1. 簡介

[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，具體參數請參閱 HR1211 數據手冊。*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斷開時提供智能 X 電容放電器
• 提供UART接口用于參數配置
• 用戶友好GUI可優化 PFC 和 LLC 設計

2. 功率因數校正（PFC）控制器

• 專利產品 CCM/DCM 多模式 PFC 控制器，從輕載到滿載均具備高效率
• 輸入電容電流補償技術可實現高功率因數（PF）
• 可調頻率抖動功能降低了電磁干擾 (EMI)
• 精確調整并自動調節輸出電壓
• 數字PI提供電壓環路補償

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) 柵極驅動器
• 電流模式控制
• 具有最小和最大限制的自適應死區時間調整
• 輕載運行期間提供跳頻/突發模式切換
• 可調軟啟動 (SS)

4. 保護功能

• 精確的欠壓保護/開啟（可調閾值和去抖動定時器）
• 逐周期 PFC 限流保護
• PFC 輸出過壓保護（OVP）
• 可調 PFC 開環保護 (OLP)
• LLC 短路保護 (OCP)
• LLC 過功率保護 (OPP)
• 提供SO 引腳以實現外部保護
• LLC容性模式保護
• 過溫關斷 (TSD)保護

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
• 數字 PFC 控制器
• 數字 HB LLC 控制器
• MTP 和 UART 通信

圖 1：HR1211 功能框圖

2. 典型應用電路

圖 2：典型應用電路

3. 電源功能

HR1211 的電源部分包括為IC上電的高壓電流源 (HVCS)、為柵極驅動器供電的 VREG 穩壓器以及為數字內核供電的 3.3V 穩壓器。[HR1211]自帶監控電路和保護電路，可確保IC運行更加穩健。

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 電壓應高于V CCUVP2 。要在 HVCS 給 VCC 充電時正常給 IC 加電，必須添加一個二極管以隔離待機電源和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

對于非待機應用，VCC 由 LLC 輔助繞組供電以實現高效率。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相同，則全波整流器具有更高的效率并可以產生更大的
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電流和內部電路的偏置電流。總電流是這三個電流的總和。

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

4.3 PFC 輸出調節

PFC 輸出電壓 VBUS 由數字 PI 環路調節。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（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載條件下自動調節輸出電壓。例如，當輸入電壓較低時，輸出電壓也可以設置得較低。圖 24 顯示了部分參數的配置。

圖 24：輸出電壓調節 GUI 界面

4.4 PFC 的突發操作

當輸出負載降低時，PFC 變換器以突發模式運行。進入突發模式的電平可配置，具體通過VCOMP_FULL的百分比進行設置。

4.7 PF補償

為滿足EMI要求，通常會在L線和N線之間連接一個X電容，同時在橋式二極管的輸出端連接一個高壓電容，這樣X電容始終會與高壓電容并聯。 但其輸入電流將失真并超前電感電流，如圖 32 所示。流經 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）來計算：

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系

該電流會導致輕載時的輸入電流發生相移，并降低功率因數和 THD。[HR1211]則采用數字三角波來補償I CZ ，如圖 34所示。

圖 34：三角波補償

4.10 可配置數字濾波器

4.10.1 電流采樣濾波器

[HR1211]內部提供兩個可配置的數字濾波器（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 GUI 配置（參見圖 42）。按鈕設置為“ON”時，濾波功能啟用；按鈕設置為“OFF”時，濾波功能禁用。每階濾波器都有15級帶寬，可根據實際應用靈活選擇。

圖 42：可配置數字濾波器參數

4.10.2 電壓采樣濾波器

為了增強 PFC 輸出電壓采樣的抗干擾能力，[HR1211]提供了一個可配置濾波器用于FBP 采樣。該數字濾波器的截止頻率可配置為三個級別。利用電壓采樣濾波器，與Rout2并聯的電容(C 3 )可以減小，這樣不僅可改善動態響應，還可提高過壓保護的精度。

5. HB 諧振功能

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

5.1 電流模式控制

LLC 電流模式控制策略通過采樣 CR 和 FBL 電壓來確定 LLC 開關頻率，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

對于 HB LLC 拓撲來說，開關頻率變高將導致輕載條件下的磁化和開關損耗增加。為了控制輸出電壓并限制功耗，HR1211 在輕載時采用跳頻模式操作，在超輕載時則采用突發模式操作；這極大地降低了平均開關頻率，并因此降低了磁損耗。

5.2.2 突發模式操作

隨著負載變得更輕，為了進一步限制平均開關頻率，在跳頻模式中插入更長的開關空閑時間，這稱為突發模式操作。

5.2.2.2 超低功耗模式

為進一步降低IC功耗，HR1211在Burst-off期間（PFC和LLC均進入突發模式）采用超低功耗模式。在這種模式下，系統時鐘減少至 1/10，一些內部偏置電流也關斷。IC 總功耗減少至I CC_BRUST （通常為 1.8mA）。

5.4 自適應死區時間調整 (ADTA)

自適應死區時間控制功能可自動調整死區時間，使 LLC 變換器因 ZVS 而實現從輕載到滿載的高效率。

ADTA 邏輯中可能出現的死區時間如圖 59 所示。可以看到，可能的死區時間有三個：最小死區時間(t DMIN )、最大死區時間(t DMAX )和調整后的死區時間（其值介于 tDMIN 和 tDMAX之間）。當開關頻率的轉換時間小于 tDMIN時，其邏輯會阻止 HG 或 LG 的柵極，直到達到 tDMIN ；這樣可避免上下管 MOSFET 產生擊穿。如果死區時間過長，可能會導致占空比損耗和軟開關損耗；達到最大死區時間tDMAX ，則強制柵極導通。tDMIN 和 tDMAX均可通過GUI配置。

圖 59：波形演示 ADTA邏輯

5.5 斜率補償功能

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

圖 60：斜率補償波形

5.7 LLC諧振腔參數設計

請參考[在線設計工具]

8. 布局

本節介紹電路板布局時布線和放置關鍵組件的主要注意事項。

圖 74 顯示了一個單層板中的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端口 。

圖 74：PCB布局示例

9. 設計實例

評估板（EVB）用于驗證和評估 HR1211 的性能。有關 EVB 的詳細信息，請參閱 EVB 數據手冊。

9.2 評估板

審核編輯 黃宇