XDPS21071 设计指南全文精译 —《Design guide for adaptor with XDPS21071》
原文:Infineon《Design guide for adaptor with XDPS21071 — How to design a 45 W USB-PD adaptor with Infineon's latest ZVS digital controller XDPS21071》设计指南,31 页,文档号 DG_1910_PL21_1911_085816,版本 V 1.0,日期 2019-11-06。原文 PDF:
90_资料源/XDPS21071_设计指南.pdf。 本篇为全文逐节忠实精译:覆盖原文全部 9 章——简介与 ZVS 反激原理(§2)、45 W 功率级设计全流程(母线电容→变压器→输出电容→三管选型→SR IC→吸收电路,§3)、控制框图(§4)、IC 参数设置与代入数字例(HV/ZCD/栅驱动/MFIO/VCC/CS,§5)、突发模式运行(§6)、PCB 布局要点(§7)、.dp Vision 上位机安装与参数设置(§8)。全部公式(式 1~20 按原文编号,含全部代入数字例)、全部表格(表 1~10 逐行)、全部插图(图 1~22,逐图标“见原 PDF 图 N(第 X 页)”)均在列;本篇旧版“要点速览”的内容已全部被本全译覆盖并取代。版权归 Infineon Technologies AG。
本篇与库内文档的关系
- 库内 01_规格书全译(下称“DS”)是芯片本体文档:功能描述式 1~10、配置参数表、电气特性表。本篇(下称“DG”)是“怎么用它设计一台 45 W USB-PD 适配器”的原厂设计指南:功率级设计流程(第 3 章)、参数整定代入数字例(第 5 章)、.dp Vision 操作规程(第 8 章)为 DS 所无。
- 与 04_典型应用与设计计算 的分工:03 的编号设计步骤(步骤 1~12)以本篇为母本逐条对应(DG 式 1~3、§3.3、§3.5、式 9/10、§5.2.2、式 13~15、§3.6 表 7/8、式 7/8 表 6 等);本篇保留原文全部代入数字与原始叙述,03 补充本库推导(ZVS 绕组匝数选择逻辑、参数联动复核等);05_设计要点_常见陷阱与故障排查 将本篇 §7 布局要点与 §3.5.4 SR 选型结论展开为排障流程。
- 公式重合处标注“与 DS 式 N 同源”:DG 式(9)/(11) ↔ DS 式(4);DG 式(12) ↔ DS 式(10);DG 式(17)/(18) ↔ DS 式(6);Kvcs_offset 零点/梯度算法 ↔ DS 式(3)。其余(式 1~8、13~16、19、20)为 DG 独有的功率级/整定公式,DS 无对应编号式。
- 配置参数速查:本篇表 10(20 个参数)与 DS §7 配置参数表对应,默认值一致的项已在表 10 译注中标出。
译注(全文通则):① 本译文已逐式与原 PDF 页面图形核对还原(式 4 的双倒数、式 7 分母 Ipk_sec²、式 8 根号内平方、式 17 的 2^−16、图 12 的 (V_HV/2)² 等提取拍平处均按原版式复位);② 原文笔误照录并加译注,不代原文改正数值;③ 术语首次出现中英并注,此后用中文或原缩写;④ 全部代入数字例按原文保留,关键处附验算译注。
关于本文档(About this document,第 1 页)
范围与目的:本设计指南帮助客户用英飞凌最新 ZVS 数字控制器 XDPS21071 设计 45 W USB-PD 适配器,提供功率级设计、IC 参数设置、PCB 布局与 .dp Vision GUI 使用的指引。预期读者:需要用英飞凌数字控制 ZVS IC(XDPS21071)设计适配器的电源工程师;本指南还提供“理解损耗机理、做出高效率变压器设计”的洞见。
(原文第 1~2 页为目录,章节结构与本译文各章标题一一对应,不另译。)
第 1 章 摘要(原文 §1 Abstract,第 3 页)
