增效稳压，储能设备中不可或缺的PFC芯片

电子发烧友网报道（文/黄山明）对于储能设备而言，充电和放电是其基本的功能，但在这一过程中可能会有能量损耗，导致整体能效下降。同时，储能系统的动态响应特性有可能无法保证，让整体稳定性降低，并且还容易产生过载等。功率因数校正（PFC）控制器芯片正是为了解决这些问题而诞生的，对于当前的储能设备而言，PFC芯片也是一个重要的组成部分。

 

PFC芯片是如何工作的？

PFC芯片在储能中的工作原理主要基于有源功率因数校正（APFC）技术，通过调整电路中的电流和电压的相位关系，以提高电能的使用效率和减少电网负担。简单来说，PFC芯片通过控制输入电流、稳定直流母线电压、调节动态响应以及提供保护功能等步骤，在储能系统中发挥着重要作用。

 

所谓的功率因素是指电源系统中有效功率与视在功率的比值，是衡量电能利用效率的重要指标。通常而言，这个比值应该接近于1，意味着电能的利用效率较高，能量损耗较小。

 

具体来看，PFC芯片的工作可以分为几个步骤。首先是整流与滤波，交流电经过整流器转换为直流电，然后通过滤波电路去除高频噪声。然后使用BOOST电路或其他拓扑结构，将电压升高到所需水平。BOOST电路简单且效率高，能够提供一定的升压能力。

 

同时，PFC芯片通过控制开关管的导通和关闭，调节电感中的电流，使其跟随电压波形变化，从而实现功率因数的校正。通常在全桥输出后接一个电感，作为储能元件，用于存储和释放能量，以稳定输出电压。

 

一些先进的PFC解决方案采用数字控制，如基于STM32G4的数字控制PFC解决方案，这可以提高系统的智能化水平和性能。为了提高效率，可以采用宽禁带器件（如SiC或GaN），这些器件具有良好的反向恢复特性，有助于减少导通损耗和提高效率。

 

因此，PFC芯片在储能系统中的作用是确保电能的有效利用和设备的高效运行，同时也有助于满足相关的电力标准和法规要求。通过这种方式，储能设备不仅能够更好地为用户服务，还能够减轻对电网的压力。

 

并且PFC芯片通过改善功率因数，可以减少电能的无效损耗，使得储能设备在充电和放电过程中能够更高效地使用电能。这对于便携式储能设备来说尤为重要，因为它们往往需要在没有外部电源的情况下长时间工作。

 

储能设备的性能不仅取决于其储能容量，还包括其效率和对电网的影响。使用PFC芯片可以提升整体性能，使得储能设备在市场上更具竞争力。

 

市场中的PFC芯片方案

 

20世纪90年代，当时美国科罗拉多大学的Erickson教授等人提出了单级PFC变换器的概念，旨在通过合并前置Boost电路和后随的Flyback或Forward变换器的MOSFET来减少元器件数量，降低成本，并提高效率。

 

随着电力电子技术的发展，PFC技术得到了广泛应用，尤其是在电力、冶金、化工、煤炭、通讯、家电等领域。市场中也出现了许多PFC芯片公司，为各种场景提供解决方案。

 

比如ST、TI、PI、英飞凌、安森美等大厂都有相应的解决方案。而国内的企业也有对应的优秀解决方案，比如晶丰明源的BP2628，该芯片支持临界连续模式或断续模式，可实现二极管零电流关断，有助于提高转换效率，并降低电磁干扰。

 

并且BP2628还内置有完善的保护功能，包括逐周期过流保护，输出过压保护，芯片供电欠压保护，反馈引脚短路保护，芯片内部过热保护等保护功能，确保系统可靠运行。同时还可利用反馈脚短路保护功能进行PFC级的开关控制，降低系统的待机功耗。

 

南芯科技此前也推出过一款PFC控制芯片SC3201，可以满足中大功率充电器、适配器对功率因数和输入电流谐波的要求。该方案还具备无需辅组绕组、集成THD优化、支持分段式输出等核心技术。

 

必易微缩推出的KP2806A是一款高性能、准谐振式（QR）升压型（Boost）恒压的PFC芯片，可自适应地工作在临界导通模式（CRM）和断续导通模式（DCM）。其采用 SOT23-6封装，通过多功能管脚复用，能够做到占用更小的PCB空间。

 

美芯晟的MT9570，其特点是优化的总谐波失真（THD）性能，从而轻松实现PF>0.99，THD<5%@满载/AC230V，满足IEC61000-3-2标准，同时系统方案支持调光应用，50%负载THD<6%，10%负载THD<20%。同时该芯片集成EN待机功能实现超低待机功耗，实现静态电流可以低至13uA。

 

芯朋微也推出了一款高集成度的图腾柱无桥PFC数模混合控制芯片PN6811，采用恒定导通时间控制实现高功率因素，系统工作于CRM/DCM状态，外围精简，省略整流桥以提升效率降低发热，非常适合高效率和高功率密度需求的应用。

 

当然，市场中还有许多PFC解决方案，并且伴随着第三代半导体材料的普及，如GaN开关管与SiC二极管的加入，可以让PFC提升工作效率，并且减小PFC升压电感的体积，提高功率密度。

 

小结

 

PFC控制器芯片对于提升储能产品的性能至关重要，不仅能够提高能量转换的效率，还能够优化储能产品的负载特性，减少电流尖峰，并适应不同的负载条件，从而保证了储能产品的高效、稳定和安全运行。