高效電源設計的實時數字解決方案(第一部分)
發布時間:2021-12-24 來源:芯源係統 責任編輯:wenwei
【導讀】dianzichanpinchixukuaisufazhanshigaoxiaodianyuanshejideyaoqiuyebuduantigao。jiaokeshuzhongdingyidegaoxiaozhuanhuandianluyibunengmanzushichangdeshijixuqiu,zaiedinggongzuotiaojianxiashixiangaoxiaozhishixiandaishichangdeqizhongyigeyaoqiu。zhenzhengjuyoujingzhenglidedianyuanshejibixuzaizhenggefuzaihegongzuodianyafanweineibaochigaoxiao,baokuozaiqingzaihedaijitiaojianzhixia。
就這一點而言,主流能效監管機構(例如歐盟委員會、ErP / EuP Ready、80 Plus和能源之星)已經製定了產品功耗和效率的相關標準(見圖1)。
圖1: 主流能效監管機構
大多數標準都提出了在10%至100%edingfuzaidianliufanweineidepingjunxiaolvyaoqiu,yijizaikongzaihuodaijizhuangtaixiayunxudezuidagonghaoyaoqiu。shijizhong,butongdexifenshichangtongchanghuigenjuqizuizhongyingyongzuotedingdeyaoqiu。
以下為部分示例:
● 台式計算機通常需要在輕載下長時間運行,因此對它們在低於滿載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,通常要求低於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。
buguo,zaichanpinjidianyuanshejizhong,xiaolvzhishishejirenyuandeduogexingnengkaolianghequanhengyinsuzhiyi。renhetigaoxiaolvdechangshidoubixukaolvqiduiqitaxingnengyinsudeyingxiang,liruwenbo、瞬態性能、噪聲和EMI。在實際的產品設計過程中,這可能需要進行大量優化工作才能滿足不同市場中不同項目的特定要求。
麵(mian)對(dui)如(ru)此(ci)複(fu)雜(za)和(he)多(duo)樣(yang)的(de)需(xu)求(qiu),為(wei)不(bu)斷(duan)更(geng)新(xin)換(huan)代(dai)的(de)產(chan)品(pin)設(she)計(ji)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)變(bian)得(de)愈(yu)加(jia)困(kun)難(nan)。許(xu)多(duo)傳(chuan)統(tong)的(de)模(mo)擬(ni)電(dian)源(yuan)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)都(dou)不(bu)具(ju)備(bei)現(xian)代(dai)標(biao)準(zhun)要(yao)求(qiu)的(de)靈(ling)活(huo)性(xing)和(he)可(ke)調(tiao)性(xing),而(er)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)數(shu)字(zi)多(duo)模(mo)式(shi)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)已(yi)成(cheng)為(wei)實(shi)現(xian)高(gao)效(xiao)電(dian)源(yuan)設(she)計(ji)的(de)關(guan)鍵(jian)。
HR121x係列產品是MPS的第二代數字PFC + LLC集成控製器,它提供多種控製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係列產品中HR1210的典型應用電路
HR121x係列產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係列產品采用數模混合芯片設計,因此還繼承了傳統模擬芯片在某些方麵的優勢,如相應速度、實時峰值電流保護、容性保護、自動死區調節以及開關周期內的其他功能 。
HR121x的數字控製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,可以輕鬆控製PFC和LLC兩級電路之間的協作、不同控製模式之間的切換、關鍵操作點的切換頻率以及保護功能的閾值時間和恢複方法。因此,采用HR121x係列產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係列產品的PFC控製模式
HR121x係列產品的PFC控製部分可實現CCM和DCM混合模式運行:
● HR121x係列產品可以在重載條件下完全工作於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,以實現開關損耗和峰值電流的最佳平衡。
● 在輕載條件下,HR121x係列產品可以在低頻DCM或可調突發模式下運行,以進一步降低開關損耗。
通過HR121x係列產品的內部數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化。
HR121x係列產品的LLC控製部分采用高級電流模式,相比傳統的電壓模式,其穩定性和響應速度更佳。此外,HR121x器件根據負載條件分為三種不同的工作模式(參見圖4)。
圖4: HR121x的LLC控製模式
● 在重載條件下,采用連續諧振模式以確保零電壓導通並最小化RMS電流。
● 如果設備在相對輕載條件下進入跳頻模式,則會通過插入死區時間來降低等效開關頻率,並避免切換到可聞頻率範圍內。
● 在極輕負載條件下可進入頻率可調的突發模式,這樣,在進一步降低開關損耗的同時,還可以通過頻率控製來調節可聞噪聲的影響。
同樣,每種模式的切換點和工作狀態也可以進行數字調整,以實現效率和可聞噪聲之間的最佳平衡。
HR121x產品係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。 其數字內核為設計人員提供了進一步優化設計的靈活性,完全可以滿足當今的電源效率標準,並應對下一代設備新要求所帶來的挑戰。
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