HR1000A — 谐振半桥（LLC）控制器
拓扑：LLC 谐振半桥（50% 占空比变频）｜ 厂商：MPS ｜ 封装：SOIC16（HR1000AGS）｜ 状态：✅ 依据：HR1000A DS Rev 1.02（2014.2.24，24 页，01_规格书全译）+ 官方设计指南 AN151（49 页，06_AN151设计指南精译）。下文“DS”指此手册，“AN151”指该指南。 生命周期注：MPS 标注“新设计不推荐”；后续型号 HR1001 增加自适应死区（ADTA）与容性模式保护（CMP）——HR1000A 的两个固有短板正是它们的出发点。
Description（这是什么）
HR1000A 是一颗半桥 LLC 谐振变换器控制器：输出两路 50% 占空比互补栅驱动（内置 300~400 ns、typ 350 ns 固定死区），高侧驱动自带 600 V 级自举二极管，最高工作频率 600 kHz。它不调节占空比——唯一的调节自由度是开关频率：光耦反馈电流改变 Fset 脚电流，振荡器据此在最高/最低两个编程频率之间连续调频，从而调节谐振腔增益与输出电压。这类“电压模式变频（PFM）”控制是 LLC 最经典的实现方式，与 NCP1399 一类的“电流模式谐振”相对。
它是“边看手册边学 LLC”的最佳教材之一：DS 第 21 页自带 90 W（19 V/4.7 A）设计实例与完整波形，AN151 更给出从 FHA 建模到变压器绕组表的 7 步完整设计流程与实测效率（230 Vac 满载 92.86%）。
本篇总结
- HR1000A 把 LLC 的“一切自由度”收敛成一个：占空比固定在 50%（48~52%）、死区固定在 300~400 ns（typ 350 ns），唯一可调的是开关频率——光耦反馈电流改写 Fset 脚电流，振荡器将其转换为最高 600 kHz 范围内的一个频率点，增益由 fs/fr 唯一决定，“电压模式变频（PFM）”五个字就是全部控制律（DS §6.7/§10.1）。
- 振荡器是“电流控制的三角波”：CT 在 0.9~3.8 V 之间被充电（IS-1）、再以两倍电流放电（IS-2）——充放电时间相等，50% 占空比由硬件结构直接保证；最低/最高频率各由一支电阻编程，fmin=1/(3·CT·Rfmin)、fmax=1/(3·CT·(Rfmin∥RFmax))（DS §10.1）。
- ZVS 不依靠检测，而是依靠设计预算保证：死区里磁化电流作为恒流源转移 MOSFET 输出电容电荷，90 W 实例核算 Im=0.58 A vs 需要 0.23 A（Ceq=100 pF 假设），余量 2.5 倍——Lm=850 µH 正是 ZVS 预算式（AN151 式 25/26）与增益可达性收敛的解（02 §5）。
- 它不做逐周期限流（频率改变要到下一周期才影响传能，本周期的过流追不回）——标准解是两级 OCP + 打嗝“降级三连”：CS 0.8 V 频移限流 → TIMER 2 V 强制最高频最小功率 → 3.5 V 停振、放电到 0.3 V 重启，把短路平均输入功率压到极低（DS §10.5）。
- 软启动是谐振腔专用的频率斜坡：从 fstart≥4×fmin 按指数轨迹降频（RSS+CSS 串联在 Fset 脚），CSS 的 RC 充电节奏匹配谐振腔建立能量的节奏，输出单调、过冲小；任何保护重启都先把 SS 电容经 120 Ω 放掉、从 fstart 重新开始（DS §10.4）。
- 轻载增益坍塌（频率达到 fmax 仍无法降低输出）由突发模式应对：Burst 脚 1.23 V ±100 mV 迟滞控制“断波/发波”，平均开关频率与励磁损耗同步下降，且恢复发波不重走软启动（DS §10.2）。
- 固定死区是“以固定值换取免整定”的折中：350 ns 在 100 kHz 占半周 7%、到 600 kHz 占 42%——“最高 600 kHz”写进特性表，实用却停在 100~300 kHz，这也是它与 HR1001（自适应死区）/NCP1399（可编程死区）的核心代差（02 §4）。
