MPS推出LLC+PFC单芯片数字氮化镓快充控制器

Original 充电头网编辑部充电头网 2021-07-21

1月29日，MPS通过线上直播的形式成功举办了《2021 MPS数字电源芯片新品发布会》，并重磅发布了一款数字化多模式PFC+LLC集成控制器HR1211。该芯片为消费类电源产品提供简单可靠，高效率高功率密度的数字化解决方案，同时也标志着氮化镓快充正式步入数字时代。

MPS HR1211数字化控制器用于AC-DC电源领域，解决了传统数字电源外围复杂、成本高的缺点，基于HR1211可以设计出元件精简、高性能、低待机功耗、全输出范围高效率的开关电源，助力大功率PD快充普及。

在消费类产品中，电源要求高效率、小体积、低待机功耗。传统的模拟控制器很难跟上日新月异的变化，MPS的HR1211解决了传统数字电源外围元件复杂、成本高的问题，充分体现出新一代数字电源芯片的优势。

目前对电源要求是全输出范围下的高效率，不光追求满载的高效率，在待机和轻载时均要求较高的效率水平。

高功率密度可以在同等体积下输出更高的功率，配合简洁的BOM，提升电源产品的竞争力。此外可靠性要求和EMC要求，还制约着电源的转换效率和轻载效率。要同时满足以上要求，选择一个合适的电源方案非常重要。

MPS提供0-1000W全系列的AC-DC电源解决方案，从1W输出的智能LDO和Buck非隔离方案，到10W输出的非隔离降压方案，MPS均有集成功率管的解决方案。

对于小功率隔离反激方案，MPS也有集成功率管和控制器的方案提供。最后到大功率的LLC方案，在75W输出以上，比较常用的PFC+LLC架构，MPS有独立的PFC控制器和LLC控制器提供。今天重点介绍的是HR1211，PFC+LLC二合一控制器。在副边同步整流上，MPS也有高效可靠的方案，可用于LLC和反激同步整流。

HR1211数字式PFC+LLC集成控制器，从图中的应用电路中可以看到HR1211的外围电路非常简洁。HR1211集成PFC+LLC 数字控制内核，所有的功能和参数都通过uart接口，单pin引脚进行配置。同时内部集成了高压启动、X电容放电、PFC驱动、LLC半桥驱动、自举二极管、外围电路非常简洁，可实现紧凑的电源设计。

HR1211是数字化PFC+LLC二合一控制器第二代成熟产品，2016年推出的HR1200采用了数字PFC控制器和模拟LLC控制器，28pin，是市场上第一颗数字集成PFC和LLC的控制器。PFC采用专利的DCM/CCM混合控制，支持高达1000W功率输出。

HR1211的PFC和LLC控制器全部采用数字控制，LLC采用电流模式控制，可获得更好的瞬态和稳定性，同时提升了轻载下的性能。空载损耗＜100mW，位于领先水平。下一代产品已经在设计中，预计今年问世，新产品会集成更多系统上的性能，并且具有更优秀的轻载表现。

HR1211全部功能和参数均可使用图形界面通过UART接口进行配置，PFC级采用CCM/DCM混合控制，在10%的负载下可实现功率因数＞90%，几乎没有模拟的PFC控制器可以达到这个效果。

PFC控制器采用数字环路调节，使用数字方式进行灵活配置，并且两级环路补偿的可实现快环和慢环的切换，达到非常好的动态调节。LLC采用电流模式控制，全负载范围内可实现高效率。

同时具有自适应死区时间调节和容性模式保护，保证运行高效稳定。5W输出功率效率高于80%，0.5W输出效率高于65%。得益于数字控制，HR1211可提供丰富完善的保护功能，和独立定制的保护功能。

MPS HR1211通过输出功率计算出峰值电流和谷值电流，根据谷值电流切换CCM和DCM工作状态。当谷值电流大于0时运行在CCM工作状态，谷值电流等于0时运行在DCM工作状态。

并且跟随负载状态动态调节PFC工作频率，负载下降降低PFC开关频率。重载下PFC运行在CCM模式，开关频率最高，随着负载下降，动态降低两边频率，实现较低的等效平均开关频率，并保证峰值电流不会过高。随着负载进一步下降，整个开关频率进一步下降，进入DCM模式。有利于功率电感设计和更高的峰值功率。

HR1211配置PFC级电流采样和DCM开关周期计算滤波器，数字滤波器阶数和截止频率都可配置，可根据系统需要进行滤波器参数设置，可解决大部分噪声干扰问题，简化布板设计，并优化噪声，提高系统稳定性。

HR1211内置的PFC电路，可补偿开关电源中电容产生的容性电流，数字控制可针对容值和输入电压和补偿幅度进行补偿，这也是模拟PFC控制器无法做到的，可以在宽负载幅度得到90%以上的功率因数。

HR1211在PFC级实现了两级的数字环路补偿功能，可通过图形界面直观体现。PFC级得益于数字化控制，可以做到快环和慢环切换。快环用于防止快速负载切换造成的电压跌落，维持LLC级稳定工作，保证输出电压。

HR1211采用电流模式LLC控制器，可实现更好的系统稳定性和更快的响应速度。HR1211采集原边谐振电容上的电压，与光耦反馈信号进行比较，决定上管开通时间。芯片内部计时器计算上管导通时间，保证下管开通时间和上管完全对称，实现原边电流控制。HR1211还具有斜坡补偿功能，用于防止次谐波震荡，幅度可由数字控制配置，满足不同需求。

电压模式和电流模式系统效果对比，以100KHz为例，电压模式得到3KHz带宽，电流模式可轻松得到更高带宽，在相同带宽下，电流模式具有更好的稳定性。

HR1211在电流模式的基础上，加入了跳周期和Burst模式，来满足轻载下的高效率要求。通过跳周期来降低等效开关频率，减少开关损耗。跳周期时间可通过数字配置，保证在音频噪声外。极轻载模式下，Burst模式可进一步最小化开关频率，实现轻载高效的状态。

进入Burst模式以后，可通过调节进出负载点进行轻载效率和音频噪音的平衡。另外HR1211提供Burst模式的控频功能，可设置频率范围为1KHz以下，避开人耳敏感点，有效缓解噪音。

HR1211可以通过图形化用户界面进行非常详细的配置，如PFC、LLC、控制功能配置，系统功率和保护状态监控。使用HR1211数字芯片，可在任何阶段进行参数调整，从研发到成品。HR1211还具有密码设置，通过密码保护芯片内部参数，没有密码无法读取内部配置参数，从根本上杜绝抄板。

HR1211内置的数字内核通过LabView平台还可进行自动化的参数测试及优化，配置参数扫描，自动扫描测试，优化性能。

HR12系列设计实例，涵盖笔记本电源，PD适配器和台式机电源及服务器电源。得益于数字控制的灵活性，支持CCM和DCM的PFC，电流模式的控制LLC，可实现非常优秀的系统稳定性，覆盖不同功率的设计。

总结

MPS HR1211采用数字化内核，具有非常丰富的可配置项目，相比传统控制器，具有更多的灵活性。其非常丰富的可配置项目，使HR1211可满足非常高的要求，如待机功耗，快速负载响应和音频噪声抑制。

同时HR1211还具有外围元件简单，芯片集成度高的优势，简化应用；内置的密码保护能有效保护芯片内部配置信息，使产品难以被抄板，有效保护知识产权不被侵害。

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