英飞凌数字控制器 XDPS21071 是一款定频断续导通模式(Discontinuous Conduction Mode, DCM)零电压开关(Zero Voltage Switching, ZVS)反激(Flyback)控制器。本设计指南提供反激变换器的 ZVS 原理及相关参数设置,并以一台典型 45 W USB-PD 适配器的给定规格为例,给出功率级元件的逐步设计。设计方程可推广到其他功率等级。本指南还涵盖图形用户界面(Graphical User Interface, GUI)——.dp Vision 的安装与使用,客户将学会如何通过数字接口设置 IC 参数。
第 2 章 简介(原文 §2 Introduction,第 4~6 页)
2.1 IC 简介(§2.1)
XDPS21071[1] 是一款带内置高压(HV)启动单元的 ZVS 反激电流模式控制器。启动单元使 IC 在空载运行时的供电更高效、更灵活。控制器内的 DSP(Digital Signal Processor,数字信号处理器)如同芯片的控制核心,使其比传统混合信号硬件芯片“聪明”得多。带 ZVS 功能的 DCM 运行可在不同输入电压电平下使能,配合降频模式与可配置的突发模式功率,在全输入/负载范围内获得最佳效率。此外集成了 OTP(One-Time Programmable,一次性可编程)单元,提供一整套可编程参数,简化设计导入阶段。
2.2 引脚配置与说明(§2.2)
见原 PDF 图 1(第 4 页):PG-DSO-12-20 封装引脚排布——1 ZCD|2 MFIO|3 GPIO|4 CS|5 HV|6 HV|7 HV|8 HV|9 GD1|10 GD0|11 VCC|12 GND。引脚定义与功能见表 1。
表 1 引脚定义与功能(全表,第 4~5 页)
| 符号 | 脚 | 类型 | 功能 |
|---|---|---|---|
| ZCD | 1 | I | 过零检测(Zero Crossing Detection):ZCD 脚接辅助绕组,用于过零检测、正引脚电压测量,以及基于输出电压插入 V_CS 偏移 |
| MFIO | 2 | I | 多功能输入输出(Multi-Functional Input Output):MFIO 脚接光耦,为 PWM 模式运行提供放大后的误差信号 |
| GPIO | 3 | IO | 数字通用输入输出:GPIO 脚在吸合(brown-in)之前提供 UART 接口;正常运行中切换为弱下拉模式、UART 功能禁用 |
| CS | 4 | I | 电流检测(Current Sense):CS 脚经一只串联电阻接外部分流电阻与功率 MOSFET 源极 |
| HV | 5, 6, 7, 8 | I | 高压输入:HV 脚接整流后的母线电压。内部连接的 600 V 高压启动单元用于 VCC 初次充电;同时提供吸合/掉电(brown-in/brown-out)检测 |
| GD1 | 9 | I¹⁾ | FFR 信号栅驱动输出:GD1 脚提供栅驱动脉冲信号,发起强制频率谐振(Forced-Frequency Resonant, FFR)模式运行 |
| GD0 | 10 | O | 栅驱动输出:直接驱动主功率 MOSFET 的输出 |
| VCC | 11 | I | 正电源:IC 供电 |
| GND | 12 | O²⁾ | 功率地与信号地 |
译注:¹⁾ GD1 为栅驱动输出,原表类型栏印作 “I”(疑为 O 之误),照录。²⁾ GND 为地,原表类型栏印作 “O”,照录。
2.3 产品亮点(§2.3)
- 集成 600 V 启动单元,快速启动并直接检测母线电压
- 面向 USB-PD 的自适应 CS(电流检测)补偿
- FFR 模式
- 高精度线性与负载调整率
- 初级侧输出过压保护(Over-Voltage Protection, OVP)
- 支持最低空载待机功耗
- 单脚 UART 配置接口
2.4 简化应用图(§2.4)
见原 PDF 图 2(第 5 页):85…264 VAC 输入经 EMI 滤波与整流后接反激变压器初级(含 ZVS 辅助绕组与稳压管钳位),XDPS21071 各脚连接为 VCC、HV(母线检测)、ZCD(辅助/过零)、GD0(主管)、GD1(ZVS 管)、CS(分流电阻)、MFIO(光耦反馈)、GPIO、GND;次级经整流输出。

