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隨著現(xiàn)在百瓦大功率適配器的普及，傳統(tǒng)反激架構(gòu)已不能滿足日益增加的大功率適配器的高開(kāi)關(guān)頻率、高功率密度、高效率要求，適合更大功率輸出的LLC架構(gòu)開(kāi)始引入百瓦大功率PD適配器中，為大功率適配器提高轉(zhuǎn)換效率、減小體積、便于攜帶、提高競(jìng)爭(zhēng)力。

 

面向大功率、高頻、高效快充市場(chǎng)需求，MPS發(fā)布多模式PFC和LLC控制器HR1211。這顆芯片擁有眾多特色和亮點(diǎn)，下面我們?cè)敿?xì)介紹。

 

一、為什么LLC適配器要搭配PFC使用

 

由于開(kāi)關(guān)電源中整流后采用大容量的濾波電容，呈現(xiàn)容性負(fù)載，在電容充放電時(shí)會(huì)使電網(wǎng)中產(chǎn)生大量高次諧波，產(chǎn)生污染和干擾，工程師開(kāi)始在開(kāi)關(guān)電源中引入PFC電路，功率在75-85W以上的開(kāi)關(guān)電源強(qiáng)制要求加入PFC電路以提高功率因數(shù)，修正負(fù)載特性。PFC分為被動(dòng)式和主動(dòng)式兩種。被動(dòng)式采用大電感串聯(lián)補(bǔ)償，主要缺點(diǎn)是體積大，且效率低下。

 

隨著近年來(lái)半導(dǎo)體器件迅猛發(fā)展，被動(dòng)式PFC被主動(dòng)式PFC全面取代。主動(dòng)式PFC采用PFC控制器、開(kāi)關(guān)管、電感和二極管組成升壓電路，具有體積小、輸入電壓范圍寬、功率因數(shù)補(bǔ)償效果好的優(yōu)點(diǎn)。主動(dòng)式PFC通過(guò)控制器驅(qū)動(dòng)開(kāi)關(guān)管升壓，二極管整流為主電容充電，根據(jù)電壓電流之間的相位差進(jìn)行功率因素補(bǔ)償。

 

LLC架構(gòu)屬于雙管半橋諧振，采用諧振電感、勵(lì)磁電感和諧振電容串聯(lián)，故名LLC。LLC架構(gòu)采用零電壓開(kāi)關(guān)（ZVS）軟開(kāi)關(guān)技術(shù)，具有工作頻率高、損耗小、效率高、體積小的優(yōu)點(diǎn)，可提高充電器功率密度。其諧振操作可實(shí)現(xiàn)全負(fù)載范圍的軟開(kāi)關(guān)，減小開(kāi)關(guān)損耗。從而成為高頻和高功率密度設(shè)計(jì)的理想選擇，適合固定電壓輸出，EMI特性更好。

 

LLC架構(gòu)只有在輸入和輸出電壓固定的工況下，才能有理想的表現(xiàn)。通常，開(kāi)關(guān)電源初級(jí)使用LLC架構(gòu)時(shí)，都會(huì)配合一級(jí)PFC電路，將整流后的脈動(dòng)直流電升壓穩(wěn)壓為L(zhǎng)LC級(jí)供電的同時(shí)進(jìn)行功率因數(shù)校正，滿足LLC架構(gòu)工作環(huán)境。如今隨著適配器的集成度越來(lái)越高，PFC功率因數(shù)校正控制器也集成在LLC控制器內(nèi)部。

 

并且，在高功率密度的適配器中，使用主動(dòng)式PFC電路，還可以減小高壓濾波電解容量，減小體積，提高適配器的功率密度。

 

下面，充電頭網(wǎng)為大家介紹一款來(lái)自MPS的PFC+LLC的集成控制器。

 

二、MPS推出多模式PFC+電流模式LLC控制器

 

MPS HR1211是一顆多模式PFC和電流模式LLC二合一控制器，而傳統(tǒng)芯片如果要實(shí)現(xiàn)這一功能，需要2-3顆進(jìn)行組合搭配，外圍電路會(huì)變得復(fù)雜。值得一提的是，MPS HR1211可通過(guò)UART接口編程，內(nèi)置的節(jié)能技術(shù)可使HR1211在全工作范圍實(shí)現(xiàn)優(yōu)化效率。HR1211的PFC控制器使用獲得專利的數(shù)字電流控制體系來(lái)實(shí)現(xiàn)混合的CCM和DCM工作模式。

 

二合一控制器在業(yè)界也被工程師親切的稱呼為COMBO。COMBO在英文里的意思是“結(jié)合物”，而COMBO驅(qū)動(dòng)器就是把CD—RW刻錄機(jī)和DVD光驅(qū)結(jié)合在一起的“復(fù)合型一體化”驅(qū)動(dòng)器。

