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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