雙相交錯功率因數(shù)校正(Power Factor Correction, PFC)通過并聯(lián)結(jié)構(gòu)減少了輸入電流紋波，改善EMI性能，降低開關(guān)管的電流應(yīng)力，熱量分布均勻從而提高了系統(tǒng)的可靠性和壽命。因此，在中大功率應(yīng)用中, 尤其是在高功率密度，扁平化的設(shè)計要求較高的應(yīng)用中，受到廣泛使用。當(dāng)前市面上的主流雙相交錯CCM模式PFC芯片，如UCC28070、FAN9672、R2A20114BFP、STNRGPF02等主要以模擬芯片為主。對于日新月異的各種應(yīng)用場景，越來越顯得限制重重?；勰芴〩P1011和HP1013采用電感電流連續(xù)導(dǎo)電模式(Continue Conduction Mode，CCM)的交錯Boost PFC變換器。這兩款芯片的主要區(qū)別在集成度上，HP1013內(nèi)置雙路驅(qū)動，進一步的簡化外圍電路。對比前一代模擬方案，慧能泰HyCtrl兩款芯片具有兩大優(yōu)勢：靈活配置和智能化。

圖1：雙相交錯PFC典型應(yīng)用，HP1011(左)外置驅(qū)動HP3000，HP1013(右)

01簡單靈活的配置

HP1011和HP1013集成完備的保護功能以及智能通信等諸多優(yōu)良性能，可幫助客戶輕松設(shè)計出高性能，高可靠性的開關(guān)電源產(chǎn)品。同時HP1011和HP1013的數(shù)字內(nèi)核確保了關(guān)鍵參數(shù)的靈活配置，可滿足各類應(yīng)用場合的不同規(guī)格指標要求，客戶可以使用HP1011或HP1013替換友商同類產(chǎn)品，例如UCC28070、FAN9672、R2A20114BFP等，替代成本更低，并且性能更優(yōu)。

表1：HP1011和HP1013與類似產(chǎn)品對比

相電流動態(tài)均流

雙相交錯PFC的并聯(lián)結(jié)構(gòu)不可避需要解決兩個分支的差異造成電流不對稱的問題。通常差異主要來自電路版布局走線差異，電路器件本身的差異。這些差異會導(dǎo)致反饋信號失真，從而造成兩路電流不對稱。HP1011支持相電流動態(tài)均流功能。通過GUI軟件可配置使能兩通道間電感電流動態(tài)均流，雙相間電感電流平均電流有效值偏差小于5%。如圖2，電流均衡(IBAL GAIN)有四個擋位可以選擇。如果兩路分支差異的具體程度很小，可以選擇系數(shù)1;反之，如果差異較大，則選用系數(shù)4。顯然這種簡單靈活的選擇， 比在電路上優(yōu)化擺放， 以及設(shè)計上消除誤差，工作效率要高出很多。并且，在有限的空間和系統(tǒng)環(huán)境里，絕對對稱是不實際的。對于這種情況，動態(tài)均流功能就更加重要。真正意義上提高設(shè)計靈活度。

圖2：雙相交錯PFC， 切相和均流的配置界面(GUI)

圖3：啟用相電流動態(tài)均流，在雙相參數(shù)明顯差異下依然可以實現(xiàn)均流

切相配置

為了優(yōu)化輕載效率，HP1011 提供切相功能。當(dāng)負載減小時，兩個功率管減少為一個將進一步減少開關(guān)損耗。這個功能是UCC28070所不支持的。其他廠商的模擬方案需要額外的MCU控制信號。設(shè)計復(fù)雜度大大增加。仍然參考圖2，HP1011切相功能的實現(xiàn)非常簡單。首先，設(shè)計人員可以根據(jù)需求選擇兩路里的任意一路。其次，啟動切相功能的功率門限值有10個擋位可以選擇。同時，切相的功率遲滯也有8個選擇。這樣就給工程師提供了豐富組合選項來滿足各種各樣的系統(tǒng)需求。

圖4是HP1011的切相實測波形。雙相到單項(上)和單相到雙相(下)波形。從圖5可以明顯看出虛線在270W以下，單相效率高于雙相效率最高可達兩個百分點。

圖4：換相電流， 電壓，PWM波形(基于HP1011測試)

圖5：切相后輕載效率明顯提高(虛線)

