开关电源知识库

HR1000A — 02 内部框图与工作原理

对标 TI 数据手册的 “Detailed Description” 一章:Overview → 框图走读 → 每个功能一小节 → Device Functional Modes。 依据:HR1000A DS Rev 1.02 功能描述(P13~19)、框图(P12 图 1)、流程图(P22)、典型波形(P23);定量核算用 AN151 90 W 实例数字(Lm=850 µH、Lr=100 µH、匝比 31:3、fmin=60 kHz)。fr/Cr 未在原文印出,本文按 AN151 式 54 反推 fr≈100 kHz、Cr≈26 nF,标注“本库推算”。

本篇总结

  1. HR1000A 的控制律要点:占空比固定在 50%、死区固定在 350 ns,唯一可调的是频率——误差放大走光耦,光耦电流改写 Fset 脚电流,振荡器把电流转换为频率。理解了“电流→频率→增益→输出电压”这条链,框图上每个模块就都有归属。
  2. 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)/放电(IS-2,电流是充电的两倍)——充放电各占半周,这就是 50% 占空比从硬件上“免费”来的原因。
  3. ZVS 不是靠检测而是靠“预算”:死区里磁化电流像一只恒流源,必须在 350 ns 内把两只 MOSFET 的输出电容搬过整个母线电压。90 W 实例核算:磁化电流 0.58 A,需要 0.23 A(Ceq=100 pF 假设),余量 2.5 倍——Lm=850 µH 就是这么“算出来的上限”。
  4. LLC 无法逐周期限流(频率变化至少下一周期才生效),HR1000A 的应对是“降级三连”:频移限流(0.8 V)→ 强制最高频最小功率(TIMER 2 V)→ 停振打嗝(3.5 V→0.3 V)→ 重启,把短路平均输入功率压到极低。
  5. 启动从最高频率开始不是惯例而是物理:谐振腔增益与频率成反比,“软启动”只能是频率从 fstart(≥4×fmin)指数下降的轨迹,CSS 的充电节奏匹配谐振腔建立能量的节奏 → 输出单调、过冲小。
  6. 轻载增益坍塌是变频 LLC 的固有矛盾:所需增益低于增益曲线可达最小值时,频率顶到 fmax 也压不住输出——只能断波(突发模式),Burst 脚就是这只“断波开关”。
  7. 固定死区的取舍:350 ns 在 100 kHz 只占半周 7%,在 600 kHz 占 42%——这就是“最高 600 kHz”写进特性表、实用却停在 100~300 kHz 的真实原因。

功能模块索引

功能块 本文件 DS 对应 机理概述
Fset 电流镜 + VCO 振荡器 §2、§3 DS 图 1/图 3 光耦抽走电流越多频率越高,唯一控制输入
50% 占空比的硬件来源 §3、§4 DS 图 2 放电电流=2×充电电流,充放电各半周
固定死区 350 ns + 分相驱动 §2、§4、§5 DS 图 1 死区既防直通又当 ZVS 换流窗
LEVEL SHIFTER + 自举供电 §2 DS 图 1 高侧“地”是 SW;Cbst 每周期供栅电荷
ZVS 预算(Im·tdead=2Ceq·Vin) §5 AN151 式 25/26 0.58 A vs 需 0.23 A,Lm=850 µH 由此定
增益曲线(h/Q/fn) §6 AN151 式 6 M=1 负载无关点;fmin 处 1.25 覆盖 holdup
软启动(fstart 指数降频) §7 DS 图 8 RSS+CSS 并 Fset,5×RSS×CSS≈13.6 ms
突发模式(断波) §8 DS 图 5 增益坍塌时 HG/LG 关断,Burst 1.25 V 门限
两级 OCP(0.8 V / 1.5 V) §9.2 DS 频移限流→锁定关断,短路电流近似恒定
TIMER 三段降级打嗝 §9.3 DS 图 12 0.8→2→3.5 V→0.3 V,短路平均功率极低
BO 一脚两用 §9.4 DS 12 µA 电流迟滞 + 5.5 V 钳位 = brown-out/输入 OVP/ON-OFF
PFC 联动(六信号或门) §2、§8 DS 图 1 任一保护/突发即拉低 PFC 脚

