 NST235 系列，具備 ±2.5℃以內(nèi)的高精度，其 AB 類輸出驅(qū)動器可直驅(qū)高達 1000pF 電容負載，方便與 ADC 接口對接，是熱敏電阻的理想替代方案。

通信與接口

通信與接口電路實現(xiàn)系統(tǒng)與外部設(shè)備信息交互，納芯微提供兩類解決方案：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 UL1577 安全認證，具備多種絕緣耐壓等級（3kVrms、3.75kVrms、5kVrms 與 8kVrms）。

電源管理

電源管理通過反激、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，確保整個系統(tǒng)的正常運行。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等各類需求。其中，NSR284x 系列電流模式 PWM 控制器適用于反激拓撲，具備出色的穩(wěn)定性與效率。NSR10A01 系列異步降壓轉(zhuǎn)換器輸入電壓范圍達 9V–100V，特別適用于 48V 電池系統(tǒng)，在光伏儲能應(yīng)用中表現(xiàn)優(yōu)異。

保護與其他

絕緣檢測是光伏系統(tǒng)中的一個重要保護功能，通過檢測光伏逆變器系統(tǒng)的對地絕緣電阻，確保系統(tǒng)處于安全運行狀態(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現(xiàn)絕緣檢測功能。納芯微也提供電壓基準芯片與電壓監(jiān)控芯片，保障系統(tǒng)正常、精確運行。

“隨著光伏逆變器市場趨于成熟，單純的器件價格降低帶來的競爭力收益逐漸接近邊際，納芯微基于系統(tǒng)級別的洞察，推出多款系統(tǒng)級高價值產(chǎn)品，從多方面幫助客戶提升競爭力?！毙煳恼苎a充道。