2.5 ZVS 原理(§2.5)
见原 PDF 图 3(第 6 页):ZVS 反激的典型 PWM 时序与关键波形(曲线族 Vds_main 标注 Vds_spike、Vbulk+Vref、Vbulk、Vbulk−Vref、Vval_zvs;i_mag 标注 i_peak、i_res_pk、i_zvs_pk;栅信号 GD0、GD_SR、GD1;时刻 t0 t1 t2 t3 t4)。

初级 MOSFET 在 t0 关断后,同步整流(Synchronous Rectifier, SR)MOSFET 经短消隐时间延迟后开通。t1 时刻,退磁电流理想地降到零、SR MOSFET 关断,随后磁化电感 Lp 与等效电容 Ceqv 开始振荡。初级 MOSFET 的电压将从 Vbulk+Vref 振荡到 Vbulk−Vref。若辅助(ZVS)MOSFET 在 t2 开通——此时初级 MOSFET 处于谐振峰、磁化电流为零——则 i_mag 开始反向建立(负方向)。在这个受控的 ZVS 导通期内,初级 MOSFET 的 Vds 被钳位在 Vbulk+Vref。一旦峰值电流达到 i_zvs_pk,辅助 MOSFET 关断;由于该电流储存在磁化电感中且方向为负,它将继续沿该方向流动、泄放 Ceqv 中储存的能量。这一时段在 IC 内由可配置参数 t_ZVSdead 控制。于是在 t4,初级 MOSFET 漏极电压到达其最小值,此时开通初级 MOSFET——开通损耗显著降低,接近 ZVS。如图所示,该能量正比于 Vbulk,ZVS 导通时间亦然。
ZVS 脉冲的插入基于 nano-DSP 内核与存储器信息。IC 知道下一开关周期时长、ZVS 死区与 ZVS 脉冲导通时间,因此(假设主栅开通时间也固定),用开关周期减去这两部分,即得 ZVS 脉冲的起始点。当 CS 信号到达电流指令时,主栅的关断点也随之确定。
第 3 章 反激功率级设计(原文 §3 Flyback power stage design,第 8~15 页)
3.1 45 W 适配器系统规格(§3.1)
表 2 45 W 适配器系统规格(第 8 页)
| 说明 | 符号 | 值 | 单位 | 测试条件 |
|---|---|---|---|---|
| 输入交流电压 | V AC | 90 to 264 | V AC | — |
| 输入交流频率 | f_line | 50/60 | Hz | — |
| 输出电压 | V_out | 5/9/12/15/20 | V | — |
| 输出电压纹波 | ΔV_out | 150 | mV | 稳态负载下从 5 V 到 20 V |
| 标称输出电流 | I_onom | 3 | A | 低于 20 V 的电压档为 3 A |
| 标称输出电流 | I_onom | 2.25 | A | 20 V 输出为 2.25 A |
表 2 给出标称 45 W 适配器的简化系统规格,只列选择功率级元件(母线电容、变压器与 MOSFET)所需的关键规格。
3.2 母线电容选择(§3.2)
见原 PDF 图 4(第 9 页):整流桥后大母线电容(bulk capacitor)上的典型波形(标注 DC link voltage、Minimum DC link voltage、V_pk、V_bulkmin、D_ch = T1/T2、T1、T2)。T1 是整流桥二极管的导通时段:期间输入交流电压给母线电容充电,其余时段则由母线电容放电。母线电容的储能差等于输入功率乘以(T2 到 T1)时段〔译注:原文此句作 “output power times (T2 to T1)”,而式(3)实为 P_in,以式(3)为准〕。

导通周期按下式计算:
$$T_1 = T_2 \times \frac{\frac{\pi}{2} - \sin^{-1}\dfrac{V_{bulkmin}}{V_{pk}}}{\pi} \tag{1}$$
式中 T2 为整流正弦波的周期,即 T_line/2;V_pk 为交流输入峰值电压;V_bulkmin 为母线电容最低电压。
