電子發燒友網報道(文/黃山明)在儲能系統中,PFC(功率因數校正)控制器的作用尤為重要,因為它可以確保從電網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中,PFC控制器可以提高系統的整體效率,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。
這種芯片內部集成了必要的控制電路,比如誤差放大器、比較器、斜坡發生器、以及其他保護和控制功能,以調整功率開關器件(如MOSFET)的開關動作,從而優化輸入電流波形,使之與輸入電壓同相位,進而提高功率因數。
為了讓電流電感在開關周期結束時回歸到零,從而實現效率優化、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。
相對于連續導通模式(CCM)和斷續導通模式(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性能,同時簡化了控制器的設計和實現。這也可以減少所需的輸出濾波電容容量,有助于系統的小型化和降低成本。
各家的PFC控制器方案
目前,有多家半導體企業在研發和生產PFC控制器,并且可以應用到儲能產品當中。代表企業有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,以確保系統的穩定運行。此外,由Fairchild(現已被安森美半導體收購)生產的PFC控制器芯片FAN7529MX,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電源適配器和電源系統中,旨在提高交流輸入電源的功率因數和降低總諧波失真。
ST的L6562系列還具有內置的電流感測功能,減少了外部組件的數量,有助于降低系統成本和復雜性。
除了國外企業,國內的相關企業也推出了許多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,提高了系統的穩定性和安全性。
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校正控制信號。該芯片不使用數字電源控制芯片,無需編程調試,可以大幅簡化器件選型及開發成本,加快產品開發速度。
此外,IVCC1102采用自主研發的過零點控制技術,縮短過零區,提高過零區軟啟開關頻率,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、優化動態OVP、更低靜態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。
這些國內企業的PFC控制器產品在提高電源效率、簡化設計、降低成本和提高系統可靠性方面具有明顯的優勢。通過自主研發和創新,這些企業在電源管理領域取得了一定的成就,并為國內外的電源產品提供了高性能的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。
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中,PFC控制器可以提高系統的整體效率,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。
這種芯片內部集成了必要的控制電路,比如誤差放大器、比較器、斜坡發生器、以及其他保護和控制功能,以調整功率開關器件(如MOSFET)的開關動作,從而優化輸入電流波形,使之與輸入電壓同相位,進而提高功率因數。
為了讓電流電感在開關周期結束時回歸到零,從而實現效率優化、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。
相對于連續導通模式(CCM)和斷續導通模式(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性能,同時簡化了控制器的設計和實現。這也可以減少所需的輸出濾波電容容量,有助于系統的小型化和降低成本。
各家的PFC控制器方案
目前,有多家半導體企業在研發和生產PFC控制器,并且可以應用到儲能產品當中。代表企業有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,以確保系統的穩定運行。此外,由Fairchild(現已被安森美半導體收購)生產的PFC控制器芯片FAN7529MX,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電源適配器和電源系統中,旨在提高交流輸入電源的功率因數和降低總諧波失真。
ST的L6562系列還具有內置的電流感測功能,減少了外部組件的數量,有助于降低系統成本和復雜性。
除了國外企業,國內的相關企業也推出了許多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,提高了系統的穩定性和安全性。
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校正控制信號。該芯片不使用數字電源控制芯片,無需編程調試,可以大幅簡化器件選型及開發成本,加快產品開發速度。
此外,IVCC1102采用自主研發的過零點控制技術,縮短過零區,提高過零區軟啟開關頻率,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、優化動態OVP、更低靜態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。
這些國內企業的PFC控制器產品在提高電源效率、簡化設計、降低成本和提高系統可靠性方面具有明顯的優勢。通過自主研發和創新,這些企業在電源管理領域取得了一定的成就,并為國內外的電源產品提供了高性能的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。
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