1. Overview:芯片在系统里的位置

 AC ──► PFC(MP44010) ──400 V──► 半桥(QH/QL) ──► 谐振腔(Cr-Lr-Lm) ──► 变压器 ──► SR 整流(MP6922) ──► 19 V
                                    ▲                │谐振电流(CS)      │次级电压
                                    │                ▼                  ▼
                              HG/LG ◄── HR1000A ◄── 光耦反馈(误差放大在次级)

类比:LLC 像一辆只有“油门”没有“挡位”和“刹车”的车——占空比(挡位)固定在 50%,转速(频率)是唯一可控量;想输出低就踩高转速(增益曲线随频率下降),想输出高就降转速。HR1000A 整个芯片就是这台“发动机的调速器”:采样输出(光耦)→ 定转速(振荡器)→ 点火(半桥驱动,管死区)→ 超速保护(两级 OCP+打嗝)。

2. 框图走读(按信号流)

HR1000A 功能框图(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 1 原版,翻拍自手册)

沿信号流从左到右走一遍(对照上图):

  1. 频率生成链:Fset(脚 4) networks → 内部电流镜(Ifmin,1 A/A)→ VCO → Control Logic。光耦三极管从 Fset 网络分走多少电流,VCO 频率就变多高——这是全芯片唯一的“控制输入”。
  2. 分相与死区:Control Logic → DEAD TIME(固定 350 ns)→ DRIVING LOGIC 出两路互补 50% 信号;一路直接进 LOW SIDE DRIVER → LG;一路经 LEVEL SHIFTER(电平移位,跨过 400 V 摆动的 SW)进 HIGH SIDE DRIVER → HG。
  3. 供电与悬浮:VCC 经 UV DETECTION(UVLO 11 V/8.2 V)和 20 V 稳压管钳位;高侧的“地”是 SW(脚 14),“电”是 BST(脚 16)——框图右上角画出了 BST 电容与谐振腔的连接。自举的定量核算(机理为业界共识、数值为本库推算):每个周期高侧驱动都从自举电容取走栅电荷 Qg,压降 ΔV=Qg/Cbst——Qg=30 nC、Cbst=1 µF 时仅 30 mV,纹波可忽略;真正要留余量的是电平移位器每次跨越 SW 摆动消耗的电荷,以及低侧导通半周的再充电窗口(fmin 端半周最长、充电最从容;fmax 端反而吃紧)。Cbst 太小的现场症状是“高侧栅幅度随频率升高变矮”→ 开通变慢、轻载先丢 ZVS——这就是 03 建议自举电容直接取上限 1 µF 的原因。
  4. 保护汇流:CS 进 0.8 V/1.5 V 两只比较器;TIMER(脚 2)进 Control Logic;LATCH(1.85 V)经 SR 锁存器输出 DIS(disable);Burst(1.25 V)输出 STANDBY;BO 经 1.25 V/5.5 V 两比较器给出 LINE_OK;OVP/OTP/CS/LATCH/Burst/BO 六路信号汇入一个多输入或门(图 1 右下),任一有效即开通放电三极管把 PFC 脚拉低——框图右下这只三极管就是“PFC 联动”的全部硬件。

读框图的收获:这张图里没有任何“误差放大器”——误差放大在次级(TL431 类),HR1000A 只收光耦电流。它是“执行器”,不是“控制器全包”方案(与 UC3842 内置误差放大+基准的硬开关方案形成对照)。

3. 振荡器与频率编程

振荡器框图(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 3 原版,翻拍自手册)

CT 三角波与门信号(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 2 原版,翻拍自手册)

