提升電網(wǎng)能量提取效率，儲(chǔ)能中關(guān)鍵的PFC控制器

在儲(chǔ)能系統(tǒng)中，PFC（功率因數(shù)校正）控制器的作用尤為重要，因?yàn)樗梢源_保從電網(wǎng)提取的能量以最高的效率被存儲(chǔ)，同時(shí)減少能量損耗和諧波對(duì)電網(wǎng)的影響。具體來說，PFC控制器確保AC-DC轉(zhuǎn)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(chǔ)。同時(shí)通過減少電網(wǎng)干擾和諧波，PFC控制器有助于延長儲(chǔ)能設(shè)備的使用壽命。并且在太陽能或風(fēng)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(chǔ)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(hù)和控制功能，以調(diào)整功率開關(guān)器件（如MOSFET）的開關(guān)動(dòng)作，從而優(yōu)化輸入電流波形，使之與輸入電壓同相位，進(jìn)而提高功率因數(shù)。為了讓電流電感在開關(guān)周期結(jié)束時(shí)回歸到零，從而實(shí)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(fù)載范圍適應(yīng)性，臨界導(dǎo)通模式（Critical Conduction Mode, CRM）的控制策略十分重要。在臨界導(dǎo)通模式下工作的PFC控制器，會(huì)精確控制開關(guān)管的開通時(shí)間，使得電感電流在每個(gè)開關(guān)周期結(jié)束時(shí)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(diǎn)，因此稱為臨界導(dǎo)通。相對(duì)于連續(xù)導(dǎo)通模式（CCM）和斷續(xù)導(dǎo)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(shí)簡化了控制器的設(shè)計(jì)和實(shí)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(dǎo)體企業(yè)在研發(fā)和生產(chǎn)PFC控制器，并且可以應(yīng)用到儲(chǔ)能產(chǎn)品當(dāng)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(xiàng)。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(shí)支持多種工作模式，包括CCM和DCM，以適應(yīng)不同的應(yīng)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(bǔ)償和保護(hù)功能，以確保系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。此外，由Fairchild（現(xiàn)已被安森美半導(dǎo)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(zhuǎn)換器。這款芯片被廣泛應(yīng)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(fù)雜性。除了國外企業(yè)，國內(nèi)的相關(guān)企業(yè)也推出了許多PFC控制器解決方案。如南芯半導(dǎo)體的SC3201CRMPFC控制器，無需在Boost電感上添加輔助繞組，就可以實(shí)現(xiàn)精確的谷底檢測，并具備獨(dú)立的第二輸出電壓過壓保護(hù)功能。這種設(shè)計(jì)簡化了電源適配器的電路設(shè)計(jì)，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(hào)。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(diǎn)控制技術(shù)，縮短過零區(qū)，提高過零區(qū)軟啟開關(guān)頻率，減小慢管換流時(shí)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(dòng)態(tài)OVP、更低靜態(tài)電流與啟機(jī)電流等特點(diǎn)。該系列芯片還支持Brownin/out功能，可以在輸入電壓過低時(shí)關(guān)閉，對(duì)系統(tǒng)起保護(hù)作用。同時(shí)，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(hào)，以及能直驅(qū)E-GaN（增強(qiáng)型氮化鎵）HEMT的型號(hào)。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(shè)計(jì)、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(lǐng)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?？偨Y(jié)在選擇PFC控制器時(shí)，工程師需要考慮應(yīng)用的具體要求，包括功率等級(jí)、效率要求、電磁兼容性以及成本等因素。此外，隨著技術(shù)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(yīng)用，并提供更強(qiáng)的性能和更高的效率。在設(shè)計(jì)和調(diào)試儲(chǔ)能電源時(shí)，了解這些控制器的特點(diǎn)和適用場景是非常重要的。