整流器关断期间母线电容放出的能量为:
$$C_{energy} = 0.5 \times C_{bulk}\left(V_{pk}^2 - V_{bulkmin}^2\right) \tag{2}$$
该能量应等于输入功率乘以关断时段,故有:
$$P_{in} \times (T_2 - T_1) = C_{energy} \tag{3}$$
联立式(1)、(2)(1)³⁾与(3),在给定电网频率与交流输入电压下,固定其中一个变量即可求出母线电容值或最低母线电压。³⁾ 译注:原文即印 “(2)(1)”,疑为 “(2)” 笔误,照录。
本例取 Cbulk = 100 µF,按表 2 的功率要求,得表 3 所示的最低母线电压。
表 3 不同功率条件下 V_bulk 最低电压(第 9 页)
| V_in (V AC) | Freq. (Hz) | V_out (DC) | I_out (A) | P_out (W) | V_bulkmin (DC) | (末列) |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 90 | 47 | 20 | 2.25 | 45 | 85 | Nominal |
| 90 | 47 | 15 | 3 | 45 | 85 | Nominal |
译注:表 3 末列 “Nominal”(标称)在原文无表头,照录。
取 100 µF 并考虑母线电容 −15% 容量降额,最低 V_bulk 85 V 出现在 90 V AC/47 Hz、2.25 A 负载时。我们假设 15 V/3 A 具有相近效率,故母线电容最低电压相同——因为匝比固定后 15 V_out 下反射电压较低,所以就 Bmax 设计而言 15 V/3 A 是变压器设计的最恶劣工况。
3.3 变压器设计(§3.3)
有了不同交流线电压/频率与输出功率下的最低母线电容电压信息,即可设计反激变换器的变压器。为充分优化性能,系统在低线(90 V AC/47 Hz)标称 45 W 下按**边界模式(boundary mode,即临界导通模式 CRM)**设计。由于栅驱动信号只在检测到过零(Zero Crossing, ZC)后才可用,过载时导通时间会加长、关断时间也随之加长,开关频率因此降低。变压器设计须保证磁通密度 Bmax 低于饱和水平,而线径只按标称功率选取以应对热问题。
文献 [2] 给出了临界模式运行下电感量的设计方法,相关方程为式(4)与式(5):
$$L_p \cdot i_{pk}\left(\frac{1}{V_{bulk}} + \frac{1}{V_{refl}}\right) + 0.5 \cdot T_r = \frac{1}{f_{sw}} \tag{4}$$
译注:提取文本把式(4)压扁;经原 PDF 第 9 页图形核实为 L_p·i_pk×(1/V_bulk + 1/V_refl) + 0.5·T_r = 1/f_sw(导通期 + 退磁期 + 半个振荡周期 T_r/2)。验算:第 1 行 (1/85+1/140)×L_p·i_pk = 7.143−0.45 µs → L_p·i_pk = 354 µH·A,i_pk = 354/190 = 1.86 ≈ 1.87 A ✓;第 2 行 V_refl=105 → L_p·i_pk = 395 µH·A,/2.08 = 190 µH ✓。
$$0.5 \cdot L_p \cdot i_{pk}^2 \cdot f_{sw} \cdot \eta = P_{in} \tag{5}$$
译注:按表 4 数值代入式(5)左端 = 0.5×190 µH×1.87²×140 kHz×0.97 ≈ 45.1 W,更接近 P_out(45 W)而非 P_in = P_out/η ≈ 46.4 W;原文将含 η 的左端记作 P_in,口径照录。
表 4 给出:20 V 输出时计算电感为 190 µH、峰值电流 1.87 A;恒功率应用下 15 V 输出时峰值电流 2.08 A——最恶劣工况为 15 V/3 A 负载。
表 4 计算电感与峰值电流(第 9~10 页)
