横评:LLC 谐振控制器
版本:2026-10-04 重建版——原文件遗失后按库内各 IC 深读文件收敛重建;数值与结论均可溯源至库内文件。 出处格式
型号/文件号:00=规格书全译、01=引脚、02=原理、03=应用计算、04=排障、05=AN151 精译(仅 HR1000A 有)、RM=README。跨篇简写:基础概念=01_开关电源基础概念、HP-QR=QR 横评。源文件中「待核实/本库推算/业界经验/业界惯例」等标记原样保留;无现成出处的对比结论标(本库归纳)。〔对位注〕待核实与推断总表中以HP(LLC)引用本篇的条目(fr/Cr 反推、NRND 等)按本重建版口径对位。
LLC 谐振半桥把传能交给谐振腔:占空比固定在 50%,唯一的调节自由度是开关频率——增益由 fs/fr 与谐振腔参数(h、Q)共同决定(HR1000A/02 §4;HR1000A/05 §2.3 式 6)。库内两颗深读 IC 恰好代表两条实现路线:HR1000A 是电压模式变频(光耦误差→VCO)的经典实现,NCP1399 是电流模式谐振(CS 逐周期感知谐振腔状态)的旗舰(HR1000A/RM;NCP1399/RM)。本横评按板块纪律组织为族内分组 + 选型决策树 + 典型误用(30_经典IC精读/README)。
| 对象 | 角色 | 架构一句话 | 库内入口 |
|---|---|---|---|
| HR1000A(MPS) | 电压模式变频代表 + LLC 教材(自带 AN151 七步设计指南与 90 W 实例) | 半桥 LLC,50% 占空比与 350 ns 死区固定,光耦→Fset 电流→VCO 调频(HR1000A/RM) | HR1000A/README |
| NCP1399(onsemi) | 电流模式谐振旗舰 | CS 检测谐振电容分压(∝谐振电流积分)定导通时间,频率是“算出来的结果”(NCP1399/RM) | NCP1399/README |
| HR1001(MPS) | 定位参照(库内无深读) | HR1000A 后继:自适应死区(ADTA)+容性模式保护(CMP),正补 HR1000A 两个固有短板 | 见 HR1000A/RM 头部生命周期注 |
| MP6922(MPS) | 次级搭档 | 双通道 SR,AN151 90 W 实例的次级整流 | MP6922/README |
选型速览
| IC | 一句话定位 | 适用场景 | 关键限制 |
|---|---|---|---|
| HR1000A | “边看手册边学 LLC”的最佳教材:DS 自带 90 W(19 V/4.7 A)实例,AN151 给出 FHA 建模→谐振腔定参→变压器绕组表七步流程与实测效率(HR1000A/RM 总结 9) | 90~300 W 适配器/开放电源,追求“一颗 IC + 一支光耦”的极简控制电路;已有 PFC 前级、要联动与待机突发的两级架构(HR1000A/RM 适合谁) | 已 NRND(新设计不推荐)(HR1000A/RM);固定 350 ns 死区、无容性模式保护、不做逐周期限流(HR1000A/RM 总结 4/7/10);“最高 600 kHz”写在特性表,实用停在 100~300 kHz(HR1000A/RM;02 §4) |
| NCP1399 | 电流模式谐振旗舰:逐周期过流、失谐保护、测量型启动都是控制律的副产品(NCP1399/RM 总结 2~4) | 200~500 W 适配器/TV/工业/医疗电源;要过空载功耗法规(跳模式+Off 模式+PFC 联动成体系)(NCP1399/RM Applications/适合谁) | CS 分压网络一处定三阈值(NCP1399/03 步骤 3);16 个选项后缀+A/B 版引脚语义不同(NCP1399/RM 总结 7;04 陷阱 1);<150 W 成本极敏感项目不如 QR 反激或简化 LLC(NCP1399/RM 不适合谁) |
族内分组:电压模式变频 vs 电流模式谐振
两族分野在控制量:电压模式变频把“频率”当控制量(简单直观、外围极省),电流模式谐振把“谐振腔状态”当控制量(保护与动态是副产品、代价是采样网络与选项负担)。逐维对照如下(原表照录自 NCP1399/02 §2.4,该篇为 DS §10.6 口径):
