廣芯微電子(廣州)股份有限公司于2024年12月宣布推出基于其UM32G421微處理器芯片打造的600W高效率雙向DC-DC升降壓轉換參考開發平臺，集成高性能MPPT與Sub-GHz無線通訊功能，采用Si MOS器件，實測MPPT效率99.5%，DC-DC雙向升降壓峰值效率近99%，可選用GaN器件，獲得更高效率。該參考設計以其卓越的性能、精簡的BOM以及靈活的架構，助力客戶快速開發極具競爭力的光伏功率優化器、PV光伏Hub、MPPT控制器、便攜式儲能、陽臺儲能及電動兩輪、三輪車DC-DC轉換器等組網和離網電力電子產品。

平臺方案實物圖

概述

雙向DC-DC轉換器是一種能夠將輸入的直流電壓升高或降低到所需的輸出電壓水平的電子設備，在保持輸入、輸出電壓極性不變的情況下，根據實際所需改變電流的方向，實現雙象限運行的雙向變換，從而實現能量的雙向傳輸。這種類型的轉換器在電池充電與放電系統、可再生能源系統、電動汽車以及不間斷電源(UPS)等系統中非常有用。

MPPT，全稱為Maximum Power Point Tracking(最大功率點跟蹤)，是一種用于光伏(PV)系統中的技術，旨在最大化光伏電池或模塊的能量輸出。由于光伏電池的輸出電流-電壓特性曲線(I-V曲線)是非線性的，存在一個特定的電壓點(最大功率點，MPP)，在這個點上，光伏電池可以輸出最大的電功率。MPP的位置會受到環境因素如光照強度、溫度等的影響而變化。MPPT技術就是為了找到并維持在這個MPP上。

廣芯微開發的600W雙向DC-DC升降壓轉換平臺方案集成MPPT最大功率點跟蹤以及Sub-GHz無線數據通訊功能，主控芯片為廣芯微自研的多功能數字電源處理器芯片UM32G421，無線通訊采用廣芯微Sub-GHz無線SoC UM2080F32開發的無線模組URM2680。該平臺目前可以支持最大光伏輸入功率為600W、PV輸入電壓范圍為12V-75V，輸出電壓范圍為48V-52V，具備電流采集、電壓采集功能，支持隔離串口、485、CAN-FD以及Sub-GHz無線通訊，MPPT效率99.5%，DC-DC峰值效率99%。

平臺方案功能框圖

平臺方案實測參數表

應用示例

光伏MPPT控制器、便攜式儲能、陽臺儲能

光伏PV Hub

組件級光伏功率優化器

電動兩輪車/三輪車 DC-DC轉換器

關于UM32G421

UM32G421采用ARM Cortex-M4內核，支持浮點運算，支持DSP指令集，性能強大，集成了包括高精度PWM、高精度SAR ADC、三角函數運算協處理器、豐富的外設接口等多種資源，可在-40~125℃穩定工作，能夠滿足工業控制、汽車電子、新能源等多個領域的應用需求。

?處理器內核：Cortex-M4，最高主頻 204MHz

?內置單精度浮點運算單元，支持DSP指令集

?64KB SRAM，256KB eFlash

?最多支持54個GPIO，20/14/6/2mA 四檔驅動可配

?37路PWM輸出，PWM最高精度1.736ns

?2路低功耗LPUART，4路通用UART，2路USART

?3路I2C，最高速率1Mbps

?支持CAN-FD接口，通信速率最高5Mbps，同時兼容CAN2.0A/B協議

?1個12位DAC，采樣率1Msps

?2個12位SAR-ADC，16通道，支持單端和差分輸入 , 最高采樣率5.25Msps

?3個OPA，3個ACMP

?1個USB接口，支持全速USB FS Device接口(內置 PHY)

?集成Cordic 運算加速器(sin、cos、arctan、平方根、乘法、除法等)

?硬件加解密：AES(128/256)

?工作溫度：-40°C ~125°C

關于無線模組URM2680

無線通訊模塊URM2680是基于UM2080F32芯片開發的Sub-GHz射頻收發模塊。采用(G)FSK, OOK調制方式，工作在315/433/868/915MHz ISM頻段，支持靈活可設的數據包格式，支持自動應答和自動重發功能，支持跳頻操作，支持FEC功能，具有高整合度、高抗干擾、高可靠性和低功耗等技術特點。

?工作頻率：315/433/868/915MHz

?工作電壓：1.8V~3.6V

?工作溫度：-40°C ~105°C

?調制方式：(G)FSK, OOK

?數據率：0.1k ~ 300 kbps

?發射功率：-20dBm 至 +20dBm

?最高接收靈敏度：-130dBm@0.1Kbps

?通訊距離：1km(理想環境)

關于UM2080F32

無線收發SoC芯片UM2080F32采用32位ARM Cortex-M0+內核，內置64KB 嵌入式FLASH，支持UART、SPI、QSPI、I2C、LPTIMER、WDT等多種接口，集成完整的射頻接收機、射頻發射機、頻率綜合器和高效率BUCK DC-DC轉換器，只需配備簡單、低成本的外圍器件就可以獲得良好的收發性能。芯片支持(G)FSK,OOK調制方式，最大輸出功率為20dBm，支持傳輸數據率在0.1kbps~300kbps之間，內部各128bytes的TX/RX FIFO。