| F_sw (kHz) | T_r (µs) | V_refl (V DC) | V_bulk (V DC) | P_out (W) | η | L_p (µH) | I_pk (A) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 140 | 0.9 | 140 | 85 | 45 | 0.97 | 190 | 1.87 |
| 113 | 0.9 | 105 | 85 | 45 | 0.97 | 190 | 2.08 |
译注:V_refl(反射电压)= V_out × 匝比 7(20×7=140、15×7=105);§2.5 波形标注用 “Vref”、式(4)/表 4 用 “Vrefl”,同指反射电压。
下一步是根据选定的磁芯形状/材料与 Bmax 决定变压器匝数;磁芯损耗与铜损是主要考量。
$$B_{max} = \frac{L_p \cdot i_{pk}}{N \cdot A_e} \tag{6}$$
式(6)给出 DCM 下的磁通密度增量(即峰值磁通),其中 N 为变压器初级匝数,Ae 为磁芯有效截面积。
表 5 给出基于所选 EIQ25 磁芯、不同输出电压下标称功率的峰值电流与最大磁密。这表明:若按 CRM 设计 20 V/2.25 A,则 15 V/3 A 负载时会进入降频模式以保持 CRM;若按 CRM 设计 15 V/3 A,则 20 V/2.25 A 负载会深入 DCM。最终须在两种设计取向之间权衡效率、比较热性能后做出取舍。
表 5 不同输出电压下的峰值电流与 Bmax(第 10 页)
| V_in (AC) | P_out (W) | V_out (V) | V_bulk (V DC) | I_pk (A) | L_p (µH) | N_p | A_e (mm²) | B_max (T) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 90 | 45 | 20 | 85 | 1.87 | 190 | 14 | 89 | 0.285 |
| 90 | 45 | 15 | 85 | 2.08 | 190 | 14 | 89 | 0.317 |
译注:验算 190 µH×1.87/(14×89 mm²) = 0.285 T ✓;190 µH×2.08/(14×89 mm²) = 0.317 T ✓。
3.4 输出电容选择(§3.4)
选择输出电容值的考量之一是纹波要求。规定的纹波为 150 mV,由两部分组成:一是对输出电容的充电电流分量;二是由电容 ESR(等效串联电阻)主导的分量。见原 PDF 图 5(第 11 页):反激变换器对输出电容的充电电流与输出纹波(I_sec 三角波叠加负载 I_o,阴影 ΔQ 为充电电荷区,V_o 纹波 ΔV_o,时段 DTs 与 (1−D)Ts)。

第 1 部分纹波按下式计算:
$$\Delta V_{o\_1} = \frac{\Delta Q}{C} = \frac{(I_{pk\_sec} - I_o)^2 * I_o * T_{sw}}{I_{pk\_sec}^2 * C} \tag{7}$$
译注:提取文本分母 “Ipk_sec 2 * C” 经原 PDF 第 10 页图形核实为 Ipk_sec²×C(2 为上标)。验算:(14.56−3)²×3×7.143 µs/(14.56²×1010 µF) = 13.4 mV ≈ 表 6 的 13.3 mV ✓。
第 2 部分纹波按下式计算:
$$\Delta V_{o\_2} = esr \cdot I_{ac} = esr \cdot \sqrt{i_{pk}^2 - i_o^2} \tag{8}$$
总输出电压纹波为 ΔVo_1 与 ΔVo_2 之和。
表 6 15 V/3 A 下的输出纹波计算(第 11 页)