机理(对照图 3):一个周期从 IS-1 给 CT 充电开始;CT 电压到 3.8 V 峰值阈值时比较器翻转,改由 IS-2 放电——IS-2 的电流是 Fset 脚源电流的 2 倍,所以放电速率 = 充电速率 → 充放电时间相等 = 50% 占空比(图 2 中 CT 三角波与 LG/HG 的对应关系)。CT 回落到 0.9 V 谷值阈值时 IS-2 关断、新周期开始。

Fset 三支路的分工(每支路一个频率锚点):

支路 工况 决定
Rfmin(Fset→GND) 光耦截止(要求最高增益) 网络电阻最大 → 电流最小 → fmin
RFmax + 光耦(光耦全饱和) 输出最高/轻载(要求最低增益) 网络电阻最小 → 电流最大 → fmax
RSS+CSS 串联 仅启动期有效 fstart(≥4×fmin),稳态后 CSS 充满、该支路零电流

公式与代入(DS 原文公式):

fmin = 1/(3·CT·Rfmin)              fmax = 1/(3·CT·(Rfmin∥RFmax))

用 DS 测试条件(= 90 W 评估板实值)复算:CT=470 pF、Rfmin=12 kΩ → fmin = 1/(3×470×10⁻¹²×12×10³) = 59.1 kHz,与 AN151 实例 fmin=60 kHz 一致(CT 谷值/峰值 0.9/3.8 V 与 3 倍系数来自三角波几何:0.9~3.8 V 摆幅 2.9 V,等效充电窗口 ~3×RC 时间量级——系数 3 是厂商按内部阈值推导好的,直接用)。 若取 RFmax=7.5 kΩ:Rfmin∥RFmax = 4.62 kΩ → fmax = 1/(3×470 pF×4.62 kΩ) = 153.7 kHz ≈ 2.6×fmin。

权衡(CT 取值):CT 大 → 同频率下充放电电流小 → 振荡器功耗低、抗噪好;但 DS 官方注明确:低温下 Fset 源电流能力下降,CT 大了可能充不到 3.8 V、频率跑偏 → 低温高频应用 CT ≤330 pF。设计含义:别把 CT 当“随便取”的定时电容,它是频率精度的半个决定者(另半个是 Fset 2 V 基准 ±4%)。

控制到频率的传递:光耦电流增大 → Fset 脚被抽走的电流增大 → 等效网络电阻变小 → 频率升高 → 增益下降 → 输出电压下降。这是一条反相链:输出偏高 → 光耦电流大 → 频率高 → 输出回落,负反馈自洽。

4. 50% 定占空比 + 变频:控制律推导

动机:为什么 LLC 将占空比固定?——因为谐振腔的增益只取决于频率比 fn = fs/fr,调占空比的收益远小于调频率,而固定占空比带来两大收益:①变压器伏秒每周期严格对称,②驱动时序最简单(一个振荡器分两相)。

推导(FHA,AN151 式 3~6):

死区与直通:50% 意味着两路驱动理论上“无缝衔接”——上管关断瞬间下管就要开通。直通风险由 350 ns 固定死区阻断:两只管在死区里同时关断,既保证不重叠,又给了 ZVS 换流的时间窗(§5)。权衡:死区太长 → 每半周损失 tdead/T 的有效占空比(100 kHz 时 7%,600 kHz 时 42%——传输能力大幅缩水);死区太短 → 换流未完成 → 硬开通。HR1000A 用“一个对大多数 100~300 kHz 应用都合理的折中值”换掉了用户整定的麻烦——这是它与 HR1001(自适应死区)/NCP1399(可编程死区)的核心代差。

Cr 隔直偏压的定量——这项无代价防护的实际作用(FHA 一阶口径,本库推算):设高侧实际占空比 D(规格 48~52%),一个周期内加在“谐振腔+变压器初级”上的平均电压 = Vdc·(2D−1)。稳态下 Lm 不允许任何直流分压(否则磁通逐周期台阶增长直至饱和)——这个直流分量只能由 Cr 充出一个直流偏压来平衡:

