傳統(tǒng)的單相Boost PFC在應(yīng)對(duì)日益增長的功率需求時(shí)，面臨著諸多瓶頸。隨著功率等級(jí)的提升，單個(gè)功率器件（開關(guān)管、二極管）和磁性元件（電感）需要承受巨大的電流和熱應(yīng)力，導(dǎo)致器件成本、體積和損耗急劇增加，系統(tǒng)效率和功率密度會(huì)受到一定的限制。

而雙相交錯(cuò)并聯(lián)Boost PFC通過180°的相位差，使電感電流紋波相互抵消，輸入電流紋波大幅減小，等效紋波頻率翻倍，輸入濾波器體積縮小，EMI設(shè)計(jì)更易達(dá)標(biāo)。這允許設(shè)計(jì)者使用更小體積、更低成本的電感和電容，從而提高系統(tǒng)的功率密度。同時(shí)總功率由兩路均分，器件應(yīng)力降低，效率與熱管理也可以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化。因此，慧能泰推出了國內(nèi)首款數(shù)字CCM雙相交錯(cuò)PFC控制器HP1011A，其在PF值、THD、效率、動(dòng)態(tài)等指標(biāo)上處于業(yè)內(nèi)領(lǐng)先水平，同時(shí)提供了豐富的系統(tǒng)功能。

近些年來，隨著SiC的技術(shù)與市場的不斷成熟，其價(jià)格也是逐年走低，性價(jià)比不斷提升。由于SiCMOSFET具有開關(guān)速度快，開關(guān)損耗低，高溫導(dǎo)通阻抗變化小等優(yōu)點(diǎn)。因此HP1011A搭配SiC的交錯(cuò)PFC方案可實(shí)現(xiàn)更高的效率與功率密度，具有極強(qiáng)的市場競爭力。

圖一：HP1011A引腳定義和封裝圖

HP1011A芯片特性

靈活的PWM控制

– PWM頻率范圍為20 kHz至200 kHz

– 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)功能

– 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

– 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

HP1011A的典型應(yīng)用

HP1011A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。可廣泛用于空調(diào)和白色家電、高性能計(jì)算機(jī)、5G/ 電信電源、工業(yè)電源、超高密度 (UHD) 電源等場景。

圖二：HP1011A典型應(yīng)用電路圖

HP1011A系統(tǒng)方案的優(yōu)勢

HP1011A相對(duì)于同類友商產(chǎn)品，具有更高的集成度、更好的靈活度、更豐富靈活的保護(hù)配置并支持多種外部通訊接口。相關(guān)對(duì)比信息如下表所示。

效率指標(biāo)

采用HP1011A的1 kW交錯(cuò)PFC參考設(shè)計(jì)，高壓滿載效率98.1%，低壓滿載效率96.3%。

圖三：1 kW交錯(cuò)PFC評(píng)估板效率曲線

PF值&THD指標(biāo)

采用HP1011A的1 kW交錯(cuò)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低于1.5%。

圖四：1 kW 交錯(cuò)PFC評(píng)估板PF值&THD指標(biāo)

穩(wěn)態(tài)工作波形

高低壓輸入滿載下，系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)波形，可以很好地實(shí)現(xiàn)兩相均流。

圖五：1 kW交錯(cuò)PFC評(píng)估板滿載穩(wěn)態(tài)波形

負(fù)載動(dòng)態(tài)

基于1 kW交錯(cuò)PFC評(píng)估版測試，高壓額定滿載1 kW，低壓額定滿載600 W，輸出電容480 uF。負(fù)載空載切滿載測試，輸出電壓跌落小于35 V。

圖六：1 kW交錯(cuò)PFC評(píng)估板動(dòng)態(tài)指標(biāo)

Phase Shedding

Phase Shedding功能，輕載時(shí)保持單相運(yùn)行，可以進(jìn)一步提升輕載時(shí)的效率以及PF值&THD指標(biāo)。

圖七：HP1011A Phase Shedding功能

HP1011A系統(tǒng)功能

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

圖八：HP1011A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。以評(píng)估板實(shí)際使用的繼電器為例，可以降低約400 mW的功耗，更適用于對(duì)待機(jī)功耗有嚴(yán)格要求的場合。

圖九：Relay的節(jié)電模式

Relay的延時(shí)補(bǔ)償功能，可以減小Relay閉合時(shí)的沖擊電流。

圖十：Relay的延時(shí)補(bǔ)償功能

PFC OK指示功能，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)后級(jí)DCDC變換器的控制。

圖十一：PFC OK指示功能

HP1011A可以獲得輸入電壓和輸入電流的有效值，因此可以得到輸入功率，并可以通過I2C或則UART上報(bào)給系統(tǒng)。

圖十二：功率計(jì)量功能

HP1011A可以通過CTRL引腳，實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC的開關(guān)機(jī)控制。

圖十三：通過CTRL引腳實(shí)現(xiàn)對(duì)PFC的開關(guān)機(jī)控制

HP1011A 1 kW評(píng)估板

慧能泰同步推出了HP1011A 1 kW的評(píng)估板。該評(píng)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：1 kW

圖十四：采用HP1011A的1 kW評(píng)估板

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)模混合芯片產(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳國際創(chuàng)新谷，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(shí)產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評(píng)為“高新技術(shù)企業(yè)”，2023年獲評(píng)國家級(jí)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。