| ΔV_o_spec (mV) | I_pk_sec (A) | T_sw (µs) | C (µF) | ΔV_o_1 (mV) | ESR (mΩ) | I_out (A) | I_AC (A) | ΔV_o_2 (mV) |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| 150 | 2.08 x 7 | 7.143 | 1010 | 13.3 | 27 | 3 | 4.38 | 118.3 |
表 6 显示总纹波为 (13.3 + 118.3) = 131.6 mV,满足要求。选用的输出电容为聚合物(polymer)电容 330 µF/25 V 与 680 µF/25 V。
译注(存疑项):① 表 6 标题为 15 V/3 A,但 T_sw = 7.143 µs 对应 140 kHz(表 4 的 20 V 工况频率;15 V CRM 为 113 kHz、T_sw = 8.85 µs),照录,「待核实」;② I_AC = 4.38 A 的取值口径原文未明示——按式(8)字面以 I_pk_sec=14.56 A、I_o=3 A 直代得 14.25 A,与 4.38 A 不符;按交流分量定义 I_AC = √(I_rms²−I_DC²)(三角波脉冲)计算约 4.5 A,与 4.38 A 亦略有出入;ΔV_o_2 = 27 mΩ×4.38 A = 118.3 mV 与表值自洽。
3.5 MOSFET 选型(§3.5)
3.5.1 初级 MOSFET(§3.5.1)
超结(superjunction, SJ)MOSFET 是当今 AC-DC 变换常用的耐高压分立器件。最新 CoolMOS™ P7[3] 技术具有最佳的 Qg×Rds(on) 品质因数(Figure-of-Merit, FOM)和快速关断速度,可降低关断损耗,最适合本设计。〔译注:原文此处引用 [3],而参考文献 [3] 为 Erickson《Fundamentals of Power Electronics》教材,疑指向有误,照录。〕
基于变压器设计(匝比为 7),可按下式估算初级 MOSFET 的最大电压应力。选管时降额是最重要的考量:
$$V_{ds} = V_{in} + V_{clamp}$$
稳态最大电压额定值出现在最高输入 RMS 交流电压处,即 264 V AC:
V_ds = 265 × 1.414 + V_clamp = 90% 降额;采用 700 V MOSFET 时,V_clamp 应保持在 255 V DC 以下。〔译注:行文先写 264 V AC、代入用 265,照录;374.7+255 ≈ 630 V ≈ 0.9×700 V ✓〕
这意味着合理设计吸收(snubber)电路很重要——此处 ZVS 拓扑仍存在由漏感能量引起的关断尖峰。
初级 MOSFET 的另一选型考量是 Rds(on):低线时导通损耗通常是主要矛盾(最恶劣工况),故优选低 Rds(on) MOSFET;但其 Coss 更大,对传统硬开关甚至 QR 反激意味着高线时更大的开通损耗。有了 ZVS 技术,现在可以选择低 Rds(on) MOSFET 优化导通损耗、同时保持高线低损耗。
众所周知,不同 MOSFET 有不同的 Rds(on) 与 Qoss 组合,Qoss 需要辅助绕组提供一定能量来泄放。这同样是系统优化中“获得的损耗”与“耗散的损耗”之间的折中。
下面估算 230 V AC 下储存在 MOSFET 结电容中的损耗:考虑反射电压 140 V DC,初级 MOSFET 的 Vds 平台为 230×1.414 + 140 = 465 V DC。查 IPD70R360P7S 数据手册 Coss 曲线:从 465 V DC 到 50 V DC,Eoss 的变化量为 (2.15 − 0.9) µJ,按 140 kHz 开关频率,功率损耗为 Eoss×F_sw = 1.25×140 = 175 mW。注意到从 50 V DC 到零,Eoss 约 0.9 µJ——即从 50 V 放电到零还需 126 mW。所以从效率考虑,初级 MOSFET 的最优开通点并非真正的零电压——对 CoolMOS™ 而言应在 50 V DC 附近。
见原 PDF 图 6(第 12 页):IPD70R360P7S 的 Eoss 曲线(“Diagram 16: Typ. Coss stored energy”,横轴 V_DS 0~700 V,纵轴 E_oss 0~4.0 µJ)。基于上述考量,选用 IPD70R360P7S。
