HR1000A — 03 典型应用与设计计算

对标 TI 数据手册的 “Application and Implementation” 一章：Design Requirements → 编号设计步骤 → 关键元件选型。 依据：DS Rev 1.02 设计实例（P21，图 18）+ AN151 分步流程（式 1~56）。功率级（Lr/Lm/Cr/变压器）引用 06_AN151设计指南精译 的结论数值并复述关键式代入；IC 侧外围用 DS 参数亲手核算。标注“本库示例/本库估算/推算”处为按官方公式的自算值，标注“待核实”处原文未印。

本篇总结

1. 设计对象与 AN151/DS 完全同规格：90 W（19.2 V/4.7 A）、90~265 VAC 输入、PFC 母线 400 V、holdup 需求增益 1.25——所有计算都能与官方实测对表。
2. 功率级主线（AN151）：匝比 10.42→31:3、ZVS 约束下 Lm 上限约 2.2 mH（Ceq=100 pF 口径）→按增益可达性与磁芯收敛到 850 µH（h=8.5）、Lr=100 µH（50 匝 EPC13）、Cr≈26 nF（本库由式 54 反推，原文未印，待核实）。
3. IC 侧主线（DS 公式亲手算）：CT=470 pF + Rfmin=12 kΩ → fmin=59.1 kHz（与 AN151 的 60 kHz 对上）；fstart=4×fmin → RSS=4 kΩ、CSS=680 nF（软启动 13.6 ms）；fmax≈147 kHz → RFmax=7.5 kΩ。
4. CS 采样电阻 RS=4/ICrpk≈3.9 Ω（ICrpk≈1 A 本库估算），满载电阻损耗约 1 W——要不要上无损检测网络的分水岭。
5. BO 分压按 AN151 的 max 迟滞电流 15 µA 口径：RH=3.3 MΩ、RL=16.5 kΩ（300 V 重启/250 V 关断目标），实测窗口 30~50 V（IHyst 9~15 µA 散布）。
6. TIMER 打嗝：RTimer=100 kΩ + CTimer=1 µF → 停振 0.25 s；过流运行时长无闭式解，按实验整定（DS：CTimer 每档约 ±100 ms）。
7. 变压器/谐振电感的完整工艺（绕组表、三层绝缘线、屏蔽绕组）在 05 表 2/表 3，可直接照做——本篇不复述。

1. Design Requirements（设计需求表）

2. 编号设计步骤

步骤 1：母线与增益需求

PFC 把母线稳在 400 V；掉电维持期间母线从 400 V 跌到约 320 V（holdup 末点）仍需维持 19.2 V 输出：

Mmax = N·Vo/(Vin_dc_min/2)      （式 55）
Gain_max_req = Vin_dc_nom/Vin_dc_min = 400/320 = 1.25   （式 53）

工程含义：峰值增益需求完全由 holdup 时长决定——不要求 holdup 的应用（如搭配大母线电容）可以把 1.25 降到 1.1 量级，谐振腔设计立刻宽松很多。

步骤 2：变压器匝比（式 24，半桥）

N = (Vin_dc_nom/2)/Vo = (400/2)/19.2 = 10.42

实取 31:3 = 10.33（次级 3 匝受整流管耐压与绕组取整约束；N 差 0.9% 由环路调频补偿——正常输入时工作点略偏离 fr，可接受）。次级 3 匝的耐压含义：次级每匝 6.4 V，关断电压应力 = Vo×(1+…)+漏感尖峰，3 匝配 60~100 V SR MOSFET 合理（经验判断，AN151 未展开，属推断）。

步骤 3：选定工作频率与谐振点

正常输入+满载设计在 fr 附近（增益=1 的负载无关点，效率最优，AN151 §3.1）；fr 由后步 Lr/Cr 实现值反推 ≈100 kHz（本库推算，原文未直接印出 fr）。开关管按此频率与 400 V/半桥选 600~650 V superjunction。