MPS HR1211將PFC控制器和LLC控制器整合到一個(gè)封裝里面，類似COMBO，其數(shù)字內(nèi)核并可根據(jù)負(fù)載情況進(jìn)行聯(lián)動(dòng)控制，獲得更高的輕載效率。

重負(fù)載下，CCM模式可降低MOS管的峰值電流，輕負(fù)載下，DCM模式可降低開(kāi)關(guān)頻率從而提高效率。數(shù)字編程的Burst模式，可提升輕載效率和降低音頻可聞噪聲。HR1211采用電流模式控制的LLC級(jí)，可實(shí)現(xiàn)高穩(wěn)定性和快速響應(yīng)。根據(jù)不同的負(fù)載條件，芯片在連續(xù)，跳周期和Burst模式運(yùn)行?？稍诓煌呢?fù)載條件下獨(dú)立優(yōu)化效率。

 

 

HR1211采用數(shù)字控制內(nèi)核，芯片內(nèi)置多個(gè)獨(dú)立的ADC用于檢測(cè)輸入電壓，PFC輸出電壓，LLC反饋電壓和PFC峰值開(kāi)關(guān)電流。檢測(cè)數(shù)值送到HR1211內(nèi)置的數(shù)字控制內(nèi)核進(jìn)行比較，配合芯片內(nèi)專有的數(shù)字算法，進(jìn)行實(shí)時(shí)反饋控制。HR1211支持多種完善的保護(hù)措施，如熱關(guān)斷、PFC開(kāi)環(huán)保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)流限制和過(guò)流保護(hù)、超功率保護(hù)等多重保護(hù)。值得一提的是，HR1211空載待機(jī)功耗＜100mW。

 

同時(shí)HR1211支持高壓?jiǎn)?dòng)，智能X電容放電。PFC級(jí)工作頻率最高250kHz，支持可編程的抖頻，可編程的軟啟動(dòng)和Burst，可編程的AC欠壓保護(hù)，逐周期電流限制和其他保護(hù)功能。

 

電流模式的LLC控制器具有600V半橋驅(qū)動(dòng)器，內(nèi)部集成自舉二極管，高達(dá)500kHz工作頻率，自適應(yīng)死區(qū)時(shí)間調(diào)整，具有可編程的跳周期和Burst頻率，軟啟動(dòng)可編程，可編程的直流輸入欠壓保護(hù)，容性保護(hù)，保護(hù)鎖定或自恢復(fù)。

 

圖為HR1211應(yīng)用電路簡(jiǎn)圖，芯片內(nèi)置PFC控制器和LLC控制器，同時(shí)進(jìn)行PFC和LLC控制。輸出側(cè)可與MPS MP692X系列同步整流器進(jìn)行組合，保護(hù)功能全面，外圍精簡(jiǎn)。好了，這款二合一PFC+LLC控制器介紹完了，下面為大家介紹這款控制器的UART接口。

 

 

HR1211提供了一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的UART接口用于通訊，有一個(gè)獨(dú)立的圖形用戶界面用于配置數(shù)字內(nèi)核參數(shù)設(shè)計(jì)。HR1211內(nèi)置可多次編程的非易失性內(nèi)存用于存儲(chǔ)用戶數(shù)據(jù)，可存儲(chǔ)256字節(jié)。當(dāng)數(shù)字內(nèi)核和存儲(chǔ)器上電后，HR1211會(huì)自動(dòng)載入所有數(shù)據(jù)到相應(yīng)的內(nèi)存中，去配置芯片參數(shù)。根據(jù)配置，改變芯片控制特性。

 

HR1211支持密碼保護(hù)加密，加密后，用戶數(shù)據(jù)無(wú)法被讀寫。芯片在工作時(shí)根據(jù)內(nèi)置的數(shù)據(jù)和負(fù)載自動(dòng)切換工作狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定、可靠、高效的運(yùn)行。HR1211采用SOIC-20和TSSOP-20封裝，支持工業(yè)級(jí)溫度范圍，適用于臺(tái)式機(jī)電源、游戲機(jī)電源、筆記本電源、液晶電視電源、電動(dòng)工具和LED驅(qū)動(dòng)器等。

 

HR1211是新型的多合一控制器，支持較高工作頻率，非常適合搭配氮化鎵或超級(jí)硅新型高頻功率器件使用，高工作頻率減小磁性元件體積，提高適配器功率密度。同時(shí)，高頻PFC搭配碳化硅二極管使用，可有效降低傳統(tǒng)快恢復(fù)管的反向恢復(fù)損耗。國(guó)內(nèi)廠商如智融，英集芯等推出的內(nèi)置協(xié)議的降壓IC，適合搭配恒定電壓輸出的LLC架構(gòu)，做多口大功率快充。

 

三、采用MPS HR1211的氮化鎵多口適配器

 

