慧能泰HP1013A如何突破大功率电源的效率极限

双相交错并联Boost PFC凭借其输入电流纹波小，EMI设计简单，器件应力小等优点，成为大功率电源应用的首选。但是目前市场上现有的双相交错PFC控制器都为模拟控制，控制不灵活，外围电路复杂且价格昂贵，越来越难以满足市场上不同客户的应用需求。为了解决这个问题，慧能泰半导体推出国内首款集成驱动的数模混合CCM双相交错PFC控制器——HP1013A。它在PF值、THD、效率、动态响应等核心指标上均达到业内领先水平，同时提供丰富的系统级功能。

更值得关注的是，HP1013A内置驱动具备直驱SiC MOSFET的能力。近年来，SiC技术日趋成熟，价格逐年走低，性价比优势凸显。SiC MOSFET开关速度快、开关损耗低、高温导通阻抗稳定等特点，与HP1013A的交错PFC方案相结合，可实现效率与功率密度的双重跃升，为大功率电源设计提供极具竞争力的完整解决方案。

图一：HP1013A引脚定义和封装图

HP1013A芯片特性

灵活的PWM控制

– PWM 频率范围为 20 kHz 至 200 kHz

– 抖频功能可改善 EMI

– 两相交错可有效减小电流纹波

– 内部集成驱动

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（burst）

– 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过温保护功能

– 输出Second OVP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

– 支持I2C & UART通信功能

– PFC OK指示功能

– X电容补偿功能以提升PF值

−40℃到+125℃的环境工作温度

HP1013A的典型应用

HP1013A采用SSOP-24L封装，内部集成驱动，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：HP1013A典型应用电路图

HP1013A系统方案的优势

HP1013A相对于同类友商产品，具有更高的集成度、更好的灵活度、更丰富灵活的保护配置并支持多种外部通讯接口。相关对比信息如下表所示。

效率指标

采用HP1013A的1000W交错PFC参考设计，高压满载效率98.16%，低压满载效率96.4%。

图三：1 kW交错PFC评估板效率曲线

PF值&THD指标

采用HP1013A的1 kW交错PFC参考设计可以实现良好的PF值&THD指标，高低压下满载THD低于1.5%。

图四：1 kW 交错PFC评估板PF值&THD指标

稳态工作波形

高低压输入满载下，系统稳态波形，可以很好地实现两相均流。

图五：1 kW交错PFC评估板满载稳态波形

负载动态

基于1000W交错PFC评估版测试，高压额定满载1000W，低压额定满载600W。负载空载切满载测试，输出电压跌落小于35V。

图六：1 kW交错PFC评估板动态指标

Phase Shedding

Phase Shedding功能，轻载时保持单相运行，可以进一步提升轻载时的效率以及PF值&THD指标。

图七：HP1013A Phase Shedding功能

HP1013A系统功能

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。

图八：HP1013A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。以评估板实际使用的继电器为例，可以降低约400 mW的功耗，更适用于对待机功耗有严格要求的场合。

图九：Relay的节电模式

Relay的延时补偿功能，可以减小Relay闭合时的冲击电流。

图十：Relay的延时补偿功能

PFC OK指示功能，可以实现对后级DCDC变换器的控制。

图十一：PFC OK指示功能

HP1013A可以通过I2C或则UART通信将输入电压，输入电流，输入功率以及系统工作状态上报给系统，实现对系统工作状态的监控。以下是HP1013A功率汇报的测试结果：

图十二：功率计量功能

HP1013A 1 kW评估板

慧能泰同步推出了HP1013A 1 kW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：1 kW

图十三：采用HP1013A的1 kW评估板

关于慧能泰半导体

深圳慧能泰半导体科技有限公司是一家专注于智慧能源控制技术的公司，主要面向智能快充和数字能源领域，提供高性能数模混合芯片产品。公司总部设立在深圳国际创新谷，同时在上海、浙江杭州、美国加州设有研发中心。慧能泰的核心研发团队来自国内外顶尖半导体公司，拥有强大的研发创新能力。公司现已获多项授权专利，拥有独立自主知识产权，并于2020年被评为“高新技术企业”，2023年获评国家级专精特新“小巨人”企业。

目前，慧能泰已完成了围绕USB Type-C生态链的整体产品布局，开发并量产了多款产品：供电端的多系列PD Source协议芯片，受电端的高性能PD Sink(PD 诱骗芯片)、Type-C端口控制器（CC Logic），线缆端的USB eMarker（电子标签芯片）。成立以来，慧能泰连续推出多款业界领先的产品并广受市场欢迎。公司芯片出货量逾10亿颗，标杆性客户有联想、小米、三星、HP、贝尔金和努比亚等。同时，慧能泰也致力于提高能源利用效率、研究能源控制技术，借助自身的技术研发优势，面向ICT（通信服务器）、数据中心、光伏逆变器、储能等工业应用，研发数字电源控制芯片、高压驱动芯片、电源转换芯片和模块等产品。

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