步骤 4：励磁电感 Lm——ZVS 上限与取值

ZVS 预算（式 25/26，机理见 02 §5）：

Lm_max = T·tdead/(16·Ceq) = 10 µs×350 ns/(16×100 pF) = 2.19 mH   （fs=fr=100 kHz，Ceq=100 pF 本库假设）

AN151 取 850 µH ≪ 2.19 mH——因为 Lm 还受另外两项约束挤压：①h=Lm/Lr 影响峰值增益与初级 RMS（步骤 5）；②Lm 大 → 磁化电流小 → 死区换流裕量薄（本例 0.58 A vs 需 0.23 A，2.5 倍裕量已定）。设计含义：ZVS 公式只给“上限”，工程值由增益可达性与磁芯尺寸收敛。

步骤 5：h×Q 折中（式 7~10、18~21）

• 初级 RMS 随 h×Q 增大而降、h×Q>6 饱和；次级 RMS 在 h×Q>1 后饱和（AN151 图 11/12）。
• 本例 h=8.5、Q≈0.18 → h×Q≈1.53：初级 RMS 仍在下降段——若把 Lm 降一半（h=4.25），磁芯变小、RMS 上升有限，是“体积换效率”的合法方向（AN151 明示这是折中轴）。
• RMS 绝对值复算（式 16 代入）：Irms_pri = Vo/(4√2·N·RL)×√(4π²+(N·RL·T/(4Lm))²) = 19.2/(4√2×42.3)×√(39.48+0.0155) ≈ 0.50 A（满载、fs=fr）——选线径与导通损耗计算的基准。

步骤 6：Lr 与 Cr

• Lr = 100 µH（AN151 事实：独立电感、50 匝、EPC13，表 3）→ h = 850/100 = 8.5（在推荐 4~10 内）。
• Cr：由式 54 与 fmin=60 kHz 反推：

fmin = fr/√(1+h·(1−1/Mmax))  →  fr = 60 kHz×√(1+8.5×0.2) = 98.6 kHz
Cr = 1/((2π·fr)²·Lr) = 1/((2π×98.6k)²×100 µH) ≈ 26 nF      （本库推算，待核实）

AN151 §4.3.D 的权衡注：峰值增益有富余时，增大 h 减小 Lr（损耗/体积↓）、增大 Cr（谐振电容电压应力↓）——Cr 上的电压应力 ≈ 谐振电流积分，重载低频时最大，26 nF/1 kV 级薄膜（如 DS 图 18 中 C41~C44 的 1 kV 电容组）是常见配置（图面辨认，具体并/串联方式以原理图为准）。

步骤 7：峰值增益校验

fmin = 98.6k/√2.7 = 60 kHz（式 54 自洽）
M(fmin) 按 FHA 式 6 复算（h=8.5、Q=0.18、fn=0.6）≈ 1.23~1.25 ≥ 1.25 需求 ✓（贴线）
AN151 原文口径：最低频率 60 kHz 处可达增益 1.41 > 1.25 ✓

两口径差异（1.41 vs 1.25）见 02 §6 的讨论——按 1.25 做设计、把 1.41 当“含峰值点/裕量的官方值”看待；若 holdup 实测不够，降 Lm/降 h 重来（AN151 流程图第 8 步的循环）。

步骤 8：变压器与谐振电感实做

• 变压器：31:3:3:3、Lm=850 µH、EC26B，三层绝缘线绕组 + 3 处屏蔽绕组接 GND——完整绕组表（线径/匝数/端子）见 05 §4.7 表 2，磁芯选择/匝数/线径/气隙公式（式 31~36）见 §3.5。
• 谐振电感：100 µH、50 匝、EPC13——绕组表见 05 表 3。
• 本篇不重复工艺细节，只强调一个联查点：Lm 是“气隙后的实测值”——850 µH 要在温升后仍 ≥ 设计值，否则 ZVS 裕量与增益同时受损。

