從晝夜不息的數(shù)據(jù)中心服務(wù)器到需要適配各種極端環(huán)境的工業(yè)電源，人們對高效以及高可靠性的電源解決方案的需求也在不斷增加。隨著第三代半導(dǎo)體器件氮化鎵和碳化硅的大范圍應(yīng)用，圖騰柱無橋PFC（TPPFC）應(yīng)用獲得極大的拓展。相比于傳統(tǒng)的有橋PFC拓?fù)?，圖騰柱無橋PFC具有更低的開關(guān)損耗、更高的效率以及極具競爭力的小體積，能夠滿足嚴(yán)格的效率標(biāo)準(zhǔn)要求，適用于極致緊湊小巧的電源應(yīng)用。然而，圖騰柱無橋PFC電路由于沒有橋堆的阻隔和保護(hù)，輸入交流電直接施加在圖騰柱拓?fù)涞拈_關(guān)管上，電源系統(tǒng)非常容易受到過電流、浪涌過電壓、輸入電壓跌落等故障的損害，很難滿足安全性和各類保護(hù)功能要求，電源工程師們對圖騰柱無橋PFC拓?fù)浼日J(rèn)可又尚存顧慮。

為了解決圖騰柱無橋PFC在應(yīng)用中的各種挑戰(zhàn)，慧能泰在2023年推出了業(yè)界首款圖騰柱無橋PFC專用數(shù)字控制器HP1010。在客戶端近兩年的使用中，HP1010充分證明了其穩(wěn)定性和可靠性。在此基礎(chǔ)上，慧能泰推出了HP1010的迭代升級版HP1010A，可以pin to pin實(shí)現(xiàn)對HP1010的替代。同時(shí)針對客戶提出的一些新的功能需求，HP1010A也相應(yīng)的進(jìn)行了升級。功能更強(qiáng)悍、性能更優(yōu)良、使用更簡單。

圖一：HP1010A引腳定義和封裝圖

HP1010A芯片特性

靈活的PWM控制

– PWM頻率范圍為20 kHz至200 kHz

– 交流線路過零期間的PWM軟啟動(dòng)

– 抖頻功能可改善EMI

高性能控制環(huán)路

– 25 MHz ADC用于線路電壓、輸出電壓和電流檢測

– 動(dòng)態(tài)性能優(yōu)越

– 支持高壓直流輸入

多模式工作

– 重負(fù)載條件下的連續(xù)導(dǎo)通模式 (CCM)

– 輕負(fù)載條件下的斷續(xù)導(dǎo)通模式 (DCM)

– 零負(fù)載條件下的打嗝模式

– 高低壓可分別配置模式參數(shù)

故障保護(hù)

– 輸入過壓和欠壓保護(hù)

– 輸出過壓和欠壓保護(hù)

– 輸出采樣短路保護(hù)

– 電流CBC保護(hù)

– 過功率保護(hù)

– 外部NTC過溫保護(hù)

– 輸出冗余過壓保護(hù)

系統(tǒng)功能

– 輸出電壓參考值跟隨功率變化

– Relay的節(jié)電模式降低待機(jī)功耗

– Relay延時(shí)補(bǔ)償功能減小沖擊電流

– 功率計(jì)量功能

– Precharge功能為驅(qū)動(dòng)芯片自舉電容充電

– SKIP功能可在burst模式下關(guān)閉外部驅(qū)動(dòng)供電

– PFC OK指示功能

– PS ON功能

– X電容補(bǔ)償功能以提升PF值

?40℃到+125℃的環(huán)境工作溫度

HP1010A的典型應(yīng)用

HP1010A采用4 mm x 4 mm QFN-24L封裝，集成高速ADC、比較器等高性能模擬前端，外圍電路精簡，整體方案緊湊，占用PCB面積小，節(jié)省電路板空間，有效降低BOM成本?？蓮V泛應(yīng)用于超高效電源、LED照明、工業(yè)電源、服務(wù)器/通信電源、電動(dòng)汽車/電動(dòng)自行車充電器、高性能計(jì)算機(jī)、變頻驅(qū)動(dòng)器等場景。

圖二：HP1010A典型應(yīng)用電路圖

HP1010A系統(tǒng)方案的優(yōu)勢

HP1010A系統(tǒng)方案的工作原理

效率指標(biāo)

采用HP1010A的1kW圖騰柱無橋PFC參考設(shè)計(jì)，高壓滿載效率接近99%，低壓滿載大于97.6%。

圖五：1kW圖騰柱PFC評估板效率曲線

PF值&THD指標(biāo)

采用HP1010A的1kW圖騰柱無橋PFC參考設(shè)計(jì)可以實(shí)現(xiàn)良好的PF值&THD指標(biāo)，高低壓下滿載THD都在2%左右。

圖六：1kW圖騰柱PFC評估板PF值&THD指標(biāo)