02智能化

設(shè)備智能化是順應(yīng)政策和市場的必然結(jié)果。首先，按照國發(fā)〔2024〕7號文件，《推動大規(guī)模設(shè)備更新和消費品以舊換新行動方案》要求，財政部和稅務(wù)總局發(fā)布了2024年第9號公告，就節(jié)能節(jié)水、環(huán)境保護和安全生產(chǎn)專用設(shè)備數(shù)字化、智能化改造給與企業(yè)所得稅傾斜。其次，各行各業(yè)在人工智能商業(yè)化的催化驅(qū)動下， 越來越多的場景需要信息傳遞來做進一步的智能處理。例如，電動交通工具充電站后臺系統(tǒng)需要與充電中的交通工具行通信，以控制充電過程、監(jiān)控充電狀態(tài)和計費;智能家居和物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備需要高效的電源管理，以延長設(shè)備壽命和優(yōu)化能源使用。如果PFC控制器能夠與家庭能源管理系統(tǒng)通信，協(xié)調(diào)設(shè)備電源管理，從而實現(xiàn)電能質(zhì)量優(yōu)化和高效能耗。針對這些應(yīng)用需求， HP1011特別支持功率計量和通信接口。

HP1011 的功率計量

HP1011 提供5個參數(shù)的信息：輸入電壓，電流的平均值，輸入功率， 輸入電壓的頻率，以及輸入電壓平均值。此外, 監(jiān)測的功率范圍和監(jiān)測的更新速度都可以通過4個配置選項調(diào)整從而滿足設(shè)計應(yīng)用的實際需求。下圖是HP1011 600W評估板上實際測量的功率計量曲線。200W以上的精度基本在2% 以內(nèi)。對于50%以上的負載基本可以實現(xiàn)1%的精度。

圖6：功率計量精度曲線(HP1011 600W實測波形)

I2C和UART通信接口

與PFC控制器進行通信的應(yīng)用通常涉及復(fù)雜的電源管理和智能優(yōu)化需求，這些應(yīng)用需要實時監(jiān)控、遠程控制和數(shù)據(jù)交換，以確保系統(tǒng)的高效、穩(wěn)定和可靠運行。借助通信功能，PFC控制器可以提供關(guān)鍵的電能質(zhì)量數(shù)據(jù)，并接受優(yōu)化控制指令，從而提高整體系統(tǒng)性能。HP1011提供I2C 和UART兩種常見的通信接口。I2C常用于短距離通信，適用于設(shè)備內(nèi)部的模塊之間通信;UART常用于簡單的點對點通信。UART的數(shù)據(jù)傳輸速率有4種可以選擇。

圖7：UART， I2C通信接口

綜上介紹，HP1011和HP1013是慧能泰最新的雙相交錯CCM模式PFC的數(shù)字控制器，采用平均電流控制，其數(shù)字架構(gòu)基于高速數(shù)字狀態(tài)機架構(gòu)，并集成了高性能模擬前端以及高速比較器，確保了PFC的高性能實時控制。 數(shù)字內(nèi)核給工程師們帶來了非常靈活的差異化設(shè)計和簡單快捷的設(shè)計體驗。不僅僅如此，這兩款芯片豐富的保護功能更為新一代的智能場景保駕護航。

圖8 ：HP1011(左)、HP1013(右)引腳定義和封裝圖

慧能泰同步推出了HP1011 1000W的評估板。該評估板基本參數(shù)如下：

輸入電壓范圍：90 VAC ~ 265 VAC

輸出電壓: 400 VDC

輸出功率：1000 W

典型效率：98.5%

圖9：采用HP1011的1000W評估板

關(guān)于慧能泰半導(dǎo)體

深圳慧能泰半導(dǎo)體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術(shù)的公司，主要面向智能快充和數(shù)字能源領(lǐng)域，提供高性能數(shù)?；旌闲酒a(chǎn)品。公司總部設(shè)立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設(shè)有研發(fā)中心。慧能泰的核心研發(fā)團隊來自國內(nèi)外頂尖半導(dǎo)體公司，擁有強大的研發(fā)創(chuàng)新能力。公司現(xiàn)已獲多項授權(quán)專利，擁有獨立自主知識產(chǎn)權(quán)，并于2020年被評為“高新技術(shù)企業(yè)”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業(yè)。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態(tài)鏈的整體產(chǎn)品布局，開發(fā)并量產(chǎn)了多款產(chǎn)品：供電端的多系列PD Source協(xié)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(xù)推出多款業(yè)界領(lǐng)先的產(chǎn)品并廣受市場歡迎。公司芯片出貨量逾3.5億顆，標桿性客戶有聯(lián)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(shù)，借助自身的技術(shù)研發(fā)優(yōu)勢，面向ICT(通信服務(wù)器)、數(shù)據(jù)中心、光伏逆變器、儲能等工業(yè)應(yīng)用，研發(fā)數(shù)字電源控制芯片、高壓驅(qū)動芯片、電源轉(zhuǎn)換芯片和模塊等產(chǎn)品。

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