【導讀】電子產(chǎn)品持續(xù)快速發(fā)展使高效電源設計的要求也不斷提高。教科書中定義的高效轉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計必須在整個負載和工作電壓范圍內保持高效，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（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標準（見圖1）。
圖1: 主流能效監(jiān)管機構
大多數(shù)標準都提出了在10％至100％額定負載電流范圍內的平均效率要求，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)品級電源設計中，效率只是設計人員的多個性能考量和權衡因素之一。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)高效電源設計的關鍵。
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)調節(jié)以及開關周期內的其他功能 。
HR121x的數(shù)字控制核心結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或可調突發(fā)模式下運行，以進一步降低開關損耗。
通過HR121x系列產(chǎn)品的內部數(shù)字寄存器可以調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頻率，并避免切換到可聞頻率范圍內。
● 在極輕負載條件下可進入頻率可調的突發(fā)模式，這樣，在進一步降低開關損耗的同時，還可以通過頻率控制來調節(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)字內核為設計人員提供了進一步優(yōu)化設計的靈活性，完全可以滿足當今的電源效率標準，并應對下一代設備新要求所帶來的挑戰(zhàn)。
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