1. 簡(jiǎn)介

[HR1211]是一款集成了多模式 PFC 和電流模式 HB LLC 的組合控制器，它性能卓越，具體參數(shù)請(qǐng)參閱 HR1211 數(shù)據(jù)手冊(cè)。*附件：多模式 PFC + 電流模式 LLC 組合控制器.pdf

1.1 主要功能

1. 一般功能

• 高壓電流源上電
• AC斷開時(shí)提供智能 X 電容放電器
• 提供UART接口用于參數(shù)配置
• 用戶友好GUI可優(yōu)化 PFC 和 LLC 設(shè)計(jì)

2. 功率因數(shù)校正（PFC）控制器

• 專利產(chǎn)品 CCM/DCM 多模式 PFC 控制器，從輕載到滿載均具備高效率
• 輸入電容電流補(bǔ)償技術(shù)可實(shí)現(xiàn)高功率因數(shù)（PF）
• 可調(diào)頻率抖動(dòng)功能降低了電磁干擾 (EMI)
• 精確調(diào)整并自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓
• 數(shù)字PI提供電壓環(huán)路補(bǔ)償

3. 半橋 LLC 控制器

• 具有集成自舉 (BST) 二極管和高 dV/dt 抗擾度的 600V 上管 (HS) 柵極驅(qū)動(dòng)器
• 電流模式控制
• 具有最小和最大限制的自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間調(diào)整
• 輕載運(yùn)行期間提供跳頻/突發(fā)模式切換
• 可調(diào)軟啟動(dòng) (SS)

4. 保護(hù)功能

• 精確的欠壓保護(hù)/開啟（可調(diào)閾值和去抖動(dòng)定時(shí)器）
• 逐周期 PFC 限流保護(hù)
• PFC 輸出過(guò)壓保護(hù)（OVP）
• 可調(diào) PFC 開環(huán)保護(hù) (OLP)
• LLC 短路保護(hù) (OCP)
• LLC 過(guò)功率保護(hù) (OPP)
• 提供SO 引腳以實(shí)現(xiàn)外部保護(hù)
• LLC容性模式保護(hù)
• 過(guò)溫關(guān)斷 (TSD)保護(hù)

1.2 功能模塊

HR1211 的功能如下所列，其功能框圖如圖1所示：

• 電源管理
• 數(shù)字 PFC 控制器
• 數(shù)字 HB LLC 控制器
• MTP 和 UART 通信

圖 1：HR1211 功能框圖

2. 典型應(yīng)用電路

圖 2：典型應(yīng)用電路

3. 電源功能

HR1211 的電源部分包括為IC上電的高壓電流源 (HVCS)、為柵極驅(qū)動(dòng)器供電的 VREG 穩(wěn)壓器以及為數(shù)字內(nèi)核供電的 3.3V 穩(wěn)壓器。[HR1211]自帶監(jiān)控電路和保護(hù)電路，可確保IC運(yùn)行更加穩(wěn)健。

3.2.1 用外部電壓為VCC供電

外部電壓可以是備用電源或者直流電源。通常，VCC 電壓應(yīng)高于V CCUVP2 。要在 HVCS 給 VCC 充電時(shí)正常給 IC 加電，必須添加一個(gè)二極管以隔離待機(jī)電源和VCC （見圖 7）。

圖 7：用備用電源為 VCC供電

3.2.2 用LLC 輔助繞組為VCC 供電

對(duì)于非待機(jī)應(yīng)用，VCC 由 LLC 輔助繞組供電以實(shí)現(xiàn)高效率。圖 8
顯示了兩種類型的輔助繞組配置：半波整流器和全波整流器。通常，如果兩種繞組的匝數(shù)相同，則全波整流器具有更高的效率并可以產(chǎn)生更大的
VCC，因此其輕載效率更高；但全波整流器需要額外的繞組和整流二極管，因此成本也較高。