VCr,dc = Vdc·(2D−1)  →  最坏 D=0.52、Vdc=400 V:VCr,dc = 400×0.04 = 16 V

再叠交流分量:谐振电流基波峰值 ≈1 A(03 步骤 11 口径)流过 Cr 的容抗 XCr = 1/(2π·fs·Cr) = 1/(2π×100 kHz×26 nF) ≈ 61 Ω → 交流峰值 ≈ 61 V。Cr 的总应力是“±61 V 摆动骑在 16 V 直流上”——薄膜电容选 630 V~1 kV 耐压、留一倍以上余量即标准做法(DS 图 18 的 1 kV 电容组与此自洽)。设计含义:同样 4% 的占空比失衡,在硬开关半桥里是“变压器每周期吃 16 V 直流、毫秒级饱和”的事故,在 LLC 里只是 Cr 上 16 V 的静默偏压——把 Cr 称作 LLC 的“伏秒保险丝”并不夸张。

5. ZVS 机理与死区换流的定量核算

机理:死区开始瞬间(上管刚关断),谐振腔电流 ≈ 励磁电流峰值 Im(负载分量已折算进谐振电流,死区窗口里起主导作用的是励磁电感上的电流——Lm 大、电流变化慢,可视为恒流源)。这只“恒流源”持续给下管输出电容充电、上管输出电容放电,把 SW 从 0 拉向 Vdc。SW 摆到 Vdc 后,上管开通时其 vDS=0 → 零电压开通(ZVS),Coss 无损失、体二极管自然换流。

AN151 的预算式(式 25/26):

Im·tdead = 2·Ceq·Vin          (死区内磁化电流搬完两只管的电容电荷)
Lm < T·tdead/(16·Ceq)         (半桥,改写成 Lm 上限)

用 90 W 实例核算(每步可复算):

  1. 磁化电流峰值(式 13 代入):Im = N·Vo·T/(4·Lm) = 10.33×19.2 V×10 µs/(4×850 µH) = 0.58 A(fs=fr=100 kHz,T=10 µs;N·Vo=198.4 V 为次级折算电压)。
  2. ZVS 需要的电流(式 25 代入,Ceq=100 pF 为本库假设——600 V 级 superjunction MOSFET 的有效输出电容+杂散的典型量级,随管型变化,待核实):Im_min = 2×100 pF×400 V/350 ns = 0.23 A。
  3. 余量 = 0.58/0.23 ≈ 2.5 倍 ✓——AN151“在满足 ZVS 前提下取最大 Lm”的 850 µH 有明确裕量。
  4. 反过来问:850 µH 最多容忍多大 Ceq?Ceq_max = Im·tdead/(2·Vin) = 0.58 A×350 ns/800 V = 255 pF;用式 26 交叉验证 T·tdead/(16·Lm) = 10 µs×350 ns/(16×850 µH) = 257 pF ✓(两条路一致)。选管时 Coss(eff)+杂散 >~250 pF 就会丢 ZVS。
  5. 轻载/高频端的隐患:Im 与周期成正比(式 13)。若 fmax 编到 200 kHz(T=5 µs)→ Im=0.29 A,余量缩到 1.27 倍;300 kHz → Im=0.19 A < 0.23 A → ZVS 丢失、部分硬开关。设计含义:fmax 不是越高越好,它是“最轻负载 ZVS”和“轻载调节”的折中(轻载问题另见 §8 的突发模式)。

权衡总结(为什么“死区固定”仍能用):ZVS 需要“电流够”,而电流来自 Lm 偏小;导通损耗想要“电流小”,又需要 Lm 偏大——Lm 取值是 ZVS 与导通损耗之间的核心权衡(AN151 §2.4 主线结论)。固定死区将这一权衡的一端固定,设计者以“最坏工况下够用”的 Lm 为代价。

6. LLC 增益曲线的定量讨论

FHA 增益(AN151 式 6,按标准形式重排——原文 ASCII 排版有歧义,此式已用“fn=1 时 M=1”与“h→∞ 退化为串联谐振”两点校验):

