住宅儲能市場雖然現(xiàn)在處于起步階段,，但正位于爆炸式增長的邊緣。自2018年第一季度以來,，僅在美國,，該市場就同比增長了232％，而能源存儲在2019年第一季度的部署中占比為46％,。如今,，住宅儲能領(lǐng)域的規(guī)模比公用事業(yè)部署的規(guī)模要小。預(yù)計全球住宅儲能市場將從2019年的60億美元增長到2024年的175億美元,；復(fù)合年增長率為22.88％（根據(jù)最新的Wood Mackenzie美國能源存儲監(jiān)控器,。

隨著具有各類背景和專業(yè)知識的新參與者進(jìn)入市場，全球公司開始看到儲能的未來增長潛力。

儲能開發(fā)人員要克服的關(guān)鍵設(shè)計挑戰(zhàn)在于系統(tǒng)集成,，以最終實現(xiàn)更低的系統(tǒng)成本,、更小的外形尺寸以及更少的組件和子系統(tǒng)數(shù)量。對于能量存儲來說,，系統(tǒng)集成意味著通過從單向功率轉(zhuǎn)換階段轉(zhuǎn)向雙向功率轉(zhuǎn)換階段,，將電池充放電的兩條獨立路徑合二為一。

轉(zhuǎn)向雙向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級

儲能市場的興起可歸因于方法和創(chuàng)新,，這些方法和創(chuàng)新使設(shè)計人員能夠克服系統(tǒng)集成和成本等重大挑戰(zhàn),。在出現(xiàn)更新的技術(shù)和解決方案之前，單向AC/DC,、單向DC/AC和DC/DC功率級是傳統(tǒng)系統(tǒng)解決方案,。圖1說明具有單向功率因數(shù)校正（PFC）和逆變器功率級的典型系統(tǒng)。

圖1：具有單向PFC和逆變器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

然而,，但這種單向方法為實現(xiàn)系統(tǒng)集成設(shè)置了不可避免的障礙,。系統(tǒng)會需要更多的功率級、組件和控制器,，這將導(dǎo)致更高的系統(tǒng)成本,。本質(zhì)上講，能量相對于電池雙向流動,，要么流入電池進(jìn)行充電,，要么流出電池進(jìn)行放電。如果可壓縮這些功率級,，則可減少組件,、模塊和子系統(tǒng)的數(shù)量，最終降低系統(tǒng)物料清單（BOM）成本,。

這些挑戰(zhàn)的潛在解決方案是AC/DC,、DC/AC和DC/DC功率轉(zhuǎn)換級的雙向功能。為進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度,、降低系統(tǒng)物料清單和減小外形尺寸,，涉及能量存儲的電網(wǎng)系統(tǒng)正在朝著圖2所示的雙向電源轉(zhuǎn)換模塊發(fā)展。

圖2：具有雙向PFC和變頻器級的電網(wǎng)級系統(tǒng)圖

C2000?MCU的最新參考設(shè)計中實現(xiàn)了雙向功率變換,。具有GaN的雙向交錯式CCM圖騰柱無橋PFC參考設(shè)計基于TMS320F280049C實時控制器系列,。

混合逆變器

由于希望在儲能市場中進(jìn)一步提高系統(tǒng)集成度，因此出現(xiàn)了另一個市場趨勢：混合動力或儲能逆變器的部署,。逆變器簡單來說是將直流電轉(zhuǎn)換為交流電的功能,。但當(dāng)有多個直流電源時會發(fā)生什么？在電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施環(huán)境中,，常規(guī)逆變器會將太陽能電池板的直流電轉(zhuǎn)換為交流電,。混合逆變器補(bǔ)充了具有能量存儲的太陽能逆變器系統(tǒng)，因此同一逆變器可逆變來自太陽能光伏（PV）面板或充電電池的直流電,。實際這是太陽能光伏制造商利用儲能來發(fā)展業(yè)務(wù)并保持領(lǐng)先地位的一種方式,。儲能解決方案是必然趨勢，而對于太陽能系統(tǒng)設(shè)計人員而言,，混合逆變器是實現(xiàn)無風(fēng)險且面向未來解決方案的關(guān)鍵,。

需求與解決方案

雙向儲能解決方案，包括混合逆變器在內(nèi)的雙向儲能解決方案要求高功率效率,、性能和設(shè)備緊湊性,。這些需求轉(zhuǎn)而要求實現(xiàn)更高級的電源拓?fù)洹⒏偷目傊C波失真,、更快的瞬態(tài)響應(yīng),、更高的控制環(huán)路頻率和更高的脈寬調(diào)制（PWM）頻率，而這些只有通過支持以下功能的實時控制器才能實現(xiàn)更復(fù)雜的PWM方案,、高分辨率PWM,、高模數(shù)轉(zhuǎn)換器（ADC）速度和高處理能力。

C2000實時控制器產(chǎn)品組合不僅為儲能系統(tǒng)還為許多數(shù)字電源應(yīng)用提供了這些優(yōu)勢：

l 可實現(xiàn)高效的最大功率點跟蹤,、升壓,、AC/DC、DC/DC和DC/AC子系統(tǒng)的低成本解決方案,。

l 能夠集成多個子系統(tǒng)的高端選擇,，為混合逆變器提供了一條途徑。

l 雙浮點內(nèi)核（中央處理單元和控制律加速器）實現(xiàn)復(fù)雜的數(shù)字信號處理算法,。

l 一種與實時處理外設(shè)緊密耦合的設(shè)備架構(gòu),，可提供確定的性能。

l 內(nèi)置的可配置邏輯塊,，能夠提供擴(kuò)展的保護(hù)和監(jiān)控功能,，從而消除了現(xiàn)場可編程門陣列/復(fù)雜的可編程邏輯器件。

l 高速（最高200 Mbps）快速串行接口（FSI）可在功率級之間進(jìn)行快速互連,，無需進(jìn)行隔離,。

l 模擬前端、16/12位ADC,、比較器,、數(shù)模轉(zhuǎn)換器和sigma-delta濾波器模塊簡化了隔離和非隔離的電流和電壓檢測,。

l 增強(qiáng)的PWM和捕獲模塊使配置功率級更具靈活性,。

表1列出具有C2000器件的參考設(shè)計，結(jié)合了AC/DC和DC/DC功率級的雙向?qū)崿F(xiàn)以及先進(jìn)而復(fù)雜的PWM方案,。

表1：TI儲能系統(tǒng)參考設(shè)計

儲能解決方案逐漸興起,，電網(wǎng)基礎(chǔ)設(shè)施設(shè)計人員也正在投資以跟上競爭對手和市場步伐。雙向功率轉(zhuǎn)換模塊和混合逆變器解決方案可減少組件、模塊和子系統(tǒng),，并最終降低系統(tǒng)BOM成本,。用于實時控制的C2000?器件專門為滿足設(shè)計人員的需求而設(shè)計，并有助于持續(xù)發(fā)展儲能市場,。

其他資源

l 了解有關(guān)數(shù)字電源應(yīng)用中C2000實時控制器的更多信息,。

l 閱讀白皮書“基于FSI的具有多個MCU的分布式電源控制體系結(jié)構(gòu)”，了解有關(guān)利用FSI進(jìn)行分布式電源控制的更多信息,。

l 檢查“德州儀器C2000 Piccolo?F28004x實時控制器系列的功能,。”

l 訂購F280049C controlCARD評估模塊,。

l 觀看C2000實時控制MCU：數(shù)字控制庫培訓(xùn)系列,。