目前搭載MPS HR1211芯片的應(yīng)用案例已經(jīng)量產(chǎn)出貨。IDMIX推出了100W 3C1A氮化鎵適配器，支持單口100W輸出，多口功率智能分配功能，非常實(shí)用。這款適配器內(nèi)部采用了MPS HR1211 PFC+LLC整合方案，搭配納微GaNFast氮化鎵功率器件，實(shí)現(xiàn)高集成度下的高功率密度。這款產(chǎn)品具有里程碑意義，IDMIX同時(shí)還是業(yè)界首批推出百瓦數(shù)字氮化鎵快充的品牌。

 

筆記本、平板、手機(jī)、耳機(jī)等數(shù)碼產(chǎn)品已逐漸成為人們的標(biāo)配娛樂(lè)與工作設(shè)備，它們也伴隨著用戶各種差旅使用，如何為這些設(shè)備提供穩(wěn)定的續(xù)航保障成了每個(gè)人都需要面對(duì)的問(wèn)題。每款產(chǎn)品帶上一個(gè)充電器的話行李物品會(huì)變得巨大無(wú)比，全部用上排插也不夠用。IDMIX看準(zhǔn)這個(gè)市場(chǎng)需求，推出了搭載第三代半導(dǎo)體GaN氮化鎵功率器件的100W 3C1A充電器。

納微半導(dǎo)體副總裁兼中國(guó)區(qū)總經(jīng)理查瑩杰表示：“高頻數(shù)字控制器和高頻氮化鎵功率芯片相結(jié)合，可以更大限度提高系統(tǒng)效率和功率密度。高集成度和數(shù)字化是MPS HR1211 PFC + LLC Combo 芯片和納微“digital-in,power-out"氮化鎵功率芯片的相似之處，也是高功率密度電源的發(fā)展方向。此次納微和MPS的攜手，是對(duì)氮化鎵在更大功率應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)探索。

 

HR1211是一款多模式PFC+電流模式LLC Combo控制器，其控制內(nèi)核采用數(shù)字控制，且功能和參數(shù)可通過(guò)UART接口接受編程配置。主開(kāi)關(guān)管采用GaN器件，得益于其低導(dǎo)通電阻、高開(kāi)關(guān)速度帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)，無(wú)論是CCM還是DCM模式均能取得相較傳統(tǒng)Si MOS更高PFC的轉(zhuǎn)換效率。值得一提的是，HR1211的PFC和LLC分別支持高達(dá)250kHz和500kHz的開(kāi)關(guān)頻率，并能夠以數(shù)字的方式靈活配置。當(dāng)與GaN器件結(jié)合應(yīng)用時(shí)，可有效發(fā)揮GaN器件高速開(kāi)關(guān)的優(yōu)勢(shì)。”

IDMIX CEO Seaman表示：“MPS HR1211是一顆非常優(yōu)秀的控制器，借助其超高集成度，我們最新的100W氮化鎵快充產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了更加精簡(jiǎn)的PCB設(shè)計(jì)以及更高功率密度；其特有的專利數(shù)字控制技術(shù)，也對(duì)我們產(chǎn)品的效率提升發(fā)揮著重要的作用。

 

IDMIX（大麥創(chuàng)新）研發(fā)團(tuán)隊(duì)也是經(jīng)過(guò)多方合作、花費(fèi)了近半年時(shí)間研發(fā)設(shè)計(jì)，才讓這款性能彪悍、體積小巧的100W大功率極客產(chǎn)品得以面世。在此也要特別感謝MPS公司、納微半導(dǎo)體以及新斯寶科技的鼎力支持，共同促成IDMIX 100W數(shù)字控制氮化鎵充電器的全球首發(fā)。

 

IDMIX 100W 3C1A氮化鎵適配器將在2021年1月底線上線下同步發(fā)售，麥粉盡請(qǐng)期待！”

四、充電頭網(wǎng)總結(jié)

 

MPS本次發(fā)布的HR1211，為大功率適配器及工業(yè)電源應(yīng)用提供了新的數(shù)字化的選擇，其內(nèi)置的數(shù)字內(nèi)核支持UART接口，可通過(guò)圖形化界面對(duì)器件進(jìn)行編程，簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)工作，優(yōu)化產(chǎn)品效率，提高可靠性。同時(shí)HR1211采用PFC+LLC的二合一設(shè)計(jì)，簡(jiǎn)化初級(jí)電路，減少外圍元件數(shù)量，是一顆更具競(jìng)爭(zhēng)力的初級(jí)控制器。

 

MPS向充電頭網(wǎng)透露，MPS HR1211已經(jīng)大批量出貨，性能得到了眾多一線電源工廠、品牌客戶的認(rèn)可。近期將會(huì)有眾多基于該芯片設(shè)計(jì)的氮化鎵、超級(jí)硅等大功率充電器批量上市，屆時(shí)消費(fèi)者就能通過(guò)線上、線下渠道購(gòu)買到這些體積小巧、性能彪悍的快充產(chǎn)品。

轉(zhuǎn)自 充電頭網(wǎng)