- BO 脚一脚三用：1.25 V 阈值 + 12 µA（9~15 µA）电流迟滞做 Brown-out（不锁存），内部稳压管 5.5 V 钳位兼输入 OVP，外部三极管拉低 BO 就是遥控关机（DS §10.7）。
- 学习价值是它的隐藏卖点：DS 第 21 页自带 90 W（19 V/4.7 A）设计实例，AN151 给出 FHA 建模→谐振腔定参→变压器绕组表的七步流程与实测效率 92.86%@230 Vac——“边看手册边学 LLC”的最佳教材（DS §10.11/AN151 表 4）。
- 生命周期提醒：MPS 标注“新设计不推荐”；它的两个固有短板——固定死区、无容性模式保护——正是后继型号 HR1001 的自适应死区（ADTA）与容性模式保护（CMP）的出发点（README 头部注）。
Features（特性，每条带数值）
| 特性 | 数值 | 工程含义 |
|---|---|---|
| 控制律 | 50% 占空比（48~52%）+ 变频（PFM） | 占空比固定 → 变压器伏秒平衡由 Cr 隔直保证；增益只由 fs/fr 调 |
| 固定死区 | 300~400 ns（typ 350 ns） | 死区里磁化电流给 MOSFET 输出电容换流 → 瞬态 ZVS；不需用户整定 |
| 最高频率 | 600 kHz | 实用多为 100~300 kHz（死区占空比损耗随频率上升，见 02） |
| 栅驱动 | 高/低侧各 1.5 A 拉 / 2 A 灌，Rsource 4 Ω / Rsink 2 Ω，tr/tf 20 ns | 中小功率直接驱动、无需外推 |
| 高侧供电 | 集成自举二极管，600 V，BST 漏流 ≤10 µA @600 V | 省一个外部高压二极管；抗高 dv/dt（SW 摆率上限 50 V/ns） |
| 振荡器精度 | Fset 基准 2 V（1.92~2.08 V）；CT 三角波 0.9~3.8 V | fmin/fmax 各由一支电阻编程，公式见 02 |
| 过流保护 | 两级 OCP：0.8 V 频移限流 + 1.5 V 锁定关断；前沿消隐 250 ns | LLC 无法逐周期限流，“先频移后锁定”是谐振拓扑的标准解 |
| 打嗝定时 | TIMER 脚 130 µA（typ）充电，2 V/3.5 V/0.3 V 三阈值 | 短路时“限流→强制最低功率→停振”三段降级，平均输入功率极低 |
| 母线检测 | BO 脚 1.25 V 阈值 + 12 µA（typ）电流迟滞 + 5.5 V 钳位 | Brown-out 与输入 OVP 一脚两用，还能做远端开/关 |
| 锁定输入 | LATCH 脚 1.85 V 阈值，锁定后需 VCC 循环（<UVLO）复位 | 次级 OVP 等外部保护锁存入口 |
| PFC 联动 | PFC 脚：保护/突发时自动停 PFC | 待机功耗与保护时序的“系统级”接口 |
| 软启动 | 从编程最高频率 fstart 启动（≥4×fmin），非线性频率轨迹 | 谐振腔专用：占空比斜坡无效，必须用频率斜坡 |
| 突发模式 | Burst 脚 1.23 V 阈值 ±100 mV 迟滞 | 轻载/空载降平均开关频率、收紧输出调节 |
| 静态功耗 | 启动 250 µA / 静态 1.5 mA / 工作 3 mA / 故障残余 350 µA（均 typ） | 启动电阻损耗与待机预算按此算 |
| 封装/热 | SOIC16，θJA 80 °C/W，1.56 W @25 °C；OTP 150 °C 断 / 120 °C 恢复 | 见 01 的功耗预算 |
Applications（应用）
LCD/PDP 电视、台式机与服务器电源、通信 SMPS、AC-DC 适配器/开放机架电源、游戏主机、电子镇流器——即 90 W ~ 500 W 量级、需要高效率（≥90%）与高功率密度的两级（PFC+LLC）或单级 AC-DC 场合。DS/AN151 的 90 W 适配器实例（MP44010 PFC + HR1000A LLC + MP6922 同步整流）就是典型配置。