             1
M = ─────────────────────────────────────
    ┌─────────────┐2   ┌──────────┐2
    │ 1 + 1/h·(1−1/fn²) │ + │ Q·(fn−1/fn) │
    └─────────────┘    └──────────┘
  h = Lm/Lr(式7)  fn = fs/fr(式8)  Z0=√(Lr/Cr)(式9)  Q = Z0/Req(式10)

90 W 实例的参数落地(Lm=850 µH、Lr=100 µH 为 AN151 事实;fr/Cr 为本库推算):

代入式 6 画几个点(h=8.5、Q=0.18):

fn fs(fr≈100 kHz) M 物理状态
1.3 130 kHz 0.95 感性、欠谐振(降压),空载/高压端
1.0 100 kHz 1.00 谐振点:负载无关点,所有 Q 的曲线在此相交
0.8 80 kHz 1.07 升压区
0.7 70 kHz 1.13 —
0.6(=fmin 60 kHz) 60 kHz 1.23~1.25 满足 holdup 需求 Mmax=400/320=1.25
0.5 50 kHz 1.43 曲线峰附近(fmin 钳位之下,正常工作到不了)
<0.324(fr/√(1+h)) <32 kHz — 容性区:禁止(电流超前电压 → 硬开通)

三个可读出的设计事实:

  1. fn=1 的负载无关点是增益曲线的“锚”:正常输入+满载设计工作在此附近(效率最优,AN151 §3.1),输入掉电时靠向 fn 降频滑到 1.25。
  2. Q=0.18 相当“瘦”:轻 Q 曲线在峰附近很陡——fmin 附近每降 10 kHz 增益涨 ~0.2,环路增益高;但峰值增益(~2.1 @fn≈0.34)在 fmin 钳位之下不可用——实际可用增益 = M(fmin)≈1.25,刚好覆盖 holdup 需求,零裕量。AN151 原文口径“60 kHz 处可达增益 1.41>1.25 ✓”,本库按式 6 复算 M(60 kHz)≈1.23~1.25,1.41 更接近 fn=0.5 处的值——两口径差异待核实(AN151 未印 fr/Cr,无法完全复核);设计时按 1.25 留裕量更稳。
  3. h×Q 的代价(AN151 §2.4 结论):初级 RMS 电流随 h×Q 增大而降,但 h×Q>6 后收益饱和(次级 >1 即饱和)。本例 h×Q=8.5×0.18=1.53,初/次级 RMS 都还有优化空间——即若把 Lm 降下来(h↓)换磁芯更小,导通损耗的代价有限;这是磁芯尺寸与效率的折中轴。

7. 启动与软启动:多周期的频率轨迹

动机:硬开关拓扑的软启动是“占空比从 0 缓升”;LLC 占空比固定,且增益与频率成反比——所以软启动 = 从最高频率 fstart 开始,按指数轨迹降频,直到闭环接管。fstart 越高增益越低,浪涌能量越小。

机理(为什么是指数轨迹):启动瞬间 SS=0 V → RSS 与 Rfmin 并联 → 网络电阻最小 → fstart = 1/(3·CT·(Rfmin∥RSS))。随后 CSS 从 0 V 被 Fset 的 2 V 基准经 RSS 充电——RC 充电天然“先快后慢”,频率随之“先猛降、后缓降”(DS 原文:exponential curve)。时间常数约 5×RSS×CSS——多周期的意思:这不是一个周期内的斜坡,而是成千上万个开关周期里频率的连续滑落,谐振腔和输出电容有足够时间逐周期建立能量。

软启动 RC 网络(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 8 原版,翻拍自手册)

上图即 DS 图 8 的全部接线:RSS+CSS 串联后并在 Fset–GND 之间——启动期 CSS 未充电、RSS 与 Rfmin 分流(频率顶到 fstart),CSS 充满后该支路电流归零、频率交还给 Rfmin/光耦决定,稳态零贡献。