?頻率范圍：200MHz~960MHz

?調制方式：(G)FSK, OOK

?數據率：0.1k ~ 300 kbps

?發射功率：-20dBm 至 +20dBm

?最高接收靈敏度：-130dBm@0.1Kbps

?處理器內核：Cortex-M0+，主頻32MHz

?16KB SRAM，64KB eFlash

?CAN總線接口：CAN2.0A/B協議，1Mbps

?12位SAR-ADC，1Msps

?內置運算放大器、比較器

?工作溫度：-40°C ~105°C

關于雙向DC-DC升降壓參考開發平臺

廣芯微在開發雙向DC-DC升降壓轉換平臺方案時，基于自研芯片的性能特點，充分考慮平臺方案的兼容性，性能優勢與可擴展性，產品包含如下幾個特點：

1.高效的MPPT效率

常見的MPPT實現算法有Perturb and Observe (P&O) 擾動觀察法、Incremental Conductance (INC) 增量電導法、Hill Climbing 爬山法、Fractional Open-Circuit Voltage 分數開路電壓法、Fractional Short-Circuit Current 分數短路電流法、Artificial Intelligence (AI) 人工智能方法等，MPPT技術是提高光伏系統效率的關鍵技術之一，不同的MPPT算法各有優缺點，選擇合適的算法需要根據具體的應用場景和系統需求來決定。廣芯微開發的MPPT算法能夠顯著提高太陽能光伏系統的跟蹤性能，通過控制光伏電壓并直接生成所需的占空比，實現了高收斂速度和零最大功率點波動，同時消除了升壓轉換器輸出的紋波問題。方案平臺的實驗測試結果表明，該算法在快速變化的太陽輻射條件下跟蹤效率高達99.5%以上。

平臺方案MPPT實測曲線

2.優異的DC-DC Buck Boost轉換效率

DC-DC轉換器的峰值效率是指在特定的工作條件下，轉換器能夠達到的最大效率，這個值是轉換器性能的重要指標之一，通常用來評估其在設計和應用中的優化程度。高峰值效率意味著轉換器能夠在較低的功率損耗下工作，這對于提高系統整體的能源利用率、減少熱耗散和延長電池壽命等有著重要意義。廣芯微團隊嚴選合適的外圍器件、優化PWM控制策略，精心設計PCB布局版圖，并結合有效的散熱設計以維持元件在最佳工作溫度范圍，最終實現升降壓型電路拓撲結構的DC-DC轉化器自半載起Vout48V時的峰值效率近99%。

平臺方案實測效率曲線

3.高效能量轉換

基于平臺方案開發的功率優化器能夠恢復發電損失的3%~25%，顯著提升光伏系統的能源利用率，實現近99%的峰值效率。該成果的取得，得益于主控芯片UM32G421的卓越性能和成熟算法的深度融合，UM32G421搭載ARM Cortex-M4內核，內置FPU(單精度浮點運算單元)和DSP指令單元，以其高達255DMIPS的CPU運算性能和702分的CoreMark跑分，為該雙向DC-DC Buck Boost開發平臺提供了強大的計算支持。除此之外，UM32G421的低功耗特性，包括1.5μA @ Standby模式和70μA/MHz @ Run模式，進一步確保了功率優化器在高效運行的同時，保持了能源的節約。

4.靈活的通訊連接方式

該參考平臺集成了豐富和靈活的有線和無線通訊方式，包括隔離串口、485、CAN-FD以及Sub-GHz無線通訊。廣芯微基于自研UM2080F32無線收發SoC芯片研發的高性能Sub-GHz URM2680無線通信模塊，支持200MHz~900 MHz工作頻段，具備-130dBm的高靈敏度和20dBm的最大輸出功率，這一技術特點使得URM2680模塊在遠距離通信和強穿透力方面表現出色，尤其適用于需要長距離無線連接和在復雜環境中保持穩定通信的應用場景。無線通訊功能的加入使得整體方案支持單片光伏板發電量實時監控，結合板級的過壓、過流、過溫保護設計，確保系統的安全穩定運行。在無線信號傳輸衰減的地方，URM2680還支持有線通信，通過RS485接口將信號通過有線的方式傳輸到服務器。方案平臺創新性地采用有線及無線雙模通信方式，配合廣芯微自研的Umiclink工業網關，為客戶在光伏儲能的應用中提供更加靈活、高效的組網解決方案。

5.易擴展性

在廣芯微工程師的支持下，該參考平臺可以很靈活地調整電壓范圍及不同功率的設計，后續也將植入鋰電池充電管理功能以及增加LCD彩屏顯示功能等。

廣芯微電子(廣州)股份有限公司的600W雙向DC-DC升降壓光儲平臺評估套件業已上架，歡迎垂詢。

關于廣芯微

廣芯微電子(廣州)股份有限公司聚焦光伏新能源、工業控制和汽車電子產業，為客戶提供差異化的微處理器芯片、快充與數字電源SOC和性能卓越的無線射頻芯片，并圍繞這些芯片打造特色的電機控制方案平臺、數字電源方案平臺和低功耗無線射頻方案平臺。