圖 8：用 LLC 輔助繞組為 VCC 供電

3.2.3 VCC 電流

VCC消耗的電流包括V3.3電流、VREG電流和內(nèi)部電路的偏置電流。總電流是這三個(gè)電流的總和。

在t0-t2期間，且在V3.3啟動(dòng)之前，VCC電流約為200μs；在V3.3啟動(dòng)期間且IC啟動(dòng)之前(t 2 -t3和t 7 -t 9 )，VCC電流為I CC_START1 ；一旦 IC 啟動(dòng)，VCC 電流在正常操作下為I CC(NOR) ，在突發(fā)關(guān)閉（burst-off）模式下則為I CC_BURST 。

4.3 PFC 輸出調(diào)節(jié)

PFC 輸出電壓 VBUS 由數(shù)字 PI 環(huán)路調(diào)節(jié)。如圖 13 所示，如果 ROUT1 和 ROUT2的精度為 1%，則 VBUS 的精度在 2.5% 以內(nèi)（ADC 精度約為 0.6%）。

為提高 PFC 效率，HR1211 可以在不同的輸入電壓和輸出負(fù)載條件下自動(dòng)調(diào)節(jié)輸出電壓。例如，當(dāng)輸入電壓較低時(shí)，輸出電壓也可以設(shè)置得較低。圖 24 顯示了部分參數(shù)的配置。

圖 24：輸出電壓調(diào)節(jié) GUI 界面

4.4 PFC 的突發(fā)操作

當(dāng)輸出負(fù)載降低時(shí)，PFC 變換器以突發(fā)模式運(yùn)行。進(jìn)入突發(fā)模式的電平可配置，具體通過(guò)VCOMP_FULL的百分比進(jìn)行設(shè)置。

4.7 PF補(bǔ)償

為滿足EMI要求，通常會(huì)在L線和N線之間連接一個(gè)X電容，同時(shí)在橋式二極管的輸出端連接一個(gè)高壓電容，這樣X電容始終會(huì)與高壓電容并聯(lián)。 但其輸入電流將失真并超前電感電流，如圖 32 所示。流經(jīng) C Z （X電容加上電橋之后的高壓電容）的電流可以用公式（36）來(lái)計(jì)算：

iC Z ( t )=CZdVi n ( t )dt**= 2 × π ×flin e ×Cz**×√2Vinrms**×co s ( 2 × π ×flin e × t )**
其中fLINE是輸入電壓的頻率。

圖 32：輸入電流、C1 電流和電感電流的關(guān)系

該電流會(huì)導(dǎo)致輕載時(shí)的輸入電流發(fā)生相移，并降低功率因數(shù)和 THD。[HR1211]則采用數(shù)字三角波來(lái)補(bǔ)償I CZ ，如圖 34所示。

圖 34：三角波補(bǔ)償

4.10 可配置數(shù)字濾波器

4.10.1 電流采樣濾波器

[HR1211]內(nèi)部提供兩個(gè)可配置的數(shù)字濾波器（csp 濾波器和 td 濾波器），以提高抗噪性。

csp 濾波器和 td 濾波器都是二階濾波器，可以通過(guò) GUI 配置（參見圖 42）。按鈕設(shè)置為“ON”時(shí)，濾波功能啟用；按鈕設(shè)置為“OFF”時(shí)，濾波功能禁用。每階濾波器都有15級(jí)帶寬，可根據(jù)實(shí)際應(yīng)用靈活選擇。

圖 42：可配置數(shù)字濾波器參數(shù)

4.10.2 電壓采樣濾波器

為了增強(qiáng) PFC 輸出電壓采樣的抗干擾能力，[HR1211]提供了一個(gè)可配置濾波器用于FBP 采樣。該數(shù)字濾波器的截止頻率可配置為三個(gè)級(jí)別。利用電壓采樣濾波器，與Rout2并聯(lián)的電容(C 3 )可以減小，這樣不僅可改善動(dòng)態(tài)響應(yīng)，還可提高過(guò)壓保護(hù)的精度。