代入(接 03 的设计):fstart=4×fmin=240 kHz → RSS = 12 kΩ/(4−1) = 4 kΩ;CSS = 3×10⁻³/4000 = 750 nF → 取 680 nF → 软启动时长 ≈ 5×4 kΩ×680 nF = 13.6 ms。核实:RSS=4 kΩ 时 Rfmin∥RSS = 3 kΩ → fstart = 1/(3×470 pF×3 kΩ) = 237 kHz ✓。

为什么输出单调(DS 特性“非线性软启动”):指数降频的“先快后慢”正好反演谐振腔增益-频率特性的“先缓后陡”——两个非线性互相抵消,输出电压爬升近似线性、到设定点附近过冲很小。若用线性频率斜坡,在增益陡段会过冲(推断:线性斜坡过冲的机理,DS 未展开)。

每次“重启”都带软启动:任何关断条件(打嗝到点、BO 动作、OTP、UVLO)都会把 SS 电容经 120 Ω 内部开关放掉(680 nF → ~80 µs 放完)→ 重启必然从 fstart 重新来——这是“打嗝重启不会带着满能量砸进谐振腔”的保证。例外:突发模式恢复不触发软启动(Burst 只是门驱动暂停,SS 保持原态)——输出仍在调节带内,无需从头来。

8. 突发模式:轻载增益坍塌的出路

问题机理(轻载增益坍塌):负载变轻 → 所需增益变小 → 频率升高。但增益曲线在高频端趋于平坦(fn>1 后 M→1/h·(1+…) 的渐近线,下降越来越慢),而且 fmax 是有上限的(ZVS 磁化电流、死区损耗、振荡器范围)。当“所需增益 < 增益曲线在 fmax 处的最小可达值”时,频率已达 fmax 仍无法降低输出——输出电压开始上漂,光耦饱和,环路失权。

HR1000A 的应对:断波。Burst 脚检测与反馈相关的电压(经电阻从“光耦-Fset”节点取样):负载低于门限 → 输出必偏高 → 光耦电流增大 → Rfmax 上电压升高 → Burst<1.25 V → HG/LG 关断(Fset 只剩 2 V 基准、SS 保持、功耗降到 1.5 mA 档);输出被负载拖落 → 光耦电流减小 → Burst 回升 >1.25 V+100 mV → 恢复发波(不重走软启动)。输出就这样在一组组“最高频率脉冲串”之间维持——平均开关频率大幅下降,励磁电流的平均损耗同步下降(DS:reducing the average residual magnetizing current)。

为什么脉冲串在最高频率:既然要“少传能量”,就把每串脉冲都开在增益最低的 fmax——单波传能最小、突发分组最细、输出纹波最小(DS 明确 Rfmax 同时决定突发模式的最大频率)。

宽输入范围的门限漂移:输入电压也影响工作频率(输入低 → 频率被拉低)→ 同样 Burst 门限对应的负载功率 PBurst 随输入漂移。DS 图 5 的处方:把输入电压信号经 RB1/RB2 注入反馈(两支路总阻远大于 RH,避免干扰 BO 脚),RB1/RB2 按实验修正——门限整定没有闭式公式(业界经验:按最低输入、门限负载实测 Burst 波形调)。

宽输入范围的突发门限稳定电路(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 5 原版,翻拍自手册)

上图即 DS 图 5:Vin 经 RH/RL(BO 分压)与 RB1/RB2 两路同时参与反馈取样——输入低时注入的偏置电流多、门限自动前移,把 PBurst 在宽输入范围内拉平;RB1+RB2 ≫ RH 保证这条“稳定化支路”不反过来干扰 BO 脚的母线检测。

PFC 联动的自洽:突发门关断时 PFC 脚同步拉低(框图六输入或非逻辑)——待机时 PFC 停、母线不再被抬、下一串脉冲来时输入状态干净。

9. 保护体系:每个阈值的物理机理

保护流程图(MPS HR1000A DS Rev 1.02 FLOW CHART 原版,翻拍自手册)

