新能源是一個(gè)很大的話題，主要是解決綠色可再生能源的供給，存儲(chǔ)和使用問題。在當(dāng)前能源轉(zhuǎn)型背景下，無論是政策導(dǎo)向還是資本關(guān)注度，新能源應(yīng)用都是一個(gè)非?？春玫馁惖?。

今天我們和大家討論一下：在全球碳達(dá)峰戰(zhàn)略的制定和目標(biāo)執(zhí)行這個(gè)大背景下，瑞薩電子，是如何持續(xù)創(chuàng)新，助力中國新基建，新能源建設(shè)。

內(nèi)容提綱

1

瑞薩MCU在新能源領(lǐng)域的布局

2

新能源細(xì)分市場典型應(yīng)用分析

3

瑞薩MCU和方案的成功案例

瑞薩產(chǎn)品，服務(wù)新能源領(lǐng)域各個(gè)環(huán)節(jié)

圍繞著風(fēng)能，太陽能的發(fā)電-使用-存儲(chǔ)各個(gè)應(yīng)用環(huán)節(jié)，有不同的功能單元來做支撐：光伏逆變，儲(chǔ)能變流，電池管理，能量管理，通信，計(jì)量等，如圖中所示，都是瑞薩產(chǎn)品的用武之地。

比如【數(shù)字1】和【數(shù)字4】標(biāo)注的光伏逆變器單元，這里有不同的MCU分別做逆變控制和系統(tǒng)主控，在【數(shù)字2】標(biāo)注的儲(chǔ)能電池單元，我們有不同的MCU適合應(yīng)用于電池包管理系統(tǒng)的從控，主控，總控；還有瑞薩的AFE和FGIC多種器件的選擇。在【數(shù)字5】標(biāo)注的電量計(jì)量單元，更是有集成和非集成不同方案的電表MCU?！緮?shù)字3】代表的各種傳輸方式里，電力線載波通信PLC，瑞薩的產(chǎn)品具有很高的市場份額，在國內(nèi)電表客戶中得到廣泛采用?！緮?shù)字6】監(jiān)控平臺(tái)或者EMS能源管理系統(tǒng)。RA6 MCU可以提供嵌入式級(jí)別的監(jiān)控平臺(tái)，在需要上到服務(wù)器級(jí)別的應(yīng)用場合，瑞薩的時(shí)鐘，電源器件也能提供高性能高質(zhì)量的支持。

當(dāng)然新能源的細(xì)分應(yīng)用遠(yuǎn)遠(yuǎn)不止圖里所示這些。作為智能電網(wǎng)新節(jié)點(diǎn)，或者說能源解決方案的交/直流充電樁；以及所有電池，包括消費(fèi)電池，動(dòng)力電池，儲(chǔ)能電池，封裝下線使用前必經(jīng)的工序設(shè)備：電池分容化成等，都是瑞薩MCU在新能源應(yīng)用落地的典型應(yīng)用場景。

接下來我們挨個(gè)梳理。

逆變控制，瑞薩MCU成功案例

[A]

RX72-T, RA6T2→ 電能轉(zhuǎn)換

RXv3 core, 6 CoreMark/MHz, @ 200MHz

1MB flash @ 120MHz + 128KB RAM

Up to 144 pin

3 x 12-bit ADC with 3ch S&H, 1.1M sps

GPT @ 32-bit x 10ch, 4ch HRTIM, 195ps

[B]

RA6M1, RA6M4 → 人機(jī)交互和通信

120MHz @ CM4, 200MHz @ CM33

100~144 pin

以太網(wǎng)口，USB，2 x CAN, I2C/UART/SPI

[C]

RA2E1, RX13T → 輔助功能

光伏系統(tǒng)里，逆變控制是核心模塊，根據(jù)功率大小和拓?fù)涞牟煌?，可以一顆MCU同時(shí)控制DC/DC和DC/AC兩級(jí)電能轉(zhuǎn)換，或者兩顆MCU分別控制。

在戶用小三相或者單相微逆應(yīng)用中，常見是一個(gè)MCU或者DSP控制全部的電能轉(zhuǎn)換。再一顆MCU做系統(tǒng)主控，負(fù)責(zé)通信和人機(jī)交互。