| 维度 | HR1000A(电压模式变频) | NCP1399(电流模式谐振) |
|---|---|---|
| 控制量 | 光耦误差→VCO→频率 | CS 电流信息→导通时间(频率为结果) |
| 小信号 | 谐振腔二阶极点在环内,穿越频率低 | 电流内环把谐振腔“包”进去,特性接近一阶〔业界对小信号的一般结论;DS 只定性称“最佳瞬态响应”〕 |
| 线电压前馈 | 无 | 有(电流瞬态直接进入调制) |
| 容性区防护 | 间接:OCP 频移后备保护(HR1001 才有专用 CMP) | 直接:撞线失败→重复上一有效 ton |
| 频率设定 | 振荡器(设定即得) | 无频率脚:fmin=tTON_MAX 选项、fmax 由谐振腔决定 |
| 死区 | 固定 350 ns | 自动(dV/dt 实测)+ 800 ns 钳位 |
| 过载保护 | 两级 OCP + 打嗝 | FB 慢通道 + CS 快通道 + TON_MAX |
外围与心智负担的对应差异(本库归纳):HR1000A 的全部控制电路是“一颗 IC + 一支光耦”,但 CT/CSS/Burst 门限/打嗝定时都要人工整定(HR1000A/RM 适合谁;03 步骤 9~14);NCP1399 把频率、死区、软启动全部自动化,新增的唯一核心设计点是 CS 容性分压网络——分压比同时定义功率上限、OCP 点与失谐判据(NCP1399/03 步骤 3),另加一次“选后缀”决策(16 个选项,NCP1399/RM 总结 7)。
关键参数对比
| 参数 | HR1000A | NCP1399 |
|---|---|---|
| 控制架构 | 电压模式变频:占空比 48~52% 固定+调频,光耦电流→Fset→VCO(HR1000A/RM;02 §4) | 电流模式谐振:CS(±5 V 双极性)撞 FB 基准定导通时间,分辨率 10 ns(NCP1399/RM;02 §2.2) |
| 频率范围与设定 | fmin/fmax 电阻编程:fmin=1/(3·CT·Rfmin)、fmax=1/(3·CT·(Rfmin∥RFmax));上限 600 kHz(HR1000A/RM;02 §3) | 20~750 kHz;无频率脚:fmin 由 tTON_MAX 选项(7.7/9.5/11.2/16.3 µs typ)定,fmax 由谐振腔+10 ns 分辨率定(NCP1399/RM;03 步骤 4) |
| 死区 | 固定 300~400 ns(typ 350 ns),不可调(HR1000A/RM) | 自动:dV/dt 阈值 210 V/µs typ,钳位 800 ns typ(NCP1399/RM) |
| 栅驱动 | 1.5 A 拉/2 A 灌,Rsource 4 Ω/Rsink 2 Ω(HR1000A/RM) | 0.5 A 源/1 A 灌,ROH 16 Ω/ROL 5 Ω(NCP1399/RM) |
| 高侧供电 | 集成 600 V 自举二极管,BST 漏流 ≤10 µA @600 V(HR1000A/RM) | 600 V 驱动集成、VBOOT 620 V max,外接 Dboot/Rboot(Rboot ≥3.3 Ω DS 下限)(NCP1399/RM;03 步骤 5) |
| 过流保护 | 两级 OCP:0.8 V 频移限流→1.5 V 锁定;明确不做逐周期限流(HR1000A/RM;05 §3.7.C) | 逐周期过流为控制律副产品:CS 故障 5 脉冲(@100 kHz ≈50 µs)+FB 慢通道 80~360 ms 或 1000 脉冲(NCP1399/RM;02 §11) |
| 容性模式/失谐 | 无专用保护(HR1001 的 CMP 才有);防线=从 fstart 高频启动+OCP 升频方向+fmin 留在感性区(HR1000A/04 陷阱 4) | 失谐保护:CS 撞线失败→重复上一有效 ton,硬件状态阻断容性区(NCP1399/02 §2.3) |
| 启动 | fstart≥4×fmin 指数降频软启动;任何重启都带软启动(HR1000A/02 §7) | 专利时序:先把 Cr 放电至 0 V(HB<10 V max 判完成)再按测量定第二脉冲;全数字软启动、无 SS 脚(NCP1399/RM;02 §8) |
