【導(dǎo)讀】電子產(chǎn)品持續(xù)快速發(fā)展使高效電源設(shè)計(jì)的要求也不斷提高。教科書(shū)中定義的高效轉(zhuǎn)換電路已不能滿足市場(chǎng)的實(shí)際需求，在額定工作條件下實(shí)現(xiàn)高效只是現(xiàn)代市場(chǎng)的其中一個(gè)要求。真正具有競(jìng)爭(zhēng)力的電源設(shè)計(jì)必須在整個(gè)負(fù)載和工作電壓范圍內(nèi)保持高效，包括在輕載和待機(jī)條件之下。
就這一點(diǎn)而言，主流能效監(jiān)管機(jī)構(gòu)（例如歐盟委員會(huì)、ErP / EuP Ready、80 Plus和能源之星）已經(jīng)制定了產(chǎn)品功耗和效率的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)（見(jiàn)圖1）。
圖1: 主流能效監(jiān)管機(jī)構(gòu)
大多數(shù)標(biāo)準(zhǔn)都提出了在10％至100％額定負(fù)載電流范圍內(nèi)的平均效率要求，以及在空載或待機(jī)狀態(tài)下允許的最大功耗要求。實(shí)際中，不同的細(xì)分市場(chǎng)通常會(huì)根據(jù)其最終應(yīng)用做特定的要求。
以下為部分示例：
● 臺(tái)式計(jì)算機(jī)通常需要在輕載下長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行，因此對(duì)它們?cè)诘陀跐M載10％的負(fù)載條件下運(yùn)行有特定的效率要求。針對(duì)特定的品牌和型號(hào)，要求也有所不同。
● 對(duì)電視電源來(lái)說(shuō)，最重要的是待機(jī)模式下的效率。將一些基本的顯示和遙控功能考慮進(jìn)去，通常要求低于300mW的功耗。
● 電源適配器因?yàn)榭梢耘c負(fù)載完全斷開(kāi)，所以將空載功耗降至最低是最重要的。一些手機(jī)適配器的空載功耗甚至可以達(dá)到10mW以下。
不過(guò)，在產(chǎn)品級(jí)電源設(shè)計(jì)中，效率只是設(shè)計(jì)人員的多個(gè)性能考量和權(quán)衡因素之一。任何提高效率的嘗試都必須考慮其對(duì)其他性能因素的影響，例如紋波、瞬態(tài)性能、噪聲和EMI。在實(shí)際的產(chǎn)品設(shè)計(jì)過(guò)程中，這可能需要進(jìn)行大量?jī)?yōu)化工作才能滿足不同市場(chǎng)中不同項(xiàng)目的特定要求。
面對(duì)如此復(fù)雜和多樣的需求，為不斷更新?lián)Q代的產(chǎn)品設(shè)計(jì)電源解決方案變得愈加困難。許多傳統(tǒng)的模擬電源解決方案都不具備現(xiàn)代標(biāo)準(zhǔn)要求的靈活性和可調(diào)性，而充分利用數(shù)字多模式解決方案已成為實(shí)現(xiàn)高效電源設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。
HR121x系列產(chǎn)品是MPS的第二代數(shù)字PFC + LLC集成控制器，它提供多種控制模式以及出色的設(shè)計(jì)靈活性，完全可以滿足各種市場(chǎng)應(yīng)用和功率水平的效率和性能需求（見(jiàn)圖2） 。
圖2: HR121x系列產(chǎn)品中HR1210的典型應(yīng)用電路
HR121x系列產(chǎn)品集成了高壓電流源、安全認(rèn)證的X電容放電電路和高壓PFC + LLC驅(qū)動(dòng)電路。與競(jìng)爭(zhēng)方案相比，其電路非常簡(jiǎn)單，幾乎不需要外部組件。
另外，HR121x系列產(chǎn)品采用數(shù)模混合芯片設(shè)計(jì)，因此還繼承了傳統(tǒng)模擬芯片在某些方面的優(yōu)勢(shì)，如相應(yīng)速度、實(shí)時(shí)峰值電流保護(hù)、容性保護(hù)、自動(dòng)死區(qū)調(diào)節(jié)以及開(kāi)關(guān)周期內(nèi)的其他功能 。
HR121x的數(shù)字控制核心結(jié)合可重新編輯的存儲(chǔ)器，為整體解決方案提供了極大的靈活性。通過(guò)UART通信端口配置，可以輕松控制PFC和LLC兩級(jí)電路之間的協(xié)作、不同控制模式之間的切換、關(guān)鍵操作點(diǎn)的切換頻率以及保護(hù)功能的閾值時(shí)間和恢復(fù)方法。因此，采用HR121x系列產(chǎn)品的電源設(shè)計(jì)能夠在任意負(fù)載條件下靈活地適應(yīng)不同應(yīng)用的性能要求（見(jiàn)圖3）。
圖3: HR121x系列產(chǎn)品的PFC控制模式
HR121x系列產(chǎn)品的PFC控制部分可實(shí)現(xiàn)CCM和DCM混合模式運(yùn)行：
● HR121x系列產(chǎn)品可以在重載條件下完全工作于CCM模式，以最大限度降低峰值電流。
● 在中等負(fù)載或高輸入電壓條件下，可在同一電源頻率周期中采用CCM和DCM混合模式工作，以實(shí)現(xiàn)開(kāi)關(guān)損耗和峰值電流的最佳平衡。
● 在輕載條件下，HR121x系列產(chǎn)品可以在低頻DCM或可調(diào)突發(fā)模式下運(yùn)行，以進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗。
通過(guò)HR121x系列產(chǎn)品的內(nèi)部數(shù)字寄存器可以調(diào)整不同模式的切換點(diǎn)，從而針對(duì)不同的輸入電壓和負(fù)載條件，對(duì)效率曲線的每一個(gè)部分進(jìn)行優(yōu)化。
HR121x系列產(chǎn)品的LLC控制部分采用高級(jí)電流模式，相比傳統(tǒng)的電壓模式，其穩(wěn)定性和響應(yīng)速度更佳。此外，HR121x器件根據(jù)負(fù)載條件分為三種不同的工作模式（參見(jiàn)圖4）。
圖4: HR121x的LLC控制模式
● 在重載條件下，采用連續(xù)諧振模式以確保零電壓導(dǎo)通并最小化RMS電流。
● 如果設(shè)備在相對(duì)輕載條件下進(jìn)入跳頻模式，則會(huì)通過(guò)插入死區(qū)時(shí)間來(lái)降低等效開(kāi)關(guān)頻率，并避免切換到可聞?lì)l率范圍內(nèi)。
● 在極輕負(fù)載條件下可進(jìn)入頻率可調(diào)的突發(fā)模式，這樣，在進(jìn)一步降低開(kāi)關(guān)損耗的同時(shí)，還可以通過(guò)頻率控制來(lái)調(diào)節(jié)可聞噪聲的影響。
同樣，每種模式的切換點(diǎn)和工作狀態(tài)也可以進(jìn)行數(shù)字調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)效率和可聞噪聲之間的最佳平衡。
HR121x產(chǎn)品系列提供的出色解決方案可以滿足當(dāng)今許多應(yīng)用的效率要求，同時(shí)還提供了一流的性能與集成度。 其數(shù)字內(nèi)核為設(shè)計(jì)人員提供了進(jìn)一步優(yōu)化設(shè)計(jì)的靈活性，完全可以滿足當(dāng)今的電源效率標(biāo)準(zhǔn)，并應(yīng)對(duì)下一代設(shè)備新要求所帶來(lái)的挑戰(zhàn)。
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