在逆變控制socket，我們主推RX72T和RA6T2兩款。他們都是主打高性能電機(jī)控制和數(shù)字電源應(yīng)用，并且都已經(jīng)在頭部光伏廠家的微逆和戶用3ph逆變項(xiàng)目中采用。

在系統(tǒng)主控socket，主推RA6系列，它具有200MHz的高算力，豐富的通信接口和片上資源，輕松運(yùn)行RTOS，文件系統(tǒng)來把【通信和人機(jī)交互】處理的游刃有余。

接下來我們看看這兩款帶T的MCU，為什么特別適合光伏系統(tǒng)里的逆變控制模塊。

【逆變控制】主推芯片 RX72T

RX72T，是瑞薩私有內(nèi)核的32-位MCU，采用Rx第三代內(nèi)核，運(yùn)行在200MHz。RXv3內(nèi)核，比ARM CM7內(nèi)核的算力高20%，內(nèi)核集成單精度浮點(diǎn)計(jì)算單元FPU?？梢灾С?V供電，具有更好的抗干擾能力。

RX72T的片上Flash可以高達(dá)1MB，RAM有128K。RX72T的片上Flash采用了瑞薩專有高速Flash技術(shù)，運(yùn)行速度高達(dá)120MHz，相比其他MCU和DSP，代碼從flash上執(zhí)行更快，響應(yīng)更迅速，無需把關(guān)鍵代碼拷貝到RAM中運(yùn)行的額外步驟，也減少對(duì)RAM的容量需求。片上128K RAM用作協(xié)議和算法的堆?？臻g，或者通信buffer，空間更大。

做電能轉(zhuǎn)換，需要ADC采樣電流電壓，根據(jù)算法驅(qū)動(dòng)PWM輸出做閉環(huán)控制。因此做逆變控制的MCU，對(duì)ADC和PWM有較高要求。RX72T集成了3個(gè)獨(dú)立的ADC單元，分別支持8個(gè)，8個(gè)，14個(gè)模擬采樣通道。這3個(gè)獨(dú)立的ADC單元，其中有2個(gè)單元，還各自集成了3路采保電路，因此RX72T可以同時(shí)采樣6路獨(dú)立的模擬信號(hào)。

RX72T的片上Timer和PWM通道也非常豐富，支持19對(duì)互補(bǔ)PWM輸出，其中4對(duì)PWM是高精度通道，相移差距最小可達(dá)195ps。另外還有4個(gè)定時(shí)器單元，和4個(gè)比較匹配定時(shí)器，可用于功率管驅(qū)動(dòng)之外的，比如定時(shí)或者驅(qū)動(dòng)繼電器，驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇等普通的timer功能。RX72T目前有100和144引腳兩種封裝。得益于RX72T的GPIO占用率，144引腳的芯片，可以實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)176引腳DSP所需的I/O。RX72T還集成了對(duì)三角函數(shù)的硬件加速模塊，無需軟件查表，提高了算法執(zhí)行效率，對(duì)三相電機(jī)和電源中所需的實(shí)時(shí)閉環(huán)控制有很大幫助。

【逆變控制】主推芯片 RA6T2

如果客戶傾向ARM內(nèi)核的產(chǎn)品，我們也有合適RA6T2推薦，來實(shí)現(xiàn)逆變控制。RA6T2集成CM33內(nèi)核，運(yùn)行在240MHz，算力和RX72T相當(dāng)。當(dāng)前的片上資源相對(duì)RX72T稍微縮減了一些，具有512K flash和64K RAM，引腳封裝從48，64到100腳。

RA6T2有兩個(gè)12-bit ADC單元，可以同時(shí)支持最多29個(gè)通道。每個(gè)ADC單元都具有3路采保。所以和RX72T一樣，可以同時(shí)對(duì)6路模擬信號(hào)進(jìn)行采樣。RA6T2 ADC的最大特點(diǎn)是速度很快，高達(dá)6.25M，每秒采樣。

定時(shí)器方面，可以支持10對(duì)PWM互補(bǔ)輸出，其中4對(duì)是高精度通道，相移差距最小可達(dá)156ps，除此之外還有2個(gè)定時(shí)器，可用于輸出脈沖，或者對(duì)外部脈沖信號(hào)進(jìn)行周期測量，并計(jì)數(shù)。并且它們還可以工作在芯片待機(jī)模式下。