| 轻载/待机 | 突发模式:Burst 1.23 V ±100 mV 迟滞断波,恢复发波不重走软启动(HR1000A/RM;02 §8) | 三级降档:跳模式(0.50 V+迟滞 23~730 mV 按选项)→Off 模式(ICC 27 µA typ)→DSS(NCP1399/RM) |
| Brown-out | BO 1.25 V+12 µA(9~15 µA)电流迟滞;5.5 V 钳位兼输入 OVP,一脚三用(HR1000A/RM 总结 8) | VBO 1.000 V+5 µA 迟滞电流阱+20 ms 滤波,关断点精度不受 IBO 容差影响(NCP1399/RM;02 §4) |
| OVP/OTP/锁存 | BO 钳位 5.5 V(输入 OVP)+LATCH 1.85 V 锁存入口+OTP 150/120 ℃(HR1000A/RM) | OVP/OTP 单脚复用:2.50 V/0.80 V,NTC 偏置 95 µA,滤波 37/330 ms(NCP1399/RM) |
| PFC 联动 | PFC 脚:任一保护/突发即拉低停 PFC(六信号或门)(HR1000A/02 §2) | PFC MODE 三态+P ON/OFF+10 s 定时器;待机可断母线分压器(NCP1399/RM) |
| 供电 | UVLO 11/8.2 V typ;启动 250 µA/工作 3 mA/故障残余 350 µA(均 typ)(HR1000A/RM) | VCC_ON 15.8 V(AL/AM/AR/AS 为 12.0 V)/VCC_OFF 9.5 V;两级启动 0.5/9 mA;DSS(NCP1399/RM) |
| 封装/热 | SOIC16,θJA 80 ℃/W(HR1000A/RM) | SOIC-16 NB(缺 2/13 脚增爬电),RθJA 130 ℃/W;TSD 124/137 ℃ 迟滞 30 ℃(NCP1399/RM) |
| 库内设计实例 | 90 W:19.2 V/4.7 A,Lm=850 µH/Lr=100 µH,fr≈100 kHz/Cr≈26 nF(按 AN151 式 54 反推,本库推算,待核实),满载实测 92.86% @230 Vac(HR1000A/05 表 1/表 5;03 步骤 6;02 §6) | 240 W TV:24 V/10 A,Lr=57 µH/Cr=20 nF/Lm=342 µH(fr≈150 kHz、m=6、Q=0.4),效率目标 ≥93%〔业界目标值,非 DS 数据〕(NCP1399/03 §1/步骤 1) |
| 生命周期 | NRND——“新设计不推荐”,后继 HR1001(HR1000A/RM) | NCP1399AC 在产(NCP1399/03 §1) |
逐颗点评
HR1000A:电压模式变频——把 LLC 的自由度收敛到一个频率
- 定位:占空比固定 50%、死区固定 350 ns,唯一可动的是开关频率——“电压模式变频(PFM)”五个字就是全部控制律;DS 第 21 页自带 90 W 实例,AN151 给出七步完整流程(HR1000A/RM 总结 1/9)。
- 亮点:
- 教材价值:FHA→ZVS 预算→h×Q 折中→绕组表(表 2/表 3 可直接照做)→官方实测满载 92.86%@230 Vac 可当自己样机的“及格线”(HR1000A/05 §3~§5;03 §4);
- 50% 占空比由硬件结构直接保证:CT 三角波放电电流=2×充电电流(HR1000A/02 §3);
- 短路“降级三连”(频移→强制 fstart→停振打嗝)把短路平均输入功率压到极低(HR1000A/02 §9.3);
- BO 一脚三用:Brown-out+输入 OVP+遥控开关(HR1000A/RM 总结 8)。
- 代价:
- 固定死区是“高频固有代价”:350 ns 在 100 kHz 占半周 7%、600 kHz 占 42%——实用停在 100~300 kHz(HR1000A/02 §4);
- 无逐周期限流、无容性模式保护——后者要等 HR1001 的 CMP(HR1000A/RM 总结 4/10);
- ZVS 预算吃 Ceq 红线:90 W 例 Ceq_max≈255 pF;fmax 编到 300 kHz 时轻载 ZVS 丢失(HR1000A/02 §5);
