【導讀】電子產(chǎn)品持續(xù)快速發(fā)展使高效電源設(shè)計的要求也不斷提高。教科書中定義的高效轉(zhuǎn)換電路已不能滿足市場的實際需求，在額定工作條件下實現(xiàn)高效只是現(xiàn)代市場的其中一個要求。真正具有競爭力的電源設(shè)計必須在整個負載和工作電壓范圍內(nèi)保持高效，包括在輕載和待機條件之下。
就這一點而言，主流能效監(jiān)管機構(gòu)（例如歐盟委員會、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)標準（見圖1）。
圖1: 主流能效監(jiān)管機構(gòu)
大多數(shù)標準都提出了在10％至100％額定負載電流范圍內(nèi)的平均效率要求，以及在空載或待機狀態(tài)下允許的最大功耗要求。實際中，不同的細分市場通常會根據(jù)其最終應用做特定的要求。
以下為部分示例：
● 臺式計算機通常需要在輕載下長時間運行，因此對它們在低于滿載10％的負載條件下運行有特定的效率要求。針對特定的品牌和型號，要求也有所不同。
● 對電視電源來說，最重要的是待機模式下的效率。將一些基本的顯示和遙控功能考慮進去，通常要求低于300mW的功耗。
● 電源適配器因為可以與負載完全斷開，所以將空載功耗降至最低是最重要的。一些手機適配器的空載功耗甚至可以達到10mW以下。
不過，在產(chǎn)品級電源設(shè)計中，效率只是設(shè)計人員的多個性能考量和權(quán)衡因素之一。任何提高效率的嘗試都必須考慮其對其他性能因素的影響，例如紋波、瞬態(tài)性能、噪聲和EMI。在實際的產(chǎn)品設(shè)計過程中，這可能需要進行大量優(yōu)化工作才能滿足不同市場中不同項目的特定要求。
面對如此復雜和多樣的需求，為不斷更新?lián)Q代的產(chǎn)品設(shè)計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)代標準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現(xiàn)高效電源設(shè)計的關(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)計靈活性，完全可以滿足各種市場應用和功率水平的效率和性能需求（見圖2） 。
圖2: HR121x系列產(chǎn)品中HR1210的典型應用電路
HR121x系列產(chǎn)品集成了高壓電流源、安全認證的X電容放電電路和高壓PFC + LLC驅(qū)動電路。與競爭方案相比，其電路非常簡單，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，因此還繼承了傳統(tǒng)模擬芯片在某些方面的優(yōu)勢，如相應速度、實時峰值電流保護、容性保護、自動死區(qū)調(diào)節(jié)以及開關(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器，為整體解決方案提供了極大的靈活性。通過UART通信端口配置，可以輕松控制PFC和LLC兩級電路之間的協(xié)作、不同控制模式之間的切換、關(guān)鍵操作點的切換頻率以及保護功能的閾值時間和恢復方法。因此，采用HR121x系列產(chǎn)品的電源設(shè)計能夠在任意負載條件下靈活地適應不同應用的性能要求（見圖3）。
圖3: HR121x系列產(chǎn)品的PFC控制模式
HR121x系列產(chǎn)品的PFC控制部分可實現(xiàn)CCM和DCM混合模式運行：
● 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，以實現(xiàn)開關(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)模式下運行，以進一步降低開關(guān)損耗。
通過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，從而針對不同的輸入電壓和負載條件，對效率曲線的每一個部分進行優(yōu)化。
HR121x系列產(chǎn)品的LLC控制部分采用高級電流模式，相比傳統(tǒng)的電壓模式，其穩(wěn)定性和響應速度更佳。此外，HR121x器件根據(jù)負載條件分為三種不同的工作模式（參見圖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通并最小化RMS電流。
● 如果設(shè)備在相對輕載條件下進入跳頻模式，則會通過插入死區(qū)時間來降低等效開關(guān)頻率，并避免切換到可聞頻率范圍內(nèi)。
● 在極輕負載條件下可進入頻率可調(diào)的突發(fā)模式，這樣，在進一步降低開關(guān)損耗的同時，還可以通過頻率控制來調(diào)節(jié)可聞噪聲的影響。
同樣，每種模式的切換點和工作狀態(tài)也可以進行數(shù)字調(diào)整，以實現(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今許多應用的效率要求，同時還提供了一流的性能與集成度。 其數(shù)字內(nèi)核為設(shè)計人員提供了進一步優(yōu)化設(shè)計的靈活性，完全可以滿足當今的電源效率標準，并應對下一代設(shè)備新要求所帶來的挑戰(zhàn)。
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