從晝夜不息的數據中心服務器到需要適配各種極端環境的工業電源，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。隨著第三代半導體器件氮化鎵和碳化硅的大范圍應用，圖騰柱無橋PFC（TPPFC）應用獲得極大的拓展。相比于傳統的有橋PFC拓撲，圖騰柱無橋PFC具有更低的開關損耗、更高的效率以及極具競爭力的小體積，能夠滿足嚴格的效率標準要求，適用于極致緊湊小巧的電源應用。然而，圖騰柱無橋PFC電路由于沒有橋堆的阻隔和保護，輸入交流電直接施加在圖騰柱拓撲的開關管上，電源系統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功能要求，電源工程師們對圖騰柱無橋PFC拓撲既認可又尚存顧慮。

為了解決圖騰柱無橋PFC在應用中的各種挑戰，慧能泰在2023年推出了業界首款圖騰柱無橋PFC專用數字控制器HP1010。在客戶端近兩年的使用中，HP1010充分證明了其穩定性和可靠性。在此基礎上，慧能泰推出了HP1010的迭代升級版HP1010A，可以pin to pin實現對HP1010的替代。同時針對客戶提出的一些新的功能需求，HP1010A也相應的進行了升級。功能更強悍、性能更優良、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

– 抖頻功能可改善EMI

高性能控制環路

– 25 MHz ADC用于線路電壓、輸出電壓和電流檢測

– 動態性能優越

– 支持高壓直流輸入

多模式工作

– 重負載條件下的連續導通模式 (CCM)

– 輕負載條件下的斷續導通模式 (DCM)

– 零負載條件下的打嗝模式

– 高低壓可分別配置模式參數

故障保護

– 輸入過壓和欠壓保護

– 輸出過壓和欠壓保護

– 輸出采樣短路保護

– 電流CBC保護

– 過功率保護

– 外部NTC過溫保護

– 輸出冗余過壓保護

系統功能

– 輸出電壓參考值跟隨功率變化

– Relay的節電模式降低待機功耗

– Relay延時補償功能減小沖擊電流

– 功率計量功能

– Precharge功能為驅動芯片自舉電容充電

– SKIP功能可在burst模式下關閉外部驅動供電

– PFC OK指示功能

– PS ON功能

– X電容補償功能以提升PF值

?40℃到+125℃的環境工作溫度

HP1010A的典型應用

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，節省電路板空間，有效降低BOM成本。可廣泛應用于超高效電源、LED照明、工業電源、服務器/通信電源、電動汽車/電動自行車充電器、高性能計算機、變頻驅動器等場景。

圖二：HP1010A典型應用電路圖

HP1010A系統方案的優勢

HP1010A系統方案的工作原理

效率指標

采用HP1010A的1kW圖騰柱無橋PFC參考設計，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

采用HP1010A的1kW圖騰柱無橋PFC參考設計可以實現良好的PF值&THD指標，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

負載動態

基于1kW圖騰柱PFC評估板測試，負載空載切滿載，輸出電壓跌落小于30V。

圖七：1kW圖騰柱PFC評估板動態指標

輸入動態

輸入高低壓切換，系統工作穩定。

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時間的測試，系統均可正常運行，無驅動極性錯誤。

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，驅動無極性錯誤，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

PFC輸出電壓跟隨功率變化的功能，配合后級DCDC變換器，可以幫助客戶實現系統最優效率。

圖十二：PFC輸出電壓跟隨功率變化的功能

輕載條件下，Relay的節電模式，可以關閉Relay的驅動，減少Relay的驅動功耗。更適用于對待機功耗有嚴格要求的場合。

圖十三：Relay的節電模式

SKIP功能進一步優化空載待機功耗，GPIO5復用SKIP功能，可以使PFC在burst模式下，不需要驅動時關閉驅動芯片的供電，從而降低驅動的損耗。

圖十四：SKIP模式

負載變化時的PWM的軟起功能可以減少對系統的干擾。

圖十五：PWM的軟起功能

Precharge功能可以對驅動芯片的自舉電容進行充電。

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、高集成度和先進控制能力的圖騰柱無橋PFC控制器。它實現了超越同級的轉換效率與功率密度。該控制器的高度集成化設計，顯著簡化了外圍電路，是構建高效率、高可靠性電源系統的理想解決方案。感興趣的工程師可通過以下方式與我們聯系，獲取HP1010A更多詳細信息。

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深圳慧能泰半導體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術的公司，主要面向智能快充和數字能源領域，提供高性能數模混合芯片產品。公司總部設立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設有研發中心。慧能泰的核心研發團隊來自國內外頂尖半導體公司，擁有強大的研發創新能力。公司現已獲多項授權專利，擁有獨立自主知識產權，并于2020年被評為“高新技術企業”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態鏈的整體產品布局，開發并量產了多款產品：供電端的多系列PD Source協議芯片，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（電子標簽芯片）。成立以來，慧能泰連續推出多款業界領先的產品并廣受市場歡迎。公司芯片出貨量逾10億顆，標桿性客戶有聯想、小米、三星、HP、貝爾金和努比亞等。同時，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技術，借助自身的技術研發優勢，面向ICT（通信服務器）、數據中心、光伏逆變器、儲能等工業應用，研發數字電源控制芯片、高壓驅動芯片、電源轉換芯片和模塊等產品。

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