HP1010–全球首款專用圖騰柱PFC數(shù)字控制器

鑒于世界面臨的所有挑戰(zhàn)和不確定性，有一件事是肯定的——我們團(tuán)結(jié)一致，建設(shè)一個更綠色的星球。在脫碳的倡議下，全球市場參與者和 80 PLUS Titanium 等更高效率標(biāo)準(zhǔn)正在推動電力行業(yè)向具有更高功率密度的高效解決方案邁進(jìn)。隨著多年的技術(shù)進(jìn)步，設(shè)計緊湊高效的功率因數(shù)校正 （PFC） 電源一直是一項(xiàng)復(fù)雜但易于管理的挑戰(zhàn)。PFC性能已經(jīng)有很長一段時間了，直到第三代功率半導(dǎo)體器件（氮化鎵、氮化鎵和碳化硅、碳化硅）的普及。此后，圖騰柱無橋PFC（TPPFC）的美感得到充分釋放。

與傳統(tǒng)的橋接PFC拓?fù)湎啾?，TPPFC具有三個優(yōu)點(diǎn)。首先，由于該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中未采用整流橋，因此具有較少的元件數(shù)量，因此它可實(shí)現(xiàn)更高的功率密度。此外，這種簡化的電路進(jìn)一步提高了系統(tǒng)效率，特別適用于低電壓輸入的情況。此外，氮化鎵場效應(yīng)管的適配不僅可以進(jìn)一步提高效率，還可以為更高功率應(yīng)用提供恒流模式（CCM）PFC。

然而，所有這些好處都是有代價的。由于沒有橋式整流器，輸入交流電壓直接施加到該拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的開關(guān)晶體管上。因此，TPPFC電路往往容易受到異常情況的影響。例如，浪涌、交流電壓暫時缺失、PCB 噪聲等。這正是工程師們不愿參與這項(xiàng)艱巨任務(wù)的原因。

為了在不危及系統(tǒng)穩(wěn)健性的情況下獲得收益，慧能泰半導(dǎo)體推出了 HP1010，這是首款用于圖騰柱拓?fù)鋺?yīng)用的專用 PFC 控制器。實(shí)時控制和高可靠性由快速狀態(tài)機(jī)和高性能模擬前端無縫編排。逐周期電流限制 （CBC） 可有效防止由異常功率波動引起的過流問題。浪涌保護(hù)器可以快速關(guān)斷慢速同步整流器，當(dāng)交流線路的相反極性發(fā)生沖擊時，這對于系統(tǒng)的穩(wěn)定性和可靠性尤為重要。此外，HP1010 還提供豐富的可編程保護(hù)功能，這意味著更大的靈活性和獨(dú)特的設(shè)計。例如，輸入和輸出的過壓/欠壓保護(hù)、開路保護(hù)等等，可以根據(jù)您的喜好獨(dú)立配置或禁用。

HP1010 具有智能開關(guān)模式（CCM、DCM 和突發(fā)模式），可適應(yīng)不同的負(fù)載條件，實(shí)現(xiàn)良好的輕負(fù)載效率。頻率抖動有效改善了TPPFC電力系統(tǒng)的電磁干擾（EMI）。最重要的是，使用 HP1010 進(jìn)行設(shè)計從未如此簡單。為了滿足您的設(shè)計要求并加快產(chǎn)品上市時間，用戶友好的圖形用戶界面 （GUI） 軟件已準(zhǔn)備好從慧能泰網(wǎng)站下載。

圖 1：HP1010 引腳和封裝。

作為業(yè)界首創(chuàng)，HP1010 適用于各種電源系統(tǒng)，包括云計算/數(shù)據(jù)中心、AI、5G/電信、工業(yè)、超高密度 （UHD） 電源等。

HP1010 的主要特點(diǎn)：

• 高度靈活的數(shù)字PWM，可選頻率范圍為20 kHz至200 kHz
• 25 MHz ADC位于高性能模擬前端
• 精密的數(shù)字控制回路
• 交流過零點(diǎn)處的平滑電流
• 頻率抖動以獲得更好的 EMI
• 多模操作（CCM、DCM 和突發(fā)模式）
• 快速環(huán)路響應(yīng)
• 高壓直流輸入
• RMS 功率測量
• 智能繼電器和浪涌電流控制
• X電容放電
• 全面的故障保護(hù)
• 低功耗，睡眠模式下的電源電流低至 1mA
• I 2C 和 UART 通過 GUI 接口
• 4 mm x 4 mm QFN-24L 封裝，圖 1

