而對于高效率的定義，眾多相關(guān)的主流機構，例如能源之星，80 PLUS，美國能源部的EISA以及歐盟委員會(huì )的ErP和CoC，都給出了明確卻不盡相同的要求，通常工作范圍在10％到 100％負載之間，當然還有無(wú)負載工作條件。

 

同時(shí)，根據實(shí)際應用需求，不同應用即使在既定的操作條件下也需要遵守不同的規范。例如，基于每個(gè)品牌和每個(gè)型號的睡眠模式功耗不同，PC電源在特定負載條件下的額定效率可能需要低于額定功率的10％；而電視機電源最關(guān)心則是待機模式下的效率，通常輸入功率為遙控器關(guān)閉電視時(shí)的最大功耗300mW。同樣，由于適配器大部分時(shí)間是工作在沒(méi)有插入任何負載的情況下，所以適配器對空載功率的要求最嚴格，有時(shí)甚至要求低于10mW。由此看來(lái)，規格如此之多，即使額定功率相同，也根本無(wú)法采用統一的設計來(lái)覆蓋所有應用。 

 

除此之外，優(yōu)化效率必定會(huì )對紋波、瞬態(tài)響應以及音頻噪聲產(chǎn)生系統影響，而這些性能卻是極其重要的。所以，現如今想要設計出完全合格且具有競爭力的電源產(chǎn)品，始終需要不斷調整設計、微調參數以及權衡各個(gè)方面的要求。

 

其中，最流行的拓撲組合：帶LLC的PFC常規模擬控制方案，已流行了數十年。但隨著(zhù)新趨勢以及效率要求的不斷提高，當今的設計解決方案必須更加靈活，才能有效支持各種系統需求。

 

圖1：不同情況下的PFC控制模式選項

 

除了常見(jiàn)的單一臨界導通模式（CrM）或連續導通模式（CCM）之外，PFC級還可以多種模式組合使用。

 

重載時(shí)，CCM模式可以最大程度地降低峰值電流，減小電感及EMI濾波器的器件尺寸（見(jiàn)圖1）。 在中載時(shí)，CCM和斷續導通模式（DCM）或CrM的混合控制模式可以很好地平衡峰值電流幅度和開(kāi)關(guān)損耗。輕載時(shí)，斷續導通模式（DCM）或突發(fā)模式可以最大程度地降低開(kāi)關(guān)損耗，實(shí)現最佳輕載效率。 因此，具有可編程變頻技術(shù)的混合控制模式可以精確地切換不同模式，對效率性能曲線(xiàn)的微調非常有效。 在LLC這一級，市場(chǎng)正從常規的電壓控制模式逐漸轉變?yōu)殡娏骺刂颇Ｊ?，因為后者可以提供更好的穩定性和瞬態(tài)響應。 換句話(huà)說(shuō)，基于電流控制模式的新設計在一系列應用需求中為環(huán)路調節留出了更大的設計空間。

 

圖2：不同負載條件下的LLC控制模式

 

同樣，LLC控制方案也正在衍生出多種混合控制模式。例如，圖2 顯示了不同負載條件下，針對不同目標效率和其他性能優(yōu)化要求的三種模式組合。重載時(shí)，諧振模式可以保證在零電壓開(kāi)關(guān)和最小RMS電流的情況下實(shí)現最佳效率。

 

如在跳頻模式中，每?jì)蓚€(gè)開(kāi)關(guān)周期后會(huì )出現一個(gè)開(kāi)關(guān)空閑周期，這樣可以減少開(kāi)關(guān)損耗和磁損耗，同時(shí)可以將低頻頻率保持在音頻噪聲范圍之上。 隨著(zhù)負載進(jìn)一步減小，它還能進(jìn)入突發(fā)運行模式，以最小化開(kāi)關(guān)損耗。

 

而且在突發(fā)模式下也可以調整很多設置，比如低頻頻率限制和軟啟動(dòng)/關(guān)斷。采用這些技術(shù)可以助力解決方案以滿(mǎn)足效率、紋波和音頻噪聲等方面的要求，同時(shí)帶有可編程工作點(diǎn)和進(jìn)入/退出閾值這些功能的解決方案已成為現代電源設計的理想選擇。

 

圖3：HR121x系列產(chǎn)品典型應用電路

 

作為 MPS的第二代數字PFC和LLC組合控制器，HR121x系列產(chǎn)品具有現代電源設計所需的全部功能和靈活性。采用HR121x系列產(chǎn)品的電源設計可以滿(mǎn)足各種效率要求，能顯著(zhù)提高研發(fā)工作效率。 HR121x系列產(chǎn)品結合了模擬和數字IC的優(yōu)點(diǎn)，并針對PFC和LLC應用進(jìn)行了全面的優(yōu)化。

 

通過(guò)集成高壓電流源、經(jīng)過(guò)安全認證的X電容放電功能、PFC低側驅動(dòng)和LLC半橋驅動(dòng)，外部電路可保持簡(jiǎn)單整潔（見(jiàn)圖3）。模擬電路的快速響應功能也得到了很好的保留，因為所有延遲敏感的功能塊仍通過(guò)芯片上的模擬和混合信號設計實(shí)現。 因此，HR121x能夠像任何模擬控制器一樣有效地實(shí)現逐周期電流限制，容性模式保護和死區時(shí)間自適應調整。 

 

圖4：HR121x GUI（圖像用戶(hù)界面）

 

另一方面，數字內核和片上可多次編程（MTP）存儲器為解決方案提供了極大的靈活性。 可以通過(guò)基于UART的加密狗和易用的GUI（見(jiàn)圖4）對關(guān)鍵參數、關(guān)鍵切換點(diǎn)的開(kāi)關(guān) 表征以及不同操作模式之間的轉換閾值進(jìn)行編程，從而可以根據不同的性能，不同額定功率條件下靈活滿(mǎn)足不同的效率要求。

 

HR121x的可編程性甚至還能延展至研發(fā)的下一個(gè)階段，可以采用自動(dòng)搜索最優(yōu)化的數字代碼來(lái)加速整個(gè)研發(fā)進(jìn)度。另外，通過(guò)UART通信，HR121x可以鏈接到自動(dòng)測試設備系統。

 

根據定義的范圍和步長(cháng)掃描目標寄存器，可以得出效率、紋波、功率因數等所有測試結果。 然后，篩選出測試數據來(lái)確定最優(yōu)代碼組合。這項工作可以由系統自動(dòng)完成，無(wú)需過(guò)多人力參與，而且其最終的代碼組合來(lái)源于真實(shí)的測試數據，非?？陀^(guān)可靠。 

 

圖5：基于HR121X的自動(dòng)效率優(yōu)化曲線(xiàn)

 

圖5 展示了基于HR121x的LabVIEW自動(dòng)測試系統。演示過(guò)程中，清除了PFC和LLC控制模式相關(guān)的寄存器，并將所有測試結果收集為總數據庫。然后根據最優(yōu)化的數字代碼建議將前五位過(guò)濾掉，以實(shí)現最高的平均效率。類(lèi)似的，在某些既定的負載、功率因數規格和輸出紋波要求條件下可以使用同一個(gè)數據庫來(lái)導出最優(yōu)數字代碼。

 

高效率始終是電源設計的一大目標，實(shí)現各方面的高效率更是重中之重。因此，是時(shí)候選擇HR121x這樣的解決方案了，該解決方案不僅具有最先進(jìn)的控制方案，還具有靈活的數字編程功能，能夠適應和滿(mǎn)足許多應用和操作條件，可以實(shí)現較高的效率目標，提高研發(fā)工作的效率。

 

 

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