步骤 9：频率编程（CT、Rfmin、RFmax）——IC 侧亲手核算

最低频率（DS 式，直接反解）：

Rfmin = 1/(3·CT·fmin)
取 CT = 470 pF（DS 电气表测试条件=评估板值）、fmin = 60 kHz
→ Rfmin = 1/(3×470 pF×60 k) = 11.8 kΩ → 取 12 kΩ（E96）
复核：fmin = 1/(3×470 pF×12 k) = 59.1 kHz ✓

最高频率（目标：空载+高输入仍能把增益压到 Mmin≈0.99，并给突发模式留余量；本库示例取 fmax≈150 kHz）：

RFmax = Rfmin/(fmax/fmin − 1) = 12 k/(150/59.1 − 1) = 12 k/1.54 = 7.8 kΩ → 取 7.5 kΩ（E24）
复核：Rfmin∥RFmax = 12k∥7.5k = 4.62 kΩ → fmax = 1/(3×470 pF×4.62 k) = 153.7 kHz
（比 150 kHz 目标高 2.5%，方向安全——fmax 偏高只影响轻载 ZVS 裕量，不影响增益可达性）

变体：若按“突发负载点 PBurst 恰好落在无音频噪声处”整定，用 DS 突发节变体式 RFmax = 3·Rfmin/(8·(fmax/fmin)−1)（式 46，05 §3.7.A）——两式口径不同（普通 fmax vs 突发负载点），按设计目标选用。CT 大小注意：低温应用 ≤330 pF（本例 470 pF 适配器室温可用，车载/户外建议 330 pF 并同步缩 Rfmin）。

步骤 10：软启动（RSS、CSS）

fstart ≥ 4×fmin = 236 kHz（取 4 倍）
RSS = Rfmin/(fstart/fmin − 1) = 12 k/(4−1) = 4 kΩ → 取 3.9 kΩ（E24）
CSS = 3×10⁻³/RSS = 3×10⁻³/3.9 k = 770 nF → 取 680 nF
软启动时长 ≈ 5×RSS×CSS = 5×3.9 k×680 n = 13.3 ms ✓（数量级合理：远大于毫秒级谐振建立、远小于热时间常数）
复核 fstart：Rfmin∥RSS = 12k∥3.9k = 2.95 kΩ → fstart = 1/(3×470 pF×2.95 k) = 240 kHz ✓

权衡（DS 原文点明）：CSS 在“软启动效果”与“OCP 速度”之间折中——CSS 越大，过流时频率拉起越慢（SS 被放电到把频率顶上去需要时间），变压器饱和风险越大（02 §9.2）。不要为了“启动更温柔”盲目加大 CSS。

步骤 11：电流检测（CS）

先估峰值电流（本库估算）：满载 fs=fr 时初级基波 RMS≈0.50 A（步骤 5）→ 基波峰值 0.71 A；加励磁分量与高次谐波，低压满载谐振电容峰值电流按 ICrpk≈1 A 取（AN151 口径：低压满载时的期望峰值；本库估算，实测波形为准）。

采样电阻方案：RS = 4/ICrpk = 4/1 = 4 Ω → 取 3.9 Ω
损耗 = Irms²×RS ≈ 0.50²×3.9 ≈ 1.0 W（≈满载的 1.1%——92.9% 效率里可观的一块）
滤波：RC 时间常数 ≈ 10/fmin = 10/59.1 k = 169 µs（如 1 kΩ + 150 nF；平均化滤波，非逐周期采样）

分水岭判断：1 W 损耗 >0.5% 效率指标时改用无损检测网络（容性分压 Cr 纹波）：C1 ≤ Cr/100（≈260 pF → 取 220 pF）、R2 = (0.8π/ICrpk)·(1+Cr/C1)（条件 1 口径，式 52）或分压式（式 54）——公式与两种条件详见 05 §3.7.C。网络接线如下（D1/D2 与 C2/R2 构成钳位与平均滤波，把 Cr 纹波的包络送到 CS）：

