提升電網(wǎng)能量提取效率，儲能中關鍵的PFC控制器

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）在儲能系統(tǒng)中，PFC（功率因數(shù)校正）控制器的作用尤為重要，因為它可以確保從電網(wǎng)提取的能量以最高的效率被存儲，同時減少能量損耗和諧波對電網(wǎng)的影響。

具體來說，PFC控制器確保AC-DC轉換過程中的能量損失最小化，使得更多的能量得以有效存儲。同時通過減少電網(wǎng)干擾和諧波，PFC控制器有助于延長儲能設備的使用壽命。

并且在太陽能或風能等可再生能源系統(tǒng)中，PFC控制器可以提高系統(tǒng)的整體效率，確保從可再生能源源獲得的能量以最佳方式被存儲和使用。

這種芯片內(nèi)部集成了必要的控制電路，比如誤差放大器、比較器、斜坡發(fā)生器、以及其他保護和控制功能，以調(diào)整功率開關器件（如MOSFET）的開關動作，從而優(yōu)化輸入電流波形，使之與輸入電壓同相位，進而提高功率因數(shù)。

為了讓電流電感在開關周期結束時回歸到零，從而實現(xiàn)效率優(yōu)化、更簡單的控制、減少濾波電容、改善功率因素以及寬負載范圍適應性，臨界導通模式（Critical Conduction Mode, CRM）的控制策略十分重要。

在臨界導通模式下工作的PFC控制器，會精確控制開關管的開通時間，使得電感電流在每個開關周期結束時剛好降到零或接近零，這種工作模式下的電感電流波形剛好“擦過”零點，因此稱為臨界導通。

相對于連續(xù)導通模式（CCM）和斷續(xù)導通模式（DCM），CRM模式能夠在輕載和重載條件下保持高效率和良好的功率因數(shù)性能，同時簡化了控制器的設計和實現(xiàn)。這也可以減少所需的輸出濾波電容容量，有助于系統(tǒng)的小型化和降低成本。

各家的PFC控制器方案

目前，有多家半導體企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)PFC控制器，并且可以應用到儲能產(chǎn)品當中。代表企業(yè)有TI、英飛凌、ST、安森美等。

如TI的TPS5430x系列控制器提供了高效的PFC性能和靈活的配置選項。這些控制器具有內(nèi)置的功率MOSFET和緊湊的封裝，有利于減小整體解決方案的尺寸。

英飛凌的XDPS2200系列控制器則提供了高功率因數(shù)和低總諧波失真（THD）的性能，同時支持多種工作模式，包括CCM和DCM，以適應不同的應用需求。

安森美的NCP1650系列控制器同樣提供了高效的PFC性能，支持多種輸入電壓范圍，并具有靈活的補償和保護功能，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。此外，由Fairchild（現(xiàn)已被安森美半導體收購）生產(chǎn)的PFC控制器芯片F(xiàn)AN7529MX，也適用于CRM操作的升壓型PFC轉換器。這款芯片被廣泛應用于各種高功率因數(shù)電源適配器和電源系統(tǒng)中，旨在提高交流輸入電源的功率因數(shù)和降低總諧波失真。

ST的L6562系列還具有內(nèi)置的電流感測功能，減少了外部組件的數(shù)量，有助于降低系統(tǒng)成本和復雜性。

除了國外企業(yè)，國內(nèi)的相關企業(yè)也推出了許多PFC控制器解決方案。如南芯半導體的SC3201CRMPFC控制器，無需在Boost電感上添加輔助繞組，就可以實現(xiàn)精確的谷底檢測，并具備獨立的第二輸出電壓過壓保護功能。這種設計簡化了電源適配器的電路設計，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性和安全性。

瞻芯電子的IVCC1102是一款CCM圖騰柱PFC控制芯片，具有高可靠性的模擬控制，能夠快速精確地輸出功率因數(shù)校正控制信號。該芯片不使用數(shù)字電源控制芯片，無需編程調(diào)試，可以大幅簡化器件選型及開發(fā)成本，加快產(chǎn)品開發(fā)速度。

此外，IVCC1102采用自主研發(fā)的過零點控制技術，縮短過零區(qū)，提高過零區(qū)軟啟開關頻率，減小慢管換流時的電流尖峰，使AC電流可以平滑過零。

茂睿芯的MK2562系列是高性能的CRM PFC控制器芯片，工作于CRM，具有超低THD、優(yōu)化動態(tài)OVP、更低靜態(tài)電流與啟機電流等特點。該系列芯片還支持Brownin/out功能，可以在輸入電壓過低時關閉，對系統(tǒng)起保護作用。

同時，MK2562系列還包括支持固定130kHz限頻的DCM和130kHz+Valley switching（QR）限頻以提高輕載效率的型號，以及能直驅E-GaN（增強型氮化鎵）HEMT的型號。

這些國內(nèi)企業(yè)的PFC控制器產(chǎn)品在提高電源效率、簡化設計、降低成本和提高系統(tǒng)可靠性方面具有明顯的優(yōu)勢。通過自主研發(fā)和創(chuàng)新，這些企業(yè)在電源管理領域取得了一定的成就，并為國內(nèi)外的電源產(chǎn)品提供了高性能的PFC解決方案。

總結

在選擇PFC控制器時，工程師需要考慮應用的具體要求，包括功率等級、效率要求、電磁兼容性以及成本等因素。此外，隨著技術的發(fā)展，許多公司也推出了支持新款PFC控制芯片，以支持CRM模式的PFC的應用，并提供更強的性能和更高的效率。在設計和調(diào)試儲能電源時，了解這些控制器的特點和適用場景是非常重要的。