瑞萨MCU助力中国新能源基建持续创新（上）
新能源是一个很大的话题，主要是解决绿色可再生能源的供给，存储和使用问题。在当前能源转型背景下，无论是政策导向还是资本关注度，新能源应用都是一个非常看好的赛道。
今天我们和大家讨论一下：在全球碳达峰战略的制定和目标执行这个大背景下，瑞萨电子，是如何持续创新，助力中国新基建，新能源建设。
内容提纲
1
瑞萨mcu在新能源领域的布局
2
新能源细分市场典型应用分析
3
瑞萨mcu和方案的成功案例
瑞萨产品，服务新能源领域各个环节
围绕着风能，太阳能的发电-使用-存储各个应用环节，有不同的功能单元来做支撑：光伏逆变，储能变流，电池管理，能量管理，通信，计量等，如图中所示，都是瑞萨产品的用武之地。
比如【数字1】和【数字4】标注的光伏逆变器单元，这里有不同的mcu分别做逆变控制和系统主控，在【数字2】标注的储能电池单元，我们有不同的mcu适合应用于电池包管理系统的从控，主控，总控；还有瑞萨的afe和fgic多种器件的选择。在【数字5】标注的电量计量单元，更是有集成和非集成不同方案的电表mcu。【数字3】代表的各种传输方式里，电力线载波通信plc，瑞萨的产品具有很高的市场份额，在国内电表客户中得到广泛采用。【数字6】监控平台或者ems能源管理系统。ra6 mcu可以提供嵌入式级别的监控平台，在需要上到服务器级别的应用场合，瑞萨的时钟，电源器件也能提供高性能高质量的支持。
当然新能源的细分应用远远不止图里所示这些。作为智能电网新节点，或者说能源解决方案的交/直流充电桩；以及所有电池，包括消费电池，动力电池，储能电池，封装下线使用前必经的工序设备：电池分容化成等，都是瑞萨mcu在新能源应用落地的典型应用场景。
接下来我们挨个梳理。
逆变控制，瑞萨mcu成功案例
[a]
rx72-t, ra6t2 → 电能转换
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 → 人机交互和通信
120mhz @ cm4, 200mhz @ cm33
100~144 pin
以太网口，usb，2 x can, i2c/uart/spi
[c]
ra2e1, rx13t → 辅助功能
光伏系统里，逆变控制是核心模块，根据功率大小和拓扑的不同，可以一颗mcu同时控制dc/dc和dc/ac两级电能转换，或者两颗mcu分别控制。
在户用小三相或者单相微逆应用中，常见是一个mcu或者dsp控制全部的电能转换。再一颗mcu做系统主控，负责通信和人机交互。
在逆变控制socket，我们主推rx72t和ra6t2两款。他们都是主打高性能电机控制和数字电源应用，并且都已经在头部光伏厂家的微逆和户用3ph逆变项目中采用。
在系统主控socket，主推ra6系列，它具有200mhz的高算力，丰富的通信接口和片上资源，轻松运行rtos，文件系统来把【通信和人机交互】处理的游刃有余。
接下来我们看看这两款带t的mcu，为什么特别适合光伏系统里的逆变控制模块。
【逆变控制】主推芯片 rx72t
rx72t，是瑞萨私有内核的32-位mcu，采用rx第三代内核，运行在200mhz。rxv3内核，比arm cm7内核的算力高20%，内核集成单精度浮点计算单元fpu。可以支持5v供电，具有更好的抗干扰能力。
rx72t的片上flash可以高达1mb，ram有128k。rx72t的片上flash采用了瑞萨专有高速flash技术，运行速度高达120mhz，相比其他mcu和dsp，代码从flash上执行更快，响应更迅速，无需把关键代码拷贝到ram中运行的额外步骤，也减少对ram的容量需求。片上128k ram用作协议和算法的堆栈空间，或者通信buffer，空间更大。
做电能转换，需要adc采样电流电压，根据算法驱动pwm输出做闭环控制。因此做逆变控制的mcu，对adc和pwm有较高要求。rx72t集成了3个独立的adc单元，分别支持8个，8个，14个模拟采样通道。这3个独立的adc单元，其中有2个单元，还各自集成了3路采保电路，因此rx72t可以同时采样6路独立的模拟信号。