負(fù)載動(dòng)態(tài)

基于1kW圖騰柱PFC評估板測試，負(fù)載空載切滿載，輸出電壓跌落小于30V。

圖七：1kW圖騰柱PFC評估板動(dòng)態(tài)指標(biāo)

輸入動(dòng)態(tài)

輸入高低壓切換，系統(tǒng)工作穩(wěn)定。

圖八：1kW圖騰柱PFC評估板滿載條件下高低壓切換

輸入電壓Drop測試

各種相位和跌落持續(xù)時(shí)間的測試，系統(tǒng)均可正常運(yùn)行，無驅(qū)動(dòng)極性錯(cuò)誤。

圖九：1kW圖騰柱PFC評估板滿載條件下Drop測試

輸入熱插拔測試

熱插拔測試下，驅(qū)動(dòng)無極性錯(cuò)誤，工作邏輯正常。

圖十：1kW圖騰柱PFC評估板熱插拔測試

浪涌測試

在6kV浪涌下測試，系統(tǒng)也能夠正常工作。

圖十一：1kW圖騰柱PFC評估板6KV浪涌測試

HP1010A新增功能項(xiàng)

PFC輸出電壓跟隨功率變化的功能，配合后級DCDC變換器，可以幫助客戶實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)最優(yōu)效率。

圖十二：PFC輸出電壓跟隨功率變化的功能

輕載條件下，Relay的節(jié)電模式，可以關(guān)閉Relay的驅(qū)動(dòng)，減少Relay的驅(qū)動(dòng)功耗。更適用于對待機(jī)功耗有嚴(yán)格要求的場合。

圖十三：Relay的節(jié)電模式

SKIP功能進(jìn)一步優(yōu)化空載待機(jī)功耗，GPIO5復(fù)用SKIP功能，可以使PFC在burst模式下，不需要驅(qū)動(dòng)時(shí)關(guān)閉驅(qū)動(dòng)芯片的供電，從而降低驅(qū)動(dòng)的損耗。

圖十四：SKIP模式

負(fù)載變化時(shí)的PWM的軟起功能可以減少對系統(tǒng)的干擾。

圖十五：PWM的軟起功能

Precharge功能可以對驅(qū)動(dòng)芯片的自舉電容進(jìn)行充電。

圖十六：Precharge功能

HP1010A 1kW評估板

慧能泰同步推出了HP1010A 1kW的評估板。該評估板基本參數(shù)如下：

輸入電壓范圍：90 VAC ~ 264 VAC

輸出電壓: 400 VDC

輸出功率：1kW

典型效率：98.7%

圖十七：采用HP1010A的1kW評估板

HP1010A是一款具備高效率、高靈活性、高集成度和先進(jìn)控制能力的圖騰柱無橋PFC控制器。它實(shí)現(xiàn)了超越同級的轉(zhuǎn)換效率與功率密度。該控制器的高度集成化設(shè)計(jì)，顯著簡化了外圍電路，是構(gòu)建高效率、高可靠性電源系統(tǒng)的理想解決方案。感興趣的工程師可通過以下方式與我們聯(lián)系，獲取HP1010A更多詳細(xì)信息。

關(guān)于慧能泰半導(dǎo)體

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術(shù)的公司，主要面向智能快充和數(shù)字能源領(lǐng)域，提供高性能數(shù)?；旌闲酒a(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳前海，同時(shí)在上海、浙江杭州、美國加州設(shè)有研發(fā)中心?；勰芴┑暮诵难邪l(fā)團(tuán)隊(duì)來自國內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體公司，擁有強(qiáng)大的研發(fā)創(chuàng)新能力。公司現(xiàn)已獲多項(xiàng)授權(quán)專利，擁有獨(dú)立自主知識產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評為“高新技術(shù)企業(yè)”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態(tài)鏈的整體產(chǎn)品布局，開發(fā)并量產(chǎn)了多款產(chǎn)品：供電端的多系列PD Source協(xié)議芯片，受電端的高性能PD Sink(PD 誘騙芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），線纜端的USB eMarker（電子標(biāo)簽芯片）。成立以來，慧能泰連續(xù)推出多款業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品并廣受市場歡迎。公司芯片出貨量逾10億顆，標(biāo)桿性客戶有聯(lián)想、小米、三星、HP、貝爾金和努比亞等。同時(shí)，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技術(shù)，借助自身的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，面向ICT（通信服務(wù)器）、數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、儲(chǔ)能等工業(yè)應(yīng)用，研發(fā)數(shù)字電源控制芯片、高壓驅(qū)動(dòng)芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片和模塊等產(chǎn)品。

慧能泰半導(dǎo)體肩負(fù)著“芯智慧 芯能源，共建綠色未來”的使命，立志成為業(yè)界領(lǐng)先的智慧能源控制技術(shù)供應(yīng)商。