活用MPS数字化的解决方案，成就高效率的电源设计
随着各类电子产品的快速发展，市场对于高效率电源设计的追求也不断在演变。那些在教科书中定义的高效率变换电路已经远远不能满足市场的实际需求，因为在额定工作条件下的高效率只是一个入门级的要求，而一个真正具有竞争力的电源设计必须在任意输入和负载条件下都能够实现高效率的电能变换。
对此，市场上主流的能效规范机构都已给出了明确的定义。其中大多数都是在10%-100%额定负载提出平均效率的要求，以及空载或待机状态下所允许的最大功耗。
在此基础上，不同的细分市场往往还会根据实际应用提出针对性更强的特定要求。例如，台式机由于会长时间工作在轻载状态，所以会对10%以下负载条件有特定的效率要求，而具体的评测功率点又会因品牌、机型而异。
电视机电源最关心待机状态下的效率，考虑到一些基本的显示和遥控功能，评测功率点通常在300mW以下；电源适配器可以与负载完全断开，从而是在空载损耗方面的要求最为严苛，一些手机适配器的空载损耗甚至要达到10mW以下。
更何况在产品级别的电源设计中，效率只是众多性能指标之一，任何提高效率的尝试都还要兼顾其他性能的相互作用，诸如纹波、动态、噪音、EMI等。这样在实际的产品设计过程中必然需要大量的调试、优化、利弊权衡，以满足不同市场不同项目的具体要求。
面对如此复杂多样的调试需求，传统的模拟电源方案已经显然无法满足，活用数字化多模式的解决方案已经成为了实现高效率电源设计的关键。
图1. HR121x的典型应用电路
作为MPS的第二代数字化PFC+LLC的集成控制器，HR121x提供了丰富的控制模式和优越的灵活性，足以满足各种市场应用和功率等级的需求。此前，MPS资深技术市场经理已经深度解读了这款控制器。
首先作为功率电路实现的基础，HR121x集成了高压电流源、安规认证的X电容放电电路、PFC和LLC的高压驱动电路，从而实现了非常简洁的外围电路。而且HR121x也继承了传统模拟芯片在相应速度方面的优势，通过数模混合的芯片设计实现了实时的峰值电流保护、容性保护、自动死区调节等开关周期内的功能。
在此基础上，HR121x数字化的控制内核结合可重复编辑的存储单元赋予了整个方案强大的灵活性。PFC和LLC两级电路之间的配合，不同控制模式之间的切换，关键工作点的开关频率，保护功能的阈值、时间以及恢复方式，所以这些主要的功能都可以通过UART的通讯口进行自由配置。这使得基于HR121x的电源设计能够灵活的适应不同应用在各个功率段的性能要求。
图2. HR121x的PFC控制模式
HR121x的PFC控制部分采用了CCM和DCM的混合模式。如图2所示，HR121x在重载条件下可以完全工作在CCM状态下以实现峰值电流的最小化；在中等负载或高输入电压的条件下可以在同一个工频周期内实现CCM和DCM的混合模式，以寻求开关损耗和峰值电流的最佳平衡；在轻载条件下则可进入低频DCM状态或可编程的Burst模式，从而进一步降低开关损耗。
通过HR121x内部的数字寄存器来调节不同模式的切换点，便可以针对不同的输入电压和负载条件来优化效率曲线的每个分段。
图3. HR121x的LLC控制模式
HR121x的LLC控制部分采用先进的电流模式，相对于传统的电压模式具有更好的稳定性和响应速度。在此基础上HR121x还根据负载条件划分了三种不同的工作模态，如图3所示。
在重载条件下采用连续谐振模式确保零电压开通和最小化的电流有效值；在相对轻载的条件下进入Skip模式，通过插入死区时间来减低等效开关频率，并且避免开关进入音频噪音的频率段；在极轻载的状态下可以进入频率可控的Burst模式，这样在进一步降低开关损耗的同时也可通过频率控制来调节音频噪音的效果。
同样，每种模态的切换点以及工作状态也都可以通过数字方式进行调节，以达到效率和音频噪音的最佳平衡。
PFC和LLC的多模式控制当然只是HR121x的基本功能，除此之外HR121x的数字内核还可以实现什么？怎样才能将其发挥到极致？
HR121x的数字功能十分丰富，可能有人担心这样的数字方案会是一把双刃剑，虽然能够照顾到不同应用以及不同功率段的不同要求，但是设计使用起来会不会过于复杂？那么HR121x标配的另一个神器刚好可以拿来解答这个问题，那就是强大的GUI。
那么多的PFC控制模式，和那么多的LLC控制模式，究竟如何设置？在GUI里面一目了然。只要填入对应的电路参数，再根据设计目标输入对应的开关频率，切换阈值即可。
分分钟搞定基本控制模式之后，再来看看HR121x还支持哪些进阶功能。
8档可调的PFC输出电压，可以根据输入电压和负载情况自动调节，从而能够在全工作范围能寻找不同的最佳工作点
对输入电容的无功电流进行分段补偿，一键解决轻载状态下的功率因数（PF）问题；
可控的Burst频率，自由在轻载效率和音频噪音之间寻求最佳的平衡。
想了解HR121x更多的进阶功能就来申请规格书和样品试用吧。
最后再悄悄透露一个HR121x隐藏的使用方法。通过UART的通讯方式可以将基于HR121x实现的电源实体硬件接入自动化的测试系统。这样，利用HR121x中支持反复擦写的存储单元，可以针对关键参数进行扫描并实测系统的效率曲线。然后再根据大量的实测数据进行分析比对，从而得出最优的参数设置。下图便给出了一个实施案例。
这样的自动测试可以在不耗费研发人力的前提下得到有大量实验数据支持的最优设计结果。在这个智能逐渐取代人工的时代，选对了数字芯片高效率的设计当然就可以是这样躺着完成的。
MPS HR1211数字芯片已经被IDMIX、MOMAX、Zendure等知名品牌采用，开发出多款热门100W氮化镓数字快充，成品也已经大量出货，同步登录全球电商和线下市场。
MPS将于3月26日参加2021（春季） USB PD＆Type-C亚洲展，展位号A28，感兴趣的小伙伴可于展会当日莅临展台交流。
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充电头网
将在3月26日于中国-深圳举办
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