关键参数速查表
测试条件（DS 电气特性表）：TJ=25 °C、VCC=13 V、CHG=CLG=1 nF、CT=470 pF、RFset=12 kΩ。完整 min/typ/max 见 01。
| 参数 | Min | Typ | Max | 单位 | 备注 |
|---|---|---|---|---|---|
| VCC 工作范围 | 8.9 | — | 15.5 | V | 推荐 13~15.5 V |
| UVLO 开阈值 VCCH | 10.3 | 11 | 11.7 | V | 流程图口径 10.5 V |
| UVLO 关阈值 VCCL | 7.5 | 8.2 | 8.9 | V | 迟滞 2.5 V typ |
| 启动电流 | — | 250 | 300 | µA | VCC=VCCH−0.2 V |
| 工作电流 Iop | — | 3 | 5 | mA | 含驱动偏置 |
| 死区时间 | 300 | 350 | 400 | ns | 固定不可调 |
| 输出占空比 | 48 | 50 | 52 | % | 每路 |
| 振荡频率上限 | — | — | 600 | kHz | fmin/fmax 由电阻编程 |
| Fset 基准 | 1.92 | 2 | 2.08 | V | 频率精度的根 |
| 死区换流依据 | — | 3.8 / 0.9 | — | V | CT 峰值/谷值阈值 |
| 栅驱动拉/灌 | 1.5 / 2 | — | — | A | 高低侧同规格 |
| CS 频移阈值 | 0.75 | 0.8 | 0.85 | V | 第一级 OCP |
| CS 锁定阈值 | 1.41 | 1.5 | 1.59 | V | 第二级 OCP |
| 前沿消隐 | — | 250 | — | ns | CS 尖峰免疫 |
| BO 阈值 | 1.2 | 1.25 | 1.3 | V | 电流迟滞 12 µA typ |
| BO 钳位（OVP） | 5.1 | 5.5 | 5.8 | V | 超限关断（不锁存） |
| LATCH 阈值 | 1.75 | 1.85 | 1.95 | V | 锁定关断 |
| Burst 阈值 | 1.18 | 1.23 | 1.28 | V | 迟滞 100 mV |
| TIMER 三阈值 | — | 2 / 3.5 / 0.3 | — | V | 强制最高频/关断/重启 |
| OTP | — | 150 / 120 | — | °C | 关断 / 恢复 |
| VBST 绝对最大 | −1 | — | 618 | V | 自举悬浮供电 |
与 NCP1399 的差异概述
HR1000A 是电压模式变频：固定 50% 占空比、纯调频调增益、没有电流内环（连逐周期限流都明确“不做”，依靠两级 OCP 频移+打嗝保护）——结构简单、外围极省；NCP1399 是电流模式谐振的代表：有电流反馈内环（动态自适应性、容性模式保护、可调死区），高压接入（HV 启动源）与双重 OCP 更完备——要点：学 LLC 用 HR1000A+AN151，做 300 W 以上高可靠性产品选 NCP1399。
五件套导航
| 文件 | 内容 | 对标 TI 手册的哪部分 |
|---|---|---|
| 01_规格书全译 | DS 24 页全文翻译：完整电气表、16 脚原文、功能描述、7 状态机、典型波形 | —（知识库底稿） |
| 02_引脚功能与关键规格 | 16 脚逐脚“内部结构→为什么→怎么接→怎么算→坏了怎样” + 关键参数设计含义 | Pin Configuration + Specifications |
| 03_内部框图与工作原理 | 框图走读、振荡器/50%控制律推导/ZVS 定量/软启动/突发/保护机理、功能模式表 | Detailed Description |