- 人工整定项多:CT 低温 ≤330 pF(02 §3)、CSS 过大→磁件饱和炸次级(04 陷阱 1)、打嗝运行时长 t_OC 无闭式解按实验整定(03 步骤 13)。
- 适合谁:第一次完整走“FHA 建模→谐振腔定参→绕组→保护整定”的学习者;90~300 W 适配器低成本方案;已有 PFC 前级的两级架构。不适合:严苛大功率(选 HR1001 或 NCP1399)、宽输入单级且 holdup 苛刻、新项目量产(HR1000A/RM 适合谁)。
NCP1399:电流模式谐振——把谐振腔状态变成控制量
- 定位:onsemi 大功率 LLC 旗舰:电流模式谐振+600 V 高/低侧驱动集成于一颗 SOIC-16,典型 200~500 W(NCP1399/RM 总结 1)。
- 亮点:
- 一根 CS 走线五种职务:定导通时间/隐式定频/逐周期 OCP/失谐保护载体/跳模式死区终止(NCP1399/02 §2.3);
- 小信号:电流内环把谐振腔双极点大幅阻尼,实测曲线通常比电压模式变频易于稳定〔业界对小信号的一般结论,DS 未给出小信号模型〕,穿越频率建议避开 fr±20%(业界经验)(NCP1399/04 Q2;02 §2.4);
- 专利启动:Cr 先放电至 0 V+“发一个脉冲—测量—修正”的测量型闭环,任何重启条件都无硬开关(NCP1399/RM 总结 4);
- 待机成体系:跳模式→Off 模式(27 µA typ)→DSS,PFC 三态联动还能断母线分压器(NCP1399/RM 总结 5)。
- 代价:
- CS 分压“一处改动三处生效”(功率上限/OCP 点/失谐判据),务必 1~2% 精度 C0G/薄膜(NCP1399/03 步骤 3);
- 16 个后缀选项“下单时定死”,A/B 版脚 4 语义互换是批量事故第一来源(NCP1399/RM 总结 7;04 陷阱 1);
- fmin 选项连锁:要 16.3 µs 档(fmin≈29 kHz)就落到全锁定保护后缀——选型一次想全(NCP1399/03 步骤 4);
- 外围分立多(CS 分压、BO 分压、NTC、PFC 高压开关),<150 W 不经济(NCP1399/RM 不适合谁)。
- 适合谁:200~500 W 适配器/TV/工业/医疗、要过能效法规、关心启动鲁棒性与“保护即架构”的团队。不适合:要数字可配置的团队(后缀下单定死)、初学 LLC 本身——建议先读 HR1000A+AN151(NCP1399/RM 适合谁/不适合谁)。
选型决策树
(决策树整体为本库归纳,每条分支出处随注)
Q0 功率段与成本?
├─ <150 W、成本极敏感 → QR 反激或简化 LLC 更经济(NCP1399/RM 不适合谁;HP-QR)
├─ 90~300 W、想系统学 LLC/极简外围 → HR1000A 路线,但先过 Q1(HR1000A/RM 适合谁)
└─ 200~500 W、严苛待机/高可靠 → NCP1399(NCP1399/RM 适合谁)
Q1 新项目量产?
├─ 是 → HR1000A 已"新设计不推荐"(HR1000A/RM):选 NCP1399,或与原厂确认 HR1001
│ 供货(ADTA+CMP 正补固定死区/无容性模式保护两个短板,HR1000A/RM 头部注)
└─ 否(学习/维修/存量维护)→ HR1000A+AN151 仍是最佳教材(HR1000A/RM;NCP1399/RM 不适合谁)
Q2(选 NCP1399)保护语义(安规)?
└─ 锁定(如 AF/AT)/自恢复(如 AC)由 16 个后缀定——下单级决策,选项之间连锁、一次想全
(NCP1399/03 步骤 4/§1;04 陷阱 1)
Q3(选 NCP1399)holdup/最低工作频率?
└─ tTON_MAX=11.2 µs→fmin≈41.7 kHz;16.3 µs→fmin≈29 kHz——更低 fmin 占成本,
先算保持时间需求再选(NCP1399/03 步骤 4)
Q4(选 NCP1399)待机家族?
└─ Active OFF(Ay,配次级 off 控制器持续拉低 FB)/Active ON(By,REM 光耦)——按整机辅助
架构定(NCP1399/03 步骤 9;04 陷阱 11)
Q5(选 HR1000A)频率编程起点?