和RX72T一樣，它也集成了三角函數(shù)運(yùn)算單元，無需軟件查表，降低CPU開銷。還有一個(gè)二階濾波單元，加速電機(jī)控制軟件的執(zhí)行。

雙向儲(chǔ)能系統(tǒng)

在電能轉(zhuǎn)換基礎(chǔ)之上，我們來看一下雙向儲(chǔ)能。儲(chǔ)能說到底是儲(chǔ)在電池包，但是這里先不談電池包的BMS管理，我們先繼續(xù)說由瑞薩MCU控制下的 電源的能量轉(zhuǎn)換，即PCS。雙向儲(chǔ)能，大功率可以應(yīng)用于工商業(yè)或者發(fā)電側(cè)的光儲(chǔ)；小一點(diǎn)功率可以應(yīng)用于戶用家庭光儲(chǔ)。再小一點(diǎn)，則是有便攜式儲(chǔ)能。前兩者更偏向能源解決方案，而便攜式儲(chǔ)能更偏向消費(fèi)應(yīng)用領(lǐng)域。但是它們的基本系統(tǒng)框圖都是類似的。

雙向儲(chǔ)能系統(tǒng)框圖

雙向儲(chǔ)能應(yīng)用中，電能的流動(dòng)方向有兩個(gè)，由圖中的藍(lán)色和綠色箭頭分別表示。

• 第一個(gè)場景是，太陽能發(fā)電，通過光伏板，經(jīng)過MPPT，直接進(jìn)入到右邊的【換能單元】，通過DC/DC生成所需的直流源，給儲(chǔ)能電池包充電。

• 第二個(gè)場景，在用電低谷時(shí)段，比如晚上，通過市電給儲(chǔ)能電池包充電，需要先經(jīng)過左邊的【PCS換能單元】，做AC/DC變換，再通過第二個(gè)【PCS換能單元】輸出所需的直流源，給電池包充電。這兩個(gè)場景，都是外部輸入的直流或者交流，通過PCS轉(zhuǎn)換成直流源，給電池包充電。根據(jù)應(yīng)用場景，有高壓和低壓DC輸出的不同。

• 第三個(gè)場景，用電高峰或者電價(jià)較高的時(shí)段，儲(chǔ)能電池包放電，給家里的電器設(shè)施供電，代替從市電取電；還可以把多余的電量并網(wǎng)，賣給電網(wǎng)，這是第四個(gè)場景。這后面兩個(gè)場景，就是儲(chǔ)能電池包放電，通過兩個(gè)【換能單元】，輸出交流源。對(duì)于并網(wǎng)場景，還需要鎖相操作來做電網(wǎng)相位跟蹤。

參考設(shè)計(jì)：雙向儲(chǔ)能

瑞薩有一個(gè)3.6KW的雙向儲(chǔ)能參考設(shè)計(jì)，非常適用于戶用光儲(chǔ)，和便攜式儲(chǔ)能應(yīng)用。

這是它的系統(tǒng)框圖，正向，AC進(jìn)DC出，交流輸入，直流48V輸出，可以支持36V~60V的范圍，給電池充電，把能量存儲(chǔ)在電池里。

前面一個(gè)EMI濾波器，PFC這一塊做的是無橋PFC，一般適用于220V，10KW以下。后面的DC/DC，采用雙向DAB，即：雙有源移相全橋，效率更高。四個(gè)管子的熱均衡和效率都可以兼顧。并且，采用DAB，它的輸出電壓范圍可以做的更寬。適合給儲(chǔ)能電池包充放電，還可以擴(kuò)展到電池分容化成的細(xì)分應(yīng)用。

現(xiàn)在做的是一個(gè)3.6KW通用需求的。擴(kuò)展也很靈活：該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，10KW以下都可以，只不過熱設(shè)計(jì)，功率器件的選擇，layout會(huì)有些不同。主體算法，主控MCU都可以保持不變。這個(gè)方案基于100引腳的RA6T2實(shí)現(xiàn)。

未完待續(xù)

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