雙相交錯功率因數校正(Power Factor Correction, PFC)通過并聯結構減少了輸入電流紋波，改善EMI性能，降低開關管的電流應力，熱量分布均勻從而提高了系統的可靠性和壽命。因此，在中大功率應用中, 尤其是在高功率密度，扁平化的設計要求較高的應用中，受到廣泛使用。當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用場景，越來越顯得限制重重。慧能泰HP1011和HP1013采用電感電流連續導電模式(Continue Conduction Mode，CCM)的交錯Boost PFC變換器。這兩款芯片的主要區別在集成度上，HP1013內置雙路驅動，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勢：靈活配置和智能化。

圖1：雙相交錯PFC典型應用，HP1011(左)外置驅動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良性能，可幫助客戶輕松設計出高性能，高可靠性的開關電源產品。同時HP1011和HP1013的數字內核確保了關鍵參數的靈活配置，可滿足各類應用場合的不同規格指標要求，客戶可以使用HP1011或HP1013替換友商同類產品，例如UCC28070、FAN9672、R2A20114BFP等，替代成本更低，并且性能更優。

表1：HP1011和HP1013與類似產品對比

相電流動態均流

雙相交錯PFC的并聯結構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支持相電流動態均流功能。通過GUI軟件可配置使能兩通道間電感電流動態均流，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1;反之，如果差異較大，則選用系數4。顯然這種簡單靈活的選擇， 比在電路上優化擺放， 以及設計上消除誤差，工作效率要高出很多。并且，在有限的空間和系統環境里，絕對對稱是不實際的。對于這種情況，動態均流功能就更加重要。真正意義上提高設計靈活度。

圖2：雙相交錯PFC， 切相和均流的配置界面(GUI)

圖3：啟用相電流動態均流，在雙相參數明顯差異下依然可以實現均流

切相配置

為了優化輕載效率，HP1011 提供切相功能。當負載減小時，兩個功率管減少為一個將進一步減少開關損耗。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。設計復雜度大大增加。仍然參考圖2，HP1011切相功能的實現非常簡單。首先，設計人員可以根據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

設備智能化是順應政策和市場的必然結果。首先，按照國發〔2024〕7號文件，《推動大規模設備更新和消費品以舊換新行動方案》要求，財政部和稅務總局發布了2024年第9號公告，就節能節水、環境保護和安全生產專用設備數字化、智能化改造給與企業所得稅傾斜。其次，各行各業在人工智能商業化的催化驅動下， 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需要與充電中的交通工具行通信，以控制充電過程、監控充電狀態和計費;智能家居和物聯網設備需要高效的電源管理，以延長設備壽命和優化能源使用。如果PFC控制器能夠與家庭能源管理系統通信，協調設備電源管理，從而實現電能質量優化和高效能耗。針對這些應用需求， 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, 監測的功率范圍和監測的更新速度都可以通過4個配置選項調整從而滿足設計應用的實際需求。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。對于50%以上的負載基本可以實現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用通常涉及復雜的電源管理和智能優化需求，這些應用需要實時監控、遠程控制和數據交換，以確保系統的高效、穩定和可靠運行。借助通信功能，PFC控制器可以提供關鍵的電能質量數據，并接受優化控制指令，從而提高整體系統性能。HP1011提供I2C 和UART兩種常見的通信接口。I2C常用于短距離通信，適用于設備內部的模塊之間通信;UART常用于簡單的點對點通信。UART的數據傳輸速率有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的數字控制器，采用平均電流控制，其數字架構基于高速數字狀態機架構，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。 數字內核給工程師們帶來了非常靈活的差異化設計和簡單快捷的設計體驗。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

關于慧能泰半導體

深圳慧能泰半導體科技有限公司是一家專注于智慧能源控制技術的公司，主要面向智能快充和數字能源領域，提供高性能數模混合芯片產品。公司總部設立在深圳前海，同時在上海、浙江杭州、美國加州設有研發中心。慧能泰的核心研發團隊來自國內外頂尖半導體公司，擁有強大的研發創新能力。公司現已獲多項授權專利，擁有獨立自主知識產權，并于2020年被評為“高新技術企業”，2023年獲評國家級專精特新“小巨人”企業。

目前，慧能泰已完成了圍繞USB Type-C生態鏈的整體產品布局，開發并量產了多款產品：供電端的多系列PD Source協議芯片，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，慧能泰連續推出多款業界領先的產品并廣受市場歡迎。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，借助自身的技術研發優勢，面向ICT(通信服務器)、數據中心、光伏逆變器、儲能等工業應用，研發數字電源控制芯片、高壓驅動芯片、電源轉換芯片和模塊等產品。

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