官方提醒：两种方法的计算值都只是初值，须实验调整（CS 阈值散布 0.75~0.85 V + 电流波形非理想）。

步骤 12：BO 分压（Brown-out + 迟滞窗）

目标：母线 300 V 以上重启、250 V 以下关断（holdup 末段保护 + 避免欠压反复重启）：

RH = (VinON − VinOFF)/IHyst：AN151 用 max 口径 15 µA → RH = 50 V/15 µA = 3.33 MΩ → 取 3.3 MΩ
RL = RH×1.25/(VinOFF − 1.25) = 3.3 M×1.25/248.75 = 16.6 kΩ → 取 16.5 kΩ
功耗复核：400 V²/3.3 M = 48 mW ✓（两只 1.65 MΩ 串联分耗分压）
窗口复核：ΔV = IHyst×RH = (9~15 µA)×3.3 M = 30~50 V（散布如实告知）

BO 脚对地电容滤纹波（官方要求）；若同时要“远端开/关”，用小信号三极管把 BO 拉到 <1.25 V 即实现遥控关机（不锁存）。输入 OVP 是无代价获得的：BO>5.5 V（内部钳位动作）即关断——分压比选好就同时覆盖。

步骤 13：打嗝定时（TIMER）

目标停振期 t_OFF ≈ 0.25 s：
RTimer×CTimer = t_OFF/2.5 = 0.1 s → CTimer = 1 µF、RTimer = 100 kΩ
复核：t_OFF = 100 k×1 µF×ln(3.5/0.3) = 0.25 s ✓

过流运行时长 tOC 无闭式解（充电受“CS>0.8 V 占空比”调制），DS 给的经验刻度：增大 CTimer 每档约 ±100 ms——从 1 µF 起步，短路实测“运行/停振”占空比后微调。注意充电电流散布 80~180 µA 直接进入 tOC 散布，量产判定用实测不用标称。

步骤 14：突发门限（Burst）与 PFC 接口

• Burst：门限负载 PBurst 取 ≈10% 负载（无音频噪声点，经验值）：在最低输入、PBurst 负载下测光耦电流，按 Rburst ≈ 1.23 V/Iopto 取初值——DS 明示 RB1/RB2 按实验修正；不用突发则 Burst 直接接 Fset。
• PFC：PFC 脚经上拉接 MP44010 的使能/供电脚（≤VCC）；保护/突发时 HR1000A 自动拉低停 PFC（≤0.2 V @1 mA）——不用则悬空。接口电路见 DS 图 7（01_规格书全译 §10.3）。

步骤 15：驱动与自举

• BST 电容 = 1 µF（DS 范围 100 nF~1 µF / AN151 470 nF~1 µF，取上限给低频 fmin 端留充电时间）；耐压 ≥630 V 不必要（BST−SW 差仅 ~VCC），但 BST 对地要承受 618 V AMR——布线注意。
• LG 就近对地 15 V 稳压管（DS 原文要求）；栅极串 4.7~10 Ω（经验值）调振铃，灌侧靠 IC 内 2 Ω。
• VCC：0.1 µF 高频旁路 + 4.7~10 µF 储能（本库示例）；辅助绕组整流稳压在 13~15.5 V 推荐窗。

3. 关键元件选型表（90 W 实例汇总）

4. 环路与调试三看（浓缩版）

LLC 的“环路”是光耦电流→VCO 的频率环，无补偿网络可调——调试对象是谐振腔与保护整定：

1. 看谐振电流（CS/电流探头）：满载准正弦、滞 后于方波（感性）= 健康；电流超前 = 容性，立即停。
2. 看 ZVS：死区内 SW 必须摆满再开通（02 §5 的 2.5 倍裕量验货）；轻载/空载丢 ZVS 属预期，靠突发模式遮盖。
3. 看保护动作：短路打嗝的“运行/停振”节奏与 TIMER 波形对表（02 §9.3）；启动波形对 DS P8 的 Start-up 图（从 fstart 起步、输出单调）。

效率与温升的官方实测（115/230 Vac 全负载段 86.9~92.9%）见 05 表 4~6，可作为自己样机的“及格线”。

精炼要点

上一级：HR1000A