HP1010–全球首款專用圖騰柱PFC數字控制器

鑒于世界面臨的所有挑戰和不確定性，有一件事是肯定的——我們團結一致，建設一個更綠色的星球。在脫碳的倡議下，全球市場參與者和 80 PLUS Titanium 等更高效率標準正在推動電力行業向具有更高功率密度的高效解決方案邁進。隨著多年的技術進步，設計緊湊高效的功率因數校正 （PFC） 電源一直是一項復雜但易于管理的挑戰。PFC性能已經有很長一段時間了，直到第三代功率半導體器件（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。

與傳統的橋接PFC拓撲相比，TPPFC具有三個優點。首先，由于該拓撲結構中未采用整流橋，因此具有較少的元件數量，因此它可實現更高的功率密度。此外，這種簡化的電路進一步提高了系統效率，特別適用于低電壓輸入的情況。此外，氮化鎵場效應管的適配不僅可以進一步提高效率，還可以為更高功率應用提供恒流模式（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撲結構中的開關晶體管上。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艱巨任務的原因。

為了在不危及系統穩健性的情況下獲得收益，慧能泰半導體推出了 HP1010，這是首款用于圖騰柱拓撲應用的專用 PFC 控制器。實時控制和高可靠性由快速狀態機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。浪涌保護器可以快速關斷慢速同步整流器，當交流線路的相反極性發生沖擊時，這對于系統的穩定性和可靠性尤為重要。此外，HP1010 還提供豐富的可編程保護功能，這意味著更大的靈活性和獨特的設計。例如，輸入和輸出的過壓/欠壓保護、開路保護等等，可以根據您的喜好獨立配置或禁用。

HP1010 具有智能開關模式（CCM、DCM 和突發模式），可適應不同的負載條件，實現良好的輕負載效率。頻率抖動有效改善了TPPFC電力系統的電磁干擾（EMI）。最重要的是，使用 HP1010 進行設計從未如此簡單。為了滿足您的設計要求并加快產品上市時間，用戶友好的圖形用戶界面 （GUI） 軟件已準備好從慧能泰網站下載。

圖 1：HP1010 引腳和封裝。

作為業界首創，HP1010 適用于各種電源系統，包括云計算/數據中心、AI、5G/電信、工業、超高密度 （UHD） 電源等。

HP1010 的主要特點：

• 高度靈活的數字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
• 精密的數字控制回路
• 交流過零點處的平滑電流
• 頻率抖動以獲得更好的 EMI
• 多模操作（CCM、DCM 和突發模式）
• 快速環路響應
• 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
• 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行簡化，占用較小的PCB面積，節省電路板空間并降低BOM成本。

圖 2：HP1010 的典型應用電路。

高效：拒絕浪費

圖3：600W圖騰柱PFC評估板的效率曲線。

HP1010 在 600 瓦參考 d e 符號中表現出 99% 的峰值效率。

慧能泰專利技術：無可比擬的專業知識

新穎的電流檢測是通過應用于該拓撲的快速支路的一對電流互感器實現的。一旦在多個帳戶上觸發 CBC，HP1010 即可靈活地關閉、自動重置或關閉電源，然后重新啟動系統。此類配置和實時調試可以通過圖 4 中的圖形用戶界面 （GUI） 完成。

圖 4：HP1010 圖形用戶界面

在過零點時可編程開環軟啟動：

在圖騰柱拓撲結構的慢速支路上，功率 FET 的寄生電容因供應商而異?？梢宰远x零轉換期間PWM脈沖的數量和寬度，以優化開關節點上的放電過程。

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

圖 5：平滑的交流過零控制。

當交流輸入下降時，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時變化。當檢測到輸入電壓下降時，HP1010 會立即關閉 Totem-Pole PFC 的快速同步整流器，從而有效防止反向電流。測量結果如圖6所示。

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

雷：

圖7：正半周期負雷擊。

雷擊會給系統帶來尖銳的尖峰，無論是與交流電壓同相還是異相?？刂破鞅仨毮軌蚩焖贆z測輸入電壓的極性并進行相應調整。否則，很容易損壞后續電路。HP1010 在這個問題上表現出了出色的性能，快速雷電檢測，然后立即關閉功率 FET，如圖 7 和圖 8 所示。

圖 8：負半周期正雷擊。

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 測量結果。這兩個參數都取得了相當不錯的性能。

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動器。與 HP1010 搭配使用，圖騰柱系統觸手可及。

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大驅動能力。150 kV/μs 共模瞬態抗擾度 （CMTI） 和 48 ns 傳播延遲確保了安全快速的驅動性能。VDDA/VDDB 支持高達 33 V 的電壓，VDDI 可在 3 V 至 18 V 的寬輸入范圍內工作，適用于模擬或數字控制器接口。所有電源引腳均具有閾值為 3V 的欠壓鎖定 （UVLO） 保護，非常適合 GaN MOSFET 的隔離式應用。

整體解決方案（HP1010+HP3600）代表了慧能泰創新的一個里程碑。構建綠色未來，慧能泰相信IC-Intelligence和IC-Energetic?；勰芴⑼瞥龈喙澞墚a品，為碳中和和綠色經濟發展做出貢獻。