└─ CT=470 pF+Rfmin=12 kΩ→fmin=59.1 kHz 是官方评估板实值,可直接复用;低温应用
CT ≤330 pF(HR1000A/03 步骤 9;02 §3)
典型误用与家族共性陷阱
LLC 通用陷阱(收敛自 HR1000A/04、/05 与 NCP1399/04;场景归组为本库归纳,每行出处随注)
| 误用场景 | 机理与后果 | 对策 |
|---|---|---|
| holdup 增益裕量直接沿用官方值 | AN151 口径“最低频率 60 kHz 处可达增益 1.41>1.25 ✓”,本库按式 6 复算 M(60 kHz)≈1.23~1.25——两口径差异待核实;按 1.25 设计=可用增益刚好覆盖 holdup 需求、零裕量(HR1000A/02 §6;03 步骤 7) | 按 1.25 做设计、把 1.41 当“含峰值点/裕量的官方值”看待;holdup 实测不够就降 Lm/降 h 重来(HR1000A/03 步骤 7) |
| PFC 关断点与谐振腔能力各自为政 | BO 关断 260 V 需 M=1.54,对 m=6/Q=0.4 的峰值增益 1.6~1.8〔近似值〕仅约 10% 裕量;裕量不够则轻载/低母线交叉点失稳、DT_MAX 反复触发进 NDT_MAX 故障(NCP1399/03 步骤 2;04 陷阱 6) | “PFC 关断点”与“谐振腔低母线能力”联立设计;确认 PFC 关断后最低母线仍在感性区(NCP1399/04 陷阱 6,业界经验) |
| 忘了容性区红线 fn<fr/√(1+h) | 本例 fn≈0.32 以下容性区禁止:电流超前电压→硬开通;启动、输出短路、holdup 末段母线坍塌是三个危险窗口(HR1000A/02 §6;04 陷阱 4) | fmin 编程留在感性区;启动从 fstart 起步;NCP1399 由失谐保护硬件阻断(HR1000A/04 陷阱 4;NCP1399/02 §2.3) |
| 把 burst 门限当公式算 | HR1000A 宽输入下门限漂移:RB1/RB2 无闭式公式、按最低输入实测修整(HR1000A/02 §8) | 按最低输入、门限负载实测 Burst 波形调 RB1/RB2(HR1000A/02 §8,业界经验);NCP1399 跳模式啸叫查迟滞选项与 V1st_MUPPER_SKIP(NCP1399/04 陷阱 7) |
| 突发间隙 VCC 靠“应该够” | 深跳模式突发间隙无驱动、VCC 靠电容维持(ICC_SKIP 750 µA typ);跌破 VCC_OFF=9.5 V 后 By 版重启/Ay 版误入 off(NCP1399/04 陷阱 2) | 按“突发间隔×ICC_SKIP”算容量:100 ms 间隔 47 µF 只跌 1.6 V(NCP1399/03 步骤 6;04 陷阱 2) |
| 把硬开关限流的直觉套用到 LLC | 逐周期限流物理不可行——频变要到下一周期才影响传能(HR1000A/05 §3.7.C);直接停振重启还可能落进容性区(HR1000A/02 §9.1) | HR1000A:频移→锁定→打嗝三段降级(02 §9);NCP1399:CS 快通道 5 脉冲 vs FB 慢通道 80~360 ms,差约三个数量级(NCP1399/02 §11) |
| 测量方式污染被测对象 | 示波器探头接 HB 脚会经探头电阻给谐振电容放电(DS 原文警告),空载深跳模式波形不可信(NCP1399/04 陷阱 4) | 改看 MLOWER/VCC;必须看 HB 用 ≥10 MΩ 差分探头并记录“探头加载”变量(NCP1399/04 陷阱 4) |
通用设计纪律(FHA、Q 值、死区 ZVS——按 HR1000A/05 精译与 NCP1399/03 口径归纳)
- FHA 边界:fs≥fr 连续模式很准确,低于 fr 电流断续时仍有效但精度降低(HR1000A/05 §2.3)。
- Q 值:取小换低开关损耗、取大换小环流(NCP1399/03 步骤 1);Q 小则增益曲线“瘦”、fmin 附近每降 10 kHz 增益涨 ~0.2(HR1000A/02 §6)。