5. HB 諧振功能

半橋諧振變換器 (LLC)通常借助零電壓開關(guān) (ZVS) 實(shí)現(xiàn)高效率。HR1211 的 LLC 變換器則采用了專利技術(shù)電流模式控制方法。

5.1 電流模式控制

LLC 電流模式控制策略通過(guò)采樣 CR 和 FBL 電壓來(lái)確定 LLC 開關(guān)頻率，如圖 45所示。

圖 45：LLC 電流模式控制策略

5.2 LLC 工作模式控制策略

對(duì)于 HB LLC 拓?fù)鋪?lái)說(shuō)，開關(guān)頻率變高將導(dǎo)致輕載條件下的磁化和開關(guān)損耗增加。為了控制輸出電壓并限制功耗，HR1211 在輕載時(shí)采用跳頻模式操作，在超輕載時(shí)則采用突發(fā)模式操作；這極大地降低了平均開關(guān)頻率，并因此降低了磁損耗。

5.2.2 突發(fā)模式操作

隨著負(fù)載變得更輕，為了進(jìn)一步限制平均開關(guān)頻率，在跳頻模式中插入更長(zhǎng)的開關(guān)空閑時(shí)間，這稱為突發(fā)模式操作。

5.2.2.2 超低功耗模式

為進(jìn)一步降低IC功耗，HR1211在Burst-off期間（PFC和LLC均進(jìn)入突發(fā)模式）采用超低功耗模式。在這種模式下，系統(tǒng)時(shí)鐘減少至 1/10，一些內(nèi)部偏置電流也關(guān)斷。IC 總功耗減少至I CC_BRUST （通常為 1.8mA）。

5.4 自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間調(diào)整 (ADTA)

自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間控制功能可自動(dòng)調(diào)整死區(qū)時(shí)間，使 LLC 變換器因 ZVS 而實(shí)現(xiàn)從輕載到滿載的高效率。

ADTA 邏輯中可能出現(xiàn)的死區(qū)時(shí)間如圖 59 所示。可以看到，可能的死區(qū)時(shí)間有三個(gè)：最小死區(qū)時(shí)間(t DMIN )、最大死區(qū)時(shí)間(t DMAX )和調(diào)整后的死區(qū)時(shí)間（其值介于 tDMIN 和 tDMAX之間）。當(dāng)開關(guān)頻率的轉(zhuǎn)換時(shí)間小于 tDMIN時(shí)，其邏輯會(huì)阻止 HG 或 LG 的柵極，直到達(dá)到 tDMIN ；這樣可避免上下管 MOSFET 產(chǎn)生擊穿。如果死區(qū)時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，可能會(huì)導(dǎo)致占空比損耗和軟開關(guān)損耗；達(dá)到最大死區(qū)時(shí)間tDMAX ，則強(qiáng)制柵極導(dǎo)通。tDMIN 和 tDMAX均可通過(guò)GUI配置。

圖 59：波形演示 ADTA邏輯

5.5 斜率補(bǔ)償功能

為了保證電流模式控制的穩(wěn)定性，將 4 位數(shù)字可調(diào)斜率電壓 VCR_SLOPE添加到采樣電壓VCR上以生成 V CS （參見圖 60）。

圖 60：斜率補(bǔ)償波形

5.7 LLC諧振腔參數(shù)設(shè)計(jì)

請(qǐng)參考[在線設(shè)計(jì)工具]

8. 布局

本節(jié)介紹電路板布局時(shí)布線和放置關(guān)鍵組件的主要注意事項(xiàng)。

圖 74 顯示了一個(gè)單層板中的GND 連接示例。其PGND與GNDD相連，以在IC下面盡量做大接地面積，然后直接連接至總線電容的負(fù)端口 。

圖 74：PCB布局示例

9. 設(shè)計(jì)實(shí)例

評(píng)估板（EVB）用于驗(yàn)證和評(píng)估 HR1211 的性能。有關(guān) EVB 的詳細(xì)信息，請(qǐng)參閱 EVB 數(shù)據(jù)手冊(cè)。

9.2 評(píng)估板

審核編輯 黃宇