| 04_典型应用与设计计算 | 90 W 设计需求表 + 编号设计步骤（每步式子+代入+结果）+ 选型表 | Application and Implementation |
| 05_设计要点_常见陷阱与故障排查 | 9 个陷阱（机理→现象→测量→对策）、排障流程树、布局要点、量产检查清单 | Layout Guidelines + Troubleshooting |
| 06_AN151设计指南精译 | MPS 官方 AN151 全译：式 1~56、表 1~6、90 W 实例绕组表与实测 | —（原厂设计指南） |
- 所属横评：01_横评_LLC谐振控制器
适合谁 / 不适合谁
适合：
- 第一次做 LLC、想完整走一遍“FHA 建模 → 谐振腔定参 → 变压器绕组 → 保护整定”的人（AN151 是现成教科书）；
- 90~300 W 适配器/开放电源，追求低成本少外围（一颗 IC + 一支光耦就是全部控制电路）；
- 已有 PFC 前级、需要 PFC 联动与待机突发模式的两级架构。
不适合：
- 需要自适应死区/容性模式专用保护的严苛大功率场合（选 HR1001 或 NCP1399）；
- 想省掉 PFC 直接宽输入单级、且对 holdup/增益范围要求苛刻的方案（固定死区+固定 50% 的自由度不够）；
- 新项目量产（MPS 已标“新设计不推荐”，供货生命周期需与原厂确认——此点手册未给 EOL 日期，待核实）。
精炼要点
| 要点 | 数值 | 为什么重要 |
|---|---|---|
| 控制律 | 50% 固定 + 350 ns 死区 + 变频（最高 600 kHz）（DS §6.7） | 占空比固定 → 增益只由 fs/fr 调，环路是“电流→频率→增益→输出电压”一条链 |
| 振荡器 | CT 0.9↔3.8 V，放电电流=2×充电（DS §10.1） | 50% 占空比由硬件结构直接保证；fmin=1/(3·CT·Rfmin) |
| ZVS 预算 | Im=0.58 A vs 需 0.23 A（Ceq=100 pF），余量 2.5 倍（AN151 式 25/26） | Lm=850 µH 的由来；Ceq_max≈255 pF 是选管红线 |
| 两级 OCP | CS 0.8 V 频移 → 1.5 V 锁定（DS §10.5） | LLC 不做逐周期限流，“先频移后锁定”是谐振拓扑标准解 |
| 打嗝三段 | TIMER 2 V→3.5 V→0.3 V；t_OFF≈2.5·RTimer·CTimer（DS §10.5） | 短路平均输入功率极低；t_OC 无闭式解、按实验整定 |
| 软启动 | fstart≥4×fmin；RSS 3.9 k/CSS 680 n≈13 ms（03 步骤 10） | 谐振腔专用频率斜坡，任何重启都从 fstart 重新开始 |
| 突发模式 | Burst 1.23 V ±100 mV 迟滞（DS §10.2） | 轻载增益坍塌的出路；恢复发波不重走软启动 |
| 固定死区代价 | 350 ns@600 kHz=半周 42%（02 §4） | “最高 600 kHz”写在特性表、实用停在 100~300 kHz 的原因 |
| BO 一脚三用 | 1.25 V+12 µA 电流迟滞；5.5 V 钳位 OVP（DS §10.7） | Brown-out+输入 OVP+远端 ON/OFF，均不锁存 |
| 自举 | 集成 600 V 二极管；Cbst 取 1 µF，SW 摆率上限 50 V/ns（DS §10.8） | 免外置高压二极管；Cbst 太小→高侧栅幅随频率变矮 |
| 90 W 实例 | 19 V/4.7 A，满载 92.86%@230 Vac（AN151 表 4） | 七步设计流程可直接照做，官方实测效率当“及格线” |
| 生命周期 | MPS 标“新设计不推荐”（README 头部注） | 新项目看 HR1001：ADTA+CMP 正补它两个短板 |