打嗝时序(MPS HR1000A DS Rev 1.02 图 12 原版,翻拍自手册)

9.1 为什么 LLC 不能逐周期限流

硬开关电流模式的“每个周期比较一次、超了就关管”在 LLC 上物理不可行:电流检测动作只能改频率,而频率改变要到下一个开关周期才影响传能——“本周期已经超的电流”无法追回(AN151 §3.7.C 原文:逐周期限流不可能)。更糟的是,短路时若直接停振再重启,重启瞬间谐振腔可能落在容性区 → 硬开通炸管。所以 LLC 的过流必须是“软的、有梯度的”。

9.2 两级 OCP 的分工

级 阈值 动作 物理目的
第一级 CS>0.8 V(0.75~0.85) SS 电容放电 → 频率急升 → 传能下降;CS 回落 0.79 V 恢复 把过载“拉回”工作区:频率升高离容性区更远、传能更少
第二级 CS>1.5 V(1.41~1.59) 锁定关断,功耗降至 350 µA 档;VCC<UVLO 才解锁 频移压不住的短路(升频后电流仍涨)→ 只能断电

输出短路时第一级动作的净效果:初级峰值电流近似恒定(DS 原文)——频率被顶上去后,谐振腔每周期从母线“取”的能量固定,电流不再随短路深度增长。250 ns 前沿消隐负责把开通振铃挡在比较器外(注意消隐只滤“开通后 250 ns 内”,振铃拖长就会漏过——RC 滤波与之配合,见 01 §3.2)。

DS 内部口径矛盾(照录):第一级迟滞在引脚定义写 50 mV、功能描述写“回落 0.79 V(10 mV 迟滞)”——设计按触发 0.8 V、恢复点实测确定。

9.3 TIMER 与打嗝:三段降级

CS>0.8 V 期间,130 µA(80~180 µA)电流源给 CTimer 充电(RTimer 同时缓慢放电——所以 tOC 没有闭式解,净充电速率取决于“每周期里 CS>0.8 V 的占比”,DS 明确按实验整定:加大 CTimer 每档约 +100 ms 运行时长):

  1. CS>0.8 V、TIMER<2 V:频移限流运行(第一级);
  2. TIMER≥2 V:SS 全放电 → 频率强制 = fstart(传能最小的“怠速”档,DS 图 12 的 Pmin 段)→ TIMER 继续充到 3.5 V;PFC 已被拉低;
  3. TIMER≥3.5 V:停振、充电源关、RTimer 放电到 0.3 V → 重新软启动。

停振期时长有闭式解:t_OFF = RTimer·CTimer·ln(3.5/0.3) ≈ 2.5·RTimer·CTimer(RTimer=100 kΩ、CTimer=1 µF → 0.25 s)。原文另印 2 V→3.5 V 段 t_OP = 10⁴·t_Timer——下标口径与 RC 充电模型对不上(恒流充电该段应与 CTimer 成正比、约为第一段的 0.75 倍),属原文排版歧义,待核实;设计时此段时长以实测为准,可靠可算的只有 t_OFF。

这套梯子的净效果(DS 的卖点句):变换器在短路条件下以极低的平均输入功率间歇工作——限流段限制单周能量、强制 fstart 段把功率再压一档、停振段完全归零。

9.4 BO:电流迟滞的物理与一脚两用

BO<1.25 V → 关闭门极驱动、放掉 SS 电容、PFC 拉低(不锁存);母线恢复 >1.25 V → 带软启动重启。迟滞是“电流式”的:BO<1.25 V 时内部 12 µA(9~15 µA)电流源开启,在 RH 上叠加 12 µA×RH 的电压台阶——RH 兆欧级时台阶就是几十伏的母线迟滞窗(RH=3.3 MΩ → 40 V typ)。附加的一脚两用:BO 被内部稳压管钳在 5.5 V(5.1~5.8),钳位动作本身触发关断(不锁存)→ 同一引脚完成 Brown-out+输入 OVP+远端 ON/OFF(外部三极管拉低 BO 即“遥控关机”)。