高集成度：簡單但不簡單

HP1010 采用 4 mm x 4 mm QFN-24L 封裝，與高速 ADC、比較器和其他模擬前端組件一致。外圍電路以緊湊的外形尺寸進(jìn)行簡化，占用較小的PCB面積，節(jié)省電路板空間并降低BOM成本。

圖 2：HP1010 的典型應(yīng)用電路。

高效：拒絕浪費(fèi)

圖3：600W圖騰柱PFC評估板的效率曲線。

HP1010 在 600 瓦參考 d e 符號中表現(xiàn)出 99% 的峰值效率。

慧能泰專利技術(shù)：無可比擬的專業(yè)知識

新穎的電流檢測是通過應(yīng)用于該拓?fù)涞目焖僦返囊粚﹄娏骰ジ衅鲗?shí)現(xiàn)的。一旦在多個帳戶上觸發(fā) CBC，HP1010 即可靈活地關(guān)閉、自動重置或關(guān)閉電源，然后重新啟動系統(tǒng)。此類配置和實(shí)時調(diào)試可以通過圖 4 中的圖形用戶界面 （GUI） 完成。

圖 4：HP1010 圖形用戶界面

在過零點(diǎn)時可編程開環(huán)軟啟動：

在圖騰柱拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)的慢速支路上，功率 FET 的寄生電容因供應(yīng)商而異。可以自定義零轉(zhuǎn)換期間PWM脈沖的數(shù)量和寬度，以優(yōu)化開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的放電過程。

同樣，這種設(shè)計靈活性也適用于不同繼電器的不相等延遲時間，最終產(chǎn)生更安全、更高效的系統(tǒng)。

圖 5：平滑的交流過零控制。

當(dāng)交流輸入下降時，避免反向電流：

得益于高速交流電壓前饋，占空比可跟蹤交流輸入的實(shí)時變化。當(dāng)檢測到輸入電壓下降時，HP1010 會立即關(guān)閉 Totem-Pole PFC 的快速同步整流器，從而有效防止反向電流。測量結(jié)果如圖6所示。

圖 6：（左）電源電壓連續(xù)下降 45 度持續(xù) 2 MS;（右）電源電壓在 0 度處連續(xù)下降 10 毫秒。

雷：

圖7：正半周期負(fù)雷擊。

雷擊會給系統(tǒng)帶來尖銳的尖峰，無論是與交流電壓同相還是異相。控制器必須能夠快速檢測輸入電壓的極性并進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整。否則，很容易損壞后續(xù)電路。HP1010 在這個問題上表現(xiàn)出了出色的性能，快速雷電檢測，然后立即關(guān)閉功率 FET，如圖 7 和圖 8 所示。

圖 8：負(fù)半周期正雷擊。

PF 和 THD 測試：

圖 9 和圖 10 分別 顯示了 HP1010 在 110 Vac 和 230 Vac 輸入下的 PF 和 THD 測量結(jié)果。這兩個參數(shù)都取得了相當(dāng)不錯的性能。

圖 9：600W 評估板的 PF 曲線。

圖 10：600W 評估板的 THD 曲線。

下面列出了此600 W評估板的詳細(xì)信息：

• 輸入電壓范圍：90 VAC ~ 264 VAC
• 輸出電壓：400 VDC
• 輸出功率： 600 W
• 典型效率：98.7%

圖 11：使用 HP1010 的 600W 評估板。

作為整體解決方案的一部分，HP3600 是慧能泰 HySwitch? 系列的雙通道隔離式柵極驅(qū)動器。與 HP1010 搭配使用，圖騰柱系統(tǒng)觸手可及。

圖 12：HP3600 引腳定義和封裝圖。

HP3600 具有 4 A/6 A 拉電流和灌電流的強(qiáng)大驅(qū)動能力。150 kV/μs 共模瞬態(tài)抗擾度 （CMTI） 和 48 ns 傳播延遲確保了安全快速的驅(qū)動性能。VDDA/VDDB 支持高達(dá) 33 V 的電壓，VDDI 可在 3 V 至 18 V 的寬輸入范圍內(nèi)工作，適用于模擬或數(shù)字控制器接口。所有電源引腳均具有閾值為 3V 的欠壓鎖定 （UVLO） 保護(hù)，非常適合 GaN MOSFET 的隔離式應(yīng)用。

整體解決方案（HP1010+HP3600）代表了慧能泰創(chuàng)新的一個里程碑。構(gòu)建綠色未來，慧能泰相信IC-Intelligence和IC-Energetic?；勰芴⑼瞥龈喙?jié)能產(chǎn)品，為碳中和和綠色經(jīng)濟(jì)發(fā)展做出貢獻(xiàn)。