增效穩壓，儲能設備中不可或缺的PFC芯片
電子發燒友網報道（文/黃山明）對于儲能設備而言，充電和放電是其基本的功能，但在這一過程中可能會有能量損耗，導致整體能效下降。同時，儲能系統的動態響應特性有可能無法保證，讓整體穩定性降低，并且還容易產生過載等。功率因數校正（PFC）控制器芯片正是為了解決這些問題而誕生的，對于當前的儲能設備而言，PFC芯片也是一個重要的組成部分。
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校正（APFC）技術，通過調整電路中的電流和電壓的相位關系，以提高電能的使用效率和減少電網負擔。簡單來說，PFC芯片通過控制輸入電流、穩定直流母線電壓、調節動態響應以及提供保護功能等步驟，在儲能系統中發揮著重要作用。
所謂的功率因素是指電源系統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。通常而言，這個比值應該接近于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步驟。首先是整流與濾波，交流電經過整流器轉換為直流電，然后通過濾波電路去除高頻噪聲。然后使用BOOST電路或其他拓撲結構，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，PFC芯片通過控制開關管的導通和關閉，調節電感中的電流，使其跟隨電壓波形變化，從而實現功率因數的校正。通常在全橋輸出后接一個電感，作為儲能元件，用于存儲和釋放能量，以穩定輸出電壓。
一些先進的PFC解決方案采用數字控制，如基于STM32G4的數字控制PFC解決方案，這可以提高系統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特性，有助于減少導通損耗和提高效率。
因此，PFC芯片在儲能系統中的作用是確保電能的有效利用和設備的高效運行，同時也有助于滿足相關的電力標準和法規要求。通過這種方式，儲能設備不僅能夠更好地為用戶服務，還能夠減輕對電網的壓力。
并且PFC芯片通過改善功率因數，可以減少電能的無效損耗，使得儲能設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備來說尤為重要，因為它們往往需要在沒有外部電源的情況下長時間工作。
儲能設備的性能不僅取決于其儲能容量，還包括其效率和對電網的影響。使用PFC芯片可以提升整體性能，使得儲能設備在市場上更具競爭力。
市場中的PFC芯片方案
20世紀90年代，當時美國科羅拉多大學的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來減少元器件數量，降低成本，并提高效率。
隨著電力電子技術的發展，PFC技術得到了廣泛應用，尤其是在電力、冶金、化工、煤炭、通訊、家電等領域。市場中也出現了許多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的解決方案。而國內的企業也有對應的優秀解決方案，比如晶豐明源的BP2628，該芯片支持臨界連續模式或斷續模式，可實現二極管零電流關斷，有助于提高轉換效率，并降低電磁干擾。
并且BP2628還內置有完善的保護功能，包括逐周期過流保護，輸出過壓保護，芯片供電欠壓保護，反饋引腳短路保護，芯片內部過熱保護等保護功能，確保系統可靠運行。同時還可利用反饋腳短路保護功能進行PFC級的開關控制，降低系統的待機功耗。
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優化、支持分段式輸出等核心技術。
必易微縮推出的KP2806A是一款高性能、準諧振式（QR）升壓型（Boost）恒壓的PFC芯片，可自適應地工作在臨界導通模式（CRM）和斷續導通模式（DCM）。其采用 SOT23-6封裝，通過多功能管腳復用，能夠做到占用更小的PCB空間。
美芯晟的MT9570，其特點是優化的總諧波失真（THD）性能，從而輕松實現PF>0.99，THD<5%@滿載/AC230V，滿足IEC61000-3-2標準，同時系統方案支持調光應用，50%負載THD<6%，10%負載THD<20%。同時該芯片集成EN待機功能實現超低待機功耗，實現靜態電流可以低至13uA。
芯朋微也推出了一款高集成度的圖騰柱無橋PFC數模混合控制芯片PN6811，采用恒定導通時間控制實現高功率因素，系統工作于CRM/DCM狀態，外圍精簡，省略整流橋以提升效率降低發熱，非常適合高效率和高功率密度需求的應用。
當然，市場中還有許多PFC解決方案，并且伴隨著第三代半導體材料的普及，如GaN開關管與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
PFC控制器芯片對于提升儲能產品的性能至關重要，不僅能夠提高能量轉換的效率，還能夠優化儲能產品的負載特性，減少電流尖峰，并適應不同的負載條件，從而保證了儲能產品的高效、穩定和安全運行。
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