rx72t的片上timer和pwm通道也非常丰富，支持19对互补pwm输出，其中4对pwm是高精度通道，相移差距最小可达195ps。另外还有4个定时器单元，和4个比较匹配定时器，可用于功率管驱动之外的，比如定时或者驱动继电器，驱动风扇等普通的timer功能。rx72t目前有100和144引脚两种封装。得益于rx72t的gpio占用率，144引脚的芯片，可以实现传统176引脚dsp所需的i/o。rx72t还集成了对三角函数的硬件加速模块，无需软件查表，提高了算法执行效率，对三相电机和电源中所需的实时闭环控制有很大帮助。
【逆变控制】主推芯片 ra6t2
如果客户倾向arm内核的产品，我们也有合适ra6t2推荐，来实现逆变控制。ra6t2集成cm33内核，运行在240mhz，算力和rx72t相当。当前的片上资源相对rx72t稍微缩减了一些，具有512k flash和64k ram，引脚封装从48，64到100脚。
ra6t2有两个12-bit adc单元，可以同时支持最多29个通道。每个adc单元都具有3路采保。所以和rx72t一样，可以同时对6路模拟信号进行采样。ra6t2 adc的最大特点是速度很快，高达6.25m，每秒采样。
定时器方面，可以支持10对pwm互补输出，其中4对是高精度通道，相移差距最小可达156ps，除此之外还有2个定时器，可用于输出脉冲，或者对外部脉冲信号进行周期测量，并计数。并且它们还可以工作在芯片待机模式下。
和rx72t一样，它也集成了三角函数运算单元，无需软件查表，降低cpu开销。还有一个二阶滤波单元，加速电机控制软件的执行。
双向储能系统
在电能转换基础之上，我们来看一下双向储能。储能说到底是储在电池包，但是这里先不谈电池包的bms管理，我们先继续说由瑞萨mcu控制下的 电源的能量转换，即pcs。双向储能，大功率可以应用于工商业或者发电侧的光储；小一点功率可以应用于户用家庭光储。再小一点，则是有便携式储能。前两者更偏向能源解决方案，而便携式储能更偏向消费应用领域。但是它们的基本系统框图都是类似的。
双向储能系统框图
双向储能应用中，电能的流动方向有两个，由图中的蓝色和绿色箭头分别表示。
第一个场景是，太阳能发电，通过光伏板，经过mppt，直接进入到右边的【换能单元】，通过dc/dc生成所需的直流源，给储能电池包充电。
第二个场景，在用电低谷时段，比如晚上，通过市电给储能电池包充电，需要先经过左边的【pcs换能单元】，做ac/dc变换，再通过第二个【pcs换能单元】输出所需的直流源，给电池包充电。这两个场景，都是外部输入的直流或者交流，通过pcs转换成直流源，给电池包充电。根据应用场景，有高压和低压dc输出的不同。
第三个场景，用电高峰或者电价较高的时段，储能电池包放电，给家里的电器设施供电，代替从市电取电；还可以把多余的电量并网，卖给电网，这是第四个场景。这后面两个场景，就是储能电池包放电，通过两个【换能单元】，输出交流源。对于并网场景，还需要锁相操作来做电网相位跟踪。
参考设计：双向储能
瑞萨有一个3.6kw的双向储能参考设计，非常适用于户用光储，和便携式储能应用。
这是它的系统框图，正向，ac进dc出，交流输入，直流48v输出，可以支持36v~60v的范围，给电池充电，把能量存储在电池里。
前面一个emi滤波器，pfc这一块做的是无桥pfc，一般适用于220v，10kw以下。后面的dc/dc，采用双向dab，即：双有源移相全桥，效率更高。四个管子的热均衡和效率都可以兼顾。并且，采用dab，它的输出电压范围可以做的更宽。适合给储能电池包充放电，还可以扩展到电池分容化成的细分应用。
现在做的是一个3.6kw通用需求的。扩展也很灵活：该拓扑结构，10kw以下都可以，只不过热设计，功率器件的选择，layout会有些不同。主体算法，主控mcu都可以保持不变。这个方案基于100引脚的ra6t2实现。
未完待续
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科技让生活更轻松，致力于打造更安全、更智能、可持续发展的未来。作为全球微控制器供应商，瑞萨电子融合了在嵌入式处理、模拟、电源及连接方面的专业知识，提供完整的半导体解决方案。成功产品组合加速汽车、工业、基础设施及物联网应用上市，赋能数十亿联网智能设备改善人们的工作和生活方式。
更多信息，敬请访问renesas.com
原文标题：瑞萨mcu助力中国新能源基建持续创新（上）
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