方案 | HPMicro1500W图腾柱无桥PFC数字电源方案

面向数据中心、5G通信、新能源汽车等高功率密度应用场景对电源效率和智能化水平的严苛需求，求远电子推出了一款1500W图腾柱无桥PFC数字电源方案DPAD4831-PFC。该方案以完全自主的数字控制为核心，采用图腾柱无桥拓扑架构，彻底摒弃传统输入端整流桥，并结合第三代半导体氮化镓（GaN）与硅基MOSFET混合器件方案，实现了高效率、高功率因数、高可靠性的综合性能突破。

方案介绍

面向数据中心、5G通信、新能源汽车等高功率密度应用场景对电源效率和智能化水平的严苛需求，求远电子推出了一款1500W图腾柱无桥PFC数字电源方案DPAD4831-PFC。该方案以完全自主的数字控制为核心，采用图腾柱无桥拓扑架构，彻底摒弃传统输入端整流桥，并结合第三代半导体氮化镓（GaN）与硅基MOSFET混合器件方案，实现了高效率、高功率因数、高可靠性的综合性能突破。

方案的数字控制核心采用高性能MCU HPM6P81，其采用双核32位RISC-V处理器，主频高达600MHz，具有4个16位ADC外设，采样率可达2Msps，并可配置为12位/4Msps；提供多达32路高分辨率PWM，具备强大的运算能力和丰富的外设资源，为实现复杂控制算法提供了充足裕量，非常适用于数字电源应用。

方案采用2颗GaN器件作为高频开关管，2颗硅MOSFET作为低频换向管，形成经典的图腾柱无桥PFC结构。其中，GaN采用Cascode D-mode GaN，其栅极驱动电平与常规MOSFET兼容，可直接使用相同的驱动方案，无需为GaN额外配置特殊的栅极驱动芯片。本方案中，高频开关管GaN以80kHz开关频率工作，负责PFC电感的充放电与输入电流整形；低频换向管MOS以工频（50/60Hz）切换，实现交流输入正负半周的换向控制。这种“GaN高频+MOS工频”的混合架构在性能与成本之间取得了理想平衡：高频桥臂充分发挥宽禁带器件的低损耗优势，低频桥臂则利用硅MOSFET的低导通电阻优势，实现损耗的均衡优化。

为保障系统安全性与抗干扰能力，方案采用完善的全隔离设计：MCU等低压控制信号与功率电路实现物理隔离，关键采样与驱动路径均采用隔离器件。GaN和MOS均采用隔离栅极驱动芯片进行控制，为其提供可靠的驱动信号。采样部分通过隔离式运算放大器和MCU的片上16位ADC对输入交流电压和输出直流电压进行精确采样，提前电流和电压的控制精度。

控制策略采用基于电压外环与电流内环的双闭环平均电流控制，工作于CCM模式；空载及极轻载时自动进入Burst模式以降低待机损耗。方案引入占空比前馈控制以提升动态响应，并将采样获取的输入电压通过SOGI锁相环实现电网电压的精确同步与谐波抑制。

方案集成多种保护机制，包括过温保护（OTP）、过压保护（OVP）、过流保护（OCP）等，所有保护阈值均可通过软件进行配置，无需修改硬件，提高了设计的灵活性。