前言
在电信、服务器和数据中心的电源系统,甚至小功率的适配器电源中,高效率和小尺寸始终是开关电源设计的最重要考虑因素。为实现功率效率和尺寸改进的目标,特别是随着第三代半导体器件氮化镓和碳化硅的大范围应用,电源开关的设计需要采用更适合的拓扑和新的控制方案。
传统的有桥 PFC 拓扑通常依赖于桥式整流器,这种设计在高功率密度应用中存在固有的效率限制。而且桥式整流器中的二极管在导通时也会产生较大的导通损耗,不仅限制了整体效率,还可能导致系统过热。
与此相对,图腾柱无桥PFC(TPPFC)技术通过去除桥式整流器中的二极管,从根本上解决了这一效率瓶颈。这种无桥设计不仅减少了功率损耗,还简化了系统结构,提高了功率密度。通过数字控制技术的引入,TPPFC能够实现更精确的电流检测和控制,优化系统在不同负载条件下的性能。与传统PFC相比,TPPFC在轻载和过载情况下的瞬态响应更为出色,适用于极致紧凑小巧的电源应用。
图腾柱电路
充电头网统计了参与2024(春季)亚洲充电展的两家企业所推出的图腾PFC控制器。并将这些信息汇总整理,形成了下表,详细展示了各家企业的主打产品及其封装特点。
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排名不分先后,按企业英文首字母顺序排列。
FANTASTICHIP梵塔
图腾PFC控制器 FAN6616&FAN6618
FAN6616&FAN6618是一款集成了多种功能的图腾柱PFC控制器,它采用基于峰值电流控制的CCM/CRM/DCM多模式工作机制,能够灵活地在工频周期内配置单模式或多模式工作,以实现最高效率。所谓多模式是指该芯片可以一个交流工频周期内实现CCM/CRM/DCM的自由切换; 而单模式工作是指在一个工频周期内,只能选择CCM,CRM或DCM一种工作模式。
此外,该芯片具备自适应DCM谷底切换工作能力,支持超过300kHz的高频操作,并通过过零点软起控制技术,实现平滑的交流电流过零点,减少开关损耗。此外,FAN6616&FAN6618还支持UART在线通讯,具有功率计功能,内置BOOST Follower功能,允许输出电压跟随输入电压,同时具备抗浪涌设计,增强了电源系统的稳定性和可靠性。
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FAN6616&FAN6618还提供了智能PF补偿,满足80 PLUS钛金认证级别的要求,确保在额定电压下10%至100%的全功率范围内总谐波失真小于10%。芯片内置的频率抖动功能有助于优化EMI特性,减少电磁干扰。此外,FAN6616&FAN6618还具备可编程的CBC反向电流保护,防止电流倒灌,以及可配置的X-cap放电功能,确保电源安全。集成的MTP和GUI允许用户方便地配置各种参数,如工作模式、模式选择阈值、过零死区等。为了进一步提高系统的安全性,
FAN6616还提供了全面的保护功能,包括输入过压保护、输入欠压保护、输出过压保护、输出欠压保护、CS短路保护和过温保护等,确保电源系统在各种条件下都能稳定运行。
FAN6616跟FAN6618的区别在于FAN6616采用Shunt电流采样,而FAN6618采用霍尔电流采样,相对来说Shunt采样成本较低,设计简单,在低至中等电流范围内可以提供高精确的电流测量。而霍尔电流可以提供快速的电流响应,由于不需要与被测电流直接接触,具有很宽的测量范围,适用于高压或高电流环境。
FAN6616跟FAN6618都采用QFN4x4封装。
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Hynetek慧能泰
慧能泰HP1010
为了实现图腾柱无桥 PFC 的高效要求并克服它带来的各种挑战,慧能泰推出了业界首款图腾柱无桥 PFC 专用数字控制器 HP1010,其数字架构基于高速数字状态机架构,并集成了高性能模拟前端以及高速比较器,确保了图腾柱无桥 PFC 的高性能实时控制。HP1010 提供的逐周期限流保护 (CBC) 可有效避免因电源电压异常波动过程中引起的过电流问题,浪涌电压保护功能可以使在浪涌过电压尤其是正半周反向雷击、负半周正向雷击时快速关断慢速同步整流管,有效增强图腾柱无桥 PFC 的稳定性和可靠性。此外,HP1010 还集成了丰富的可编程保护功能,包括:输入电压过压/欠压保护、输出电压过压/欠压保护、输出反馈电压开路保护等,保护功能参数与使能均可独立配置。
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HP1010 具备智能切换模式(CCM、DCM和Burst Mode),以适应不同负载条件下的需求,并实现良好的轻载效率。HP1010 支持开关频率延展功能,可以有效提升图腾柱无桥 PFC 电源系统的电磁干扰(EMI)性能。仅需通过图形用户界面(GUI)软件即可对芯片功能进行设定以满足新方案的需求,加速产品设计和上市时间。
作为业界首颗图腾柱无桥 PFC 数模混合专用控制器,灵活的设计特点,使其可广泛应用云计算/服务器电源、高性能计算机、5G/电信电源、工业电源、超高密度 (UHD) 电源等电源系统。
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充电头网总结
在电源系统设计领域,图腾柱无桥PFC技术通过消除传统桥式整流器的二极管,有效提高了系统的效率和功率密度,同时简化了系统结构。慧能泰的HP1010和梵塔的FAN6616和FAN6618通过智能控制和多项保护机制,使电源系统在效率、可靠性和EMI性能方面有所保障。
未来,随着第三代半导体器件的进一步普及,我们可以期待图腾柱无桥PFC技术在更广泛的应用中发挥更大作用,包括云计算、5G通信、工业电源等领域。这些创新产品不仅推动了电源技术的发展,也为整个电子行业带来了更加高效、可靠和环保的解决方案。
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