- h×Q 折中:初级 RMS 收益 h×Q>6 饱和、次级 >1 饱和——磁芯尺寸与 RMS 电流的折中轴,同时牵动峰值增益与 holdup(HR1000A/05 §2.4)。
- Lm 与死区 ZVS:“在满足 ZVS 前提下取最大 Lm”(HR1000A/05 §3.3);但 ZVS 公式只给上限,工程值由增益可达性与磁芯尺寸收敛(HR1000A/03 步骤 4);NCP1399 用自动死区替代整定,仍有 800 ns 钳位与 NDT_MAX 故障计数作为后备(NCP1399/RM;04 陷阱 6)。
两颗各自的专属雷点
- HR1000A:CSS 过大→过流时频率拉不起来→磁件饱和炸次级(04 陷阱 1,DS 原文警告);LG 必须就近加 15 V 稳压管(04 陷阱 5,DS 原文要求);SW 负向容限仅 −3 V(04 陷阱 6);CT 偏大+低温频率跑偏(04 陷阱 2)。
- NCP1399:A/B 版 SKIP/REM 语义互换(04 陷阱 1);PFC VCC 去耦 <22 µF 因 1.2 mA 限流充电过慢而失效(04 陷阱 8);台架直接测试的 0.5 ms 稀疏脉冲串是看门狗正常行为、并非器件不良(04 陷阱 10);off 模式“假性停机”与唤醒卡滞(04 陷阱 11)。
与其他拓扑的取舍
- 功率带(本库归纳,各格出处随注):反激/QR 覆盖 ~100 W 以下,>100 W/全负载 ZVS/高密度 → LLC/ACF/ZVSF 阵营(HP-QR 决策树 Q0,转引自 NCP1342/RM 不适合谁);AHB 50~300 W;半桥/全桥 LLC 200 W~1 kW——“谐振腔,全软开关,效率王者”(基础概念/§2.4 谱系表)。
- 结构性收益:fm<fs<fr 区间初级 ZVS 与负载电流和输入电压无关、次级电流过零关断(ZCS)无反向恢复——这是 LLC 敢上 200 W+ 的根基(HR1000A/05 §2.1)。
- 结构性代价:峰值增益需求完全由 holdup 时长决定——不要求 holdup 的应用可把需求从 1.25 降到 1.1 量级,谐振腔设计立刻宽松(HR1000A/03 步骤 1);容性区约束与特殊保护哲学见上节(本库归纳)。
- 系统搭配:90~500 W 两级(PFC+LLC)是 DS/AN151 的典型配置(HR1000A/RM Applications);NCP1399 把“轻载关 PFC+断母线分压器”做成系统级接口(NCP1399/RM);次级常规配置 SR:AN151 90 W 例用 MP6922 双通道(HR1000A/05 §4.2/译者附注 4)。
- 65 W 档细化对比:五拓扑同规格对比覆盖反激/QR/ZVSF/AHB/ACF 五条路线(不含 LLC),见 65W 适配器五拓扑同规格对比;AHB/ACF/ZVSF 的细粒度取舍见各相邻横评。
相关阅读
本板块
- HR1000A/README——速览卡片;深读:02 内部框图与工作原理(振荡器/ZVS 预算/增益曲线/突发/保护)· 03 典型应用与设计计算(90 W 编号步骤)· 04 设计要点与排障(9 陷阱)· 05 AN151 精译(式 1~56)· 01 引脚 · 00 规格书全译
- NCP1399/README——速览卡片;深读:02 内部框图与工作原理(电流模式控制律/启动时序/Off 模式)· 03 典型应用与设计计算(240 W 编号步骤)· 04 设计要点与排障(11 陷阱)· 01 引脚 · 00 规格书全译
- 板块导览:30_经典IC精读
- 相邻横评:反激 PWM 控制器 · 准谐振 QR 控制器 · AHB 混合反激 · 同步整流 SR 控制器 · ZVS 软开关实现 · 有源钳位 ACF
跨板块
- 理论基础:01_开关电源基础概念 §2.4 库内拓扑谱系 · §5.4 受控 ZVS(ACF/FFR/LLC 的共性)· §5.5 死区的作用
- 次级搭档:MP6922(AN151 90 W 实例同款双通道 SR)
上一级:LLC谐振