9.5 LATCH / OTP / VCC 钳位

9.6 七状态机与一张波形图

典型波形时序(MPS HR1000A DS Rev 1.02 P23 原版,翻拍自手册)

DS 流程图(上图)列出七个并列监测状态:锁存关断 / OCP(CS)/ OCP(TIMER)/ OTP / Brown-out / UVLO / 突发模式,每个状态都是“监测→动作(停脉冲+放 SS 电容+PFC 拉低,或锁存)→恢复条件”。排障读法:把实测的 VCC、SS、CS、TIMER、BO、Burst 六路波形与上图对齐,状态机当前停在哪一目了然(05 的 00 译者附注也强调:先查状态机判定状态)。注意 DS 流程图写充电电流 150 µA、EC 表与引脚定义写 130 µA——手册内部不一致(照录),按 130 µA(typ)设计、按 80~180 µA(min/max)校验。

10. Device Functional Modes(功能模式总表)

模式 进入条件 芯片行为 退出
UVLO VCC<VCCL(8.2 V typ) 驱动停、SS 放电、PFC 脚开路、耗 250 µA VCC>VCCH(11 V typ)→ 软启动
软启动 上电/任一保护恢复 频率从 fstart 指数降至闭环接管(≈5×RSS·CSS) 输出达设定 → 正常运行
正常运行 环路闭合 光耦电流调制 fs(fmin~fmax 之间) 任一保护/突发条件
频移限流(OCP-1) CS>0.8 V SS 放电、fs 急升、峰值电流近似恒定 CS<0.79 V → 正常;持续则 TIMER 升级
强制最高频(OCP-2 前段) TIMER>2 V SS 全放电、fs=fstart、PFC 停、传能最小 TIMER>3.5 V → 停振
打嗝停振(OCP-2 后段) TIMER>3.5 V 门驱动关、RTimer 放电 CTimer TIMER<0.3 V → 软启动重启
锁定关断 CS>1.5 V / LATCH>1.85 V 停脉冲+SS 放电+PFC 拉低、耗 350 µA 仅 VCC<UVLO 解锁
Brown-out / 输入 OVP BO<1.25 V 或 >5.5 V 停脉冲+SS 放电+PFC 拉低(不锁存) 1.25 V<BO<5.5 V → 软启动重启
突发模式 Burst<1.23 V(−100 mV 恢复 +50 mV) 门驱动暂停、SS 保持、PFC 停、耗 1.5 mA Burst>1.28 V → 恢复发波(无软启动)
过温 TJ>150 °C 停脉冲+SS 放电+PFC 拉低 TJ<120 °C

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 全部行为的根;增益只由 fs/fr 调(式 6)
振荡器 CT 三角波 0.9↔3.8 V,放电电流=2×充电 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 假设) Lm=850 µH 的由来;Ceq_max≈255 pF 是选管红线
轻载 ZVS 边界 fs≈300 kHz 时 Im<需值 fmax 编程的隐形上限,突发模式补位
增益-频率工作台 M(fn=1)=1 负载无关;M(fmin=60k)≈1.25 holdup 需求刚好覆盖,峰值增益在钳位之下不可用
软启动 fstart≥4×fmin,指数轨迹 ≈5×RSS·CSS 谐振腔专用软启动;任何重启都从 fstart 再来
打嗝梯度 0.8 V→2 V→3.5 V→0.3 V 短路平均输入功率极低的三段降级
不能逐周期限流 频变下一周期才生效 LLC 与硬开关保护哲学的根本分野
固定死区代价 350 ns@600 kHz=半周 42% 最高频率写在特性表、实用停在 100~300 kHz 的原因
突发恢复不软启动 Burst 迟滞 100 mV 输出始终在调节带内,无需重走启动轨迹

上一级:HR1000A