HP1010A进阶版图腾柱PFC来袭，功能强悍、性能优异

从昼夜不息的数据中心服务器到需要适配各种极端环境的工业电源，人们对高效以及高可靠性的电源解决方案的需求也在不断提高。随着第三代半导体器件氮化镓和碳化硅的大范围应用，图腾柱无桥PFC（TPPFC）应用获得极大的拓展。相比于传统的有桥PFC拓扑，图腾柱无桥PFC具有许多优点：它具有更低的开关损耗、更高的效率以及极具竞争力的小体积，能够满足严格的效率标准要求，适用于极致紧凑小巧的电源应用。然而，图腾柱无桥 PFC 电路由于没有桥堆的阻隔和保护，输入交流电直接施加在图腾柱拓扑的开关管上，电源系统非常容易受到过电流、浪涌过电压、输入电压跌落等故障的损害，很难满足安全性和各类保护功能要求，电源工程师们对图腾柱无桥PFC拓扑既喜欢又不敢靠近。

为了解决图腾PFC在应用中的各种挑战，慧能泰在2023年推出了业界首款图腾PFC专用数字控制器HP1010。在客户端接近两年的使用中，HP1010充分证明了其稳定性和可靠性。如今慧能泰推出了HP1010的迭代升级版HP1010A。HP1010A相对于HP1010更加易于使用，并且可以pin to pin实现对HP1010的替代。同时针对客户提出的一些新的功能需求，HP1010A也相应的进行了升级。

图一：HP1010A引脚定义和封装图

HP1010A芯片特性：

• 灵活的PWM控制

  - PWM频率范围为20 kHz至200 kHz

  - 交流线路过零期间的PWM软启动

  - 抖频功能可改善EMI

• 高性能控制环路

  - 25 MHz ADC用于线路电压、输出电压和电流检测

  - 动态性能优越

  - 支持高压直流输入

• 多模式工作

  - 重负载条件下的连续导通模式 (CCM)

  - 轻负载条件下的断续导通模式 (DCM)

  - 零负载条件下的打嗝模式

  - 高低压可分别配置模式参数

• 故障保护

  - 输入过压和欠压保护

  - 输出过压和欠压保护

  - 输出采样短路保护

  - 电流CBC保护

  - 过功率保护

  - 外部NTC过温保护

  - 输出冗余过压保护

• 系统功能

  - 输出电压参考值跟随功率变化

  - Relay的节电模式降低待机功耗

  - Relay延时补偿功能减小冲击电流

  - 功率计量功能

  - Precharge功能为驱动芯片自举电容充电

  - SKIP功能可在burst模式下关闭外部驱动供电

  - PFC OK指示功能

  - PS ON功能

  - X电容补偿功能以提升PF值

• −40℃到+125℃的环境工作温度

HP1010A的典型应用

HP1010A采用4 mm x 4 mm QFN-24L封装，集成高速ADC、比较器等高性能模拟前端，外围电路精简，整体方案紧凑，占用PCB面积小，节省电路板空间，有效降低BOM成本。

图二：HP1010A典型应用电路图

HP1010A的系统方案的优势

HP1010A系统方案的工作原理

效率指标

采用HP1010A的1kW图腾柱无桥PFC参考设计，高压满载效率接近99%，低压满载大于97.6%。

图五：1kW图腾柱PFC评估板效率曲线

PF值&THD指标

采用HP1010A的1kW图腾柱无桥PFC参考设计可以实现良好的PF值&THD指标，高低压下满载THD都在2%左右。

图六：1kW图腾柱PFC评估板PF值&THD指标

负载动态

基于1kW图腾柱PFC评估板测试，负载空载切满载，输出电压跌落小于30V。

图七：1kW图腾柱PFC评估板动态指标

输入动态

输入高低压切换，系统工作稳定。

图八：1kW图腾柱PFC评估板满载条件下高低压切换

输入电压Drop测试

各种相位和跌落持续时间的测试，系统均可正常运行，无驱动极性错误。

图九：1kW图腾柱PFC评估板满载条件下Drop测试

输入热插拔测试

热插拔测试下，驱动无极性错误，工作逻辑正常。

图十：1kW图腾柱PFC评估板热插拔测试

浪涌测试

在6kV浪涌下测试，系统也能够正常工作。

图十一：1kW图腾柱PFC评估板6KV浪涌测试

HP1010A新增功能项

PFC输出电压跟随功率变化的功能，配合后级DCDC变换器，可以帮助客户实现系统最优效率。

图十二：PFC输出电压跟随功率变化的功能

轻载条件下，Relay的节电模式，可以关闭Relay的驱动，减少Relay的驱动功耗。更适用于对待机功耗有严格要求的场合。

图十三：Relay的节电模式

SKIP功能进一步优化空载待机功耗，GPIO5复用SKIP功能，可以使PFC在burst模式下，不需要驱动时关闭驱动芯片的供电，从而降低驱动的损耗。

图十四：SKIP模式

负载变化时的PWM的软起功能可以减少对系统的干扰。

图十五：PWM的软起功能

Precharge功能可以对驱动芯片的自举电容进行充电。

图十六：Precharge功能

 HP1010A 1000W评估板

慧能泰同步推出了HP1010A 1kW的评估板。该评估板基本参数如下：

• 输入电压范围：90 VAC ~ 264 VAC

• 输出电压: 400 VDC

• 输出功率：1kW

• 典型效率：98.7%

图十七：采用HP1010A的1kW评估板