增效穩(wěn)壓，儲能設(shè)備中不可或缺的PFC芯片

電子發(fā)燒友網(wǎng)報(bào)道（文/黃山明）對于儲能設(shè)備而言，充電和放電是其基本的功能，但在這一過程中可能會(huì)有能量損耗，導(dǎo)致整體能效下降。同時(shí)，儲能系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)響應(yīng)特性有可能無法保證，讓整體穩(wěn)定性降低，并且還容易產(chǎn)生過載等。功率因數(shù)校正（PFC）控制器芯片正是為了解決這些問題而誕生的，對于當(dāng)前的儲能設(shè)備而言，PFC芯片也是一個(gè)重要的組成部分。

PFC芯片是如何工作的？

PFC芯片在儲能中的工作原理主要基于有源功率因數(shù)校正（APFC）技術(shù)，通過調(diào)整電路中的電流和電壓的相位關(guān)系，以提高電能的使用效率和減少電網(wǎng)負(fù)擔(dān)。簡單來說，PFC芯片通過控制輸入電流、穩(wěn)定直流母線電壓、調(diào)節(jié)動(dòng)態(tài)響應(yīng)以及提供保護(hù)功能等步驟，在儲能系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用。

所謂的功率因素是指電源系統(tǒng)中有效功率與視在功率的比值，是衡量電能利用效率的重要指標(biāo)。通常而言，這個(gè)比值應(yīng)該接近于1，意味著電能的利用效率較高，能量損耗較小。

具體來看，PFC芯片的工作可以分為幾個(gè)步驟。首先是整流與濾波，交流電經(jīng)過整流器轉(zhuǎn)換為直流電，然后通過濾波電路去除高頻噪聲。然后使用BOOST電路或其他拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，將電壓升高到所需水平。BOOST電路簡單且效率高，能夠提供一定的升壓能力。

同時(shí)，PFC芯片通過控制開關(guān)管的導(dǎo)通和關(guān)閉，調(diào)節(jié)電感中的電流，使其跟隨電壓波形變化，從而實(shí)現(xiàn)功率因數(shù)的校正。通常在全橋輸出后接一個(gè)電感，作為儲能元件，用于存儲和釋放能量，以穩(wěn)定輸出電壓。

一些先進(jìn)的PFC解決方案采用數(shù)字控制，如基于STM32G4的數(shù)字控制PFC解決方案，這可以提高系統(tǒng)的智能化水平和性能。為了提高效率，可以采用寬禁帶器件（如SiC或GaN），這些器件具有良好的反向恢復(fù)特性，有助于減少導(dǎo)通損耗和提高效率。

因此，PFC芯片在儲能系統(tǒng)中的作用是確保電能的有效利用和設(shè)備的高效運(yùn)行，同時(shí)也有助于滿足相關(guān)的電力標(biāo)準(zhǔn)和法規(guī)要求。通過這種方式，儲能設(shè)備不僅能夠更好地為用戶服務(wù)，還能夠減輕對電網(wǎng)的壓力。

并且PFC芯片通過改善功率因數(shù)，可以減少電能的無效損耗，使得儲能設(shè)備在充電和放電過程中能夠更高效地使用電能。這對于便攜式儲能設(shè)備來說尤為重要，因?yàn)樗鼈兺枰跊]有外部電源的情況下長時(shí)間工作。

儲能設(shè)備的性能不僅取決于其儲能容量，還包括其效率和對電網(wǎng)的影響。使用PFC芯片可以提升整體性能，使得儲能設(shè)備在市場上更具競爭力。

市場中的PFC芯片方案

20世紀(jì)90年代，當(dāng)時(shí)美國科羅拉多大學(xué)的Erickson教授等人提出了單級PFC變換器的概念，旨在通過合并前置Boost電路和后隨的Flyback或Forward變換器的MOSFET來減少元器件數(shù)量，降低成本，并提高效率。

隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，PFC技術(shù)得到了廣泛應(yīng)用，尤其是在電力、冶金、化工、煤炭、通訊、家電等領(lǐng)域。市場中也出現(xiàn)了許多PFC芯片公司，為各種場景提供解決方案。

比如ST、TI、PI、英飛凌、安森美等大廠都有相應(yīng)的解決方案。而國內(nèi)的企業(yè)也有對應(yīng)的優(yōu)秀解決方案，比如晶豐明源的BP2628，該芯片支持臨界連續(xù)模式或斷續(xù)模式，可實(shí)現(xiàn)二極管零電流關(guān)斷，有助于提高轉(zhuǎn)換效率，并降低電磁干擾。

并且BP2628還內(nèi)置有完善的保護(hù)功能，包括逐周期過流保護(hù)，輸出過壓保護(hù)，芯片供電欠壓保護(hù)，反饋引腳短路保護(hù)，芯片內(nèi)部過熱保護(hù)等保護(hù)功能，確保系統(tǒng)可靠運(yùn)行。同時(shí)還可利用反饋腳短路保護(hù)功能進(jìn)行PFC級的開關(guān)控制，降低系統(tǒng)的待機(jī)功耗。

南芯科技此前也推出過一款PFC控制芯片SC3201，可以滿足中大功率充電器、適配器對功率因數(shù)和輸入電流諧波的要求。該方案還具備無需輔組繞組、集成THD優(yōu)化、支持分段式輸出等核心技術(shù)。

必易微縮推出的KP2806A是一款高性能、準(zhǔn)諧振式（QR）升壓型（Boost）恒壓的PFC芯片，可自適應(yīng)地工作在臨界導(dǎo)通模式（CRM）和斷續(xù)導(dǎo)通模式（DCM）。其采用 SOT23-6封裝，通過多功能管腳復(fù)用，能夠做到占用更小的PCB空間。

美芯晟的MT9570，其特點(diǎn)是優(yōu)化的總諧波失真（THD）性能，從而輕松實(shí)現(xiàn)PF>0.99，THD<5%@滿載/AC230V，滿足IEC61000-3-2標(biāo)準(zhǔn)，同時(shí)系統(tǒng)方案支持調(diào)光應(yīng)用，50%負(fù)載THD<6%，10%負(fù)載THD<20%。同時(shí)該芯片集成EN待機(jī)功能實(shí)現(xiàn)超低待機(jī)功耗，實(shí)現(xiàn)靜態(tài)電流可以低至13uA。

芯朋微也推出了一款高集成度的圖騰柱無橋PFC數(shù)模混合控制芯片PN6811，采用恒定導(dǎo)通時(shí)間控制實(shí)現(xiàn)高功率因素，系統(tǒng)工作于CRM/DCM狀態(tài)，外圍精簡，省略整流橋以提升效率降低發(fā)熱，非常適合高效率和高功率密度需求的應(yīng)用。

當(dāng)然，市場中還有許多PFC解決方案，并且伴隨著第三代半導(dǎo)體材料的普及，如GaN開關(guān)管與SiC二極管的加入，可以讓PFC提升工作效率，并且減小PFC升壓電感的體積，提高功率密度。

小結(jié)

PFC控制器芯片對于提升儲能產(chǎn)品的性能至關(guān)重要，不僅能夠提高能量轉(zhuǎn)換的效率，還能夠優(yōu)化儲能產(chǎn)品的負(fù)載特性，減少電流尖峰，并適應(yīng)不同的負(fù)載條件，從而保證了儲能產(chǎn)品的高效、穩(wěn)定和安全運(yùn)行。