初级 MOSFET 在 15 V 输出、3 A 负载、100℃ 结温下的导通损耗为:
$$P_{cond} = i_{rms}^2 \cdot R_{dson} = \left(\sqrt{D/3} \cdot i_{pk}\right)^2 \cdot R_{dson} = \left(\sqrt{0.53/3} \cdot 2.08\right)^2 \cdot 0.522 = 0.399\,W$$
译注:原 PDF 第 12 页将平方置于整个括号之上;√(0.53/3)×2.08 = 0.874,平方×0.522 Ω = 0.399 W ✓(D = t_on/T_sw ≈ 0.53,R_dson = 0.522 Ω 为 100℃ 值)。
3.5.2 ZVS MOSFET(§3.5.2)
变压器初级侧有一个附加绕组(ZVS 绕组):通过控制 ZVS MOSFET 的导通时间,该绕组提供泄放初级 MOSFET 等效 Coss 所需的能量。所设计的变压器匝比 N_pz = N_p:N_ZVS = 14:1,因此该 MOSFET 的 Vds 应力可按 V_inmax/N_pz + V_ZVS = 374 V/14 + 10 V = 36.7 V 计算。由于此 MOSFET 只处理低能量,可选用小信号 MOSFET——这里选择 BSL606SN。
3.5.3 SR MOSFET(§3.5.3)
次级侧 SR MOSFET 选用 OptiMOS™ 5 系列,选型时兼顾最佳的 FOM_gd 与 FOM_OSS。基于匝比 N_ps = 14:2,MOSFET 电压额定值为 374 V/7 + 20 = 73.4 V。由于初级侧做 ZVS 开通,ZVS 模式下输出 SR MOSFET 几乎看不到电压尖峰,故可选 100 V 额定电压——这里选择 BSC0805LS。
次级 SR MOSFET 的 RMS(root-mean-square,有效值)电流为:
$$i_{rms} = \sqrt{D_{off}/3} \cdot i_{pksec} = \sqrt{0.43/3} \cdot 2.08 \cdot 7 = 5.51\,A$$
SR MOSFET 的导通损耗为:i_rms²·R_dson = 5.51²×0.009 Ω = 0.273 W。
3.5.4 SR IC 选型(§3.5.4)
ZVS 脉冲开通时,SR 的 V_ds 也会被拉到零电压以下。这容易误触发 V_ds 直接检测型 SR IC,见原 PDF 图 7(第 13 页):V_ds 直接检测 SR 控制器下的 SR 栅信号(示波器截图,通道:ZVS FET V_gs、SR FET V_ds、SR FET V_gs——ZVS 脉冲处 SR 栅出现误开通窄脉冲)。而使用电压伏秒平衡(voltage balance)型 SR IC(见原 PDF 图 8,第 13 页:伏秒平衡 SR 控制器下的 SR 栅信号,通道含 I_sec 次级电流),得益于其 SR arming(布防)功能,ZVS 脉冲不会误触发 SR 栅极。若使用直接检测型 SR IC,其最小导通时间须设为最小值,例如 50 ns。

译注:本节是 XDPS21071 与次级 SR 控制器配合的关键选型结论——ZVS 脉冲期间次级 V_ds 被主动拉负,直接检测型 SR 会误开通;详见 04 篇陷阱 2。
3.6 吸收电路设计(§3.6)
初级 MOSFET 关断时,储存于漏感中的能量会在漏极节点造成显著振铃,必须加以钳位,使 MOSFET 保持在安全工作范围内。见原 PDF 图 9(第 14 页)的稳压管钳位(Zener clamp)电路:轻载时稳压管永不导通、没有 RCD 吸收电路的电阻损耗,故轻载效率高——这是 65 W 演示板所用的吸收电路。〔译注:图 9 元件位号——C31 2.2 n/600 V X7R 钳位电容、ZD31/ZD30 62 V/500 mW 稳压管两只串联、R35 1.1 k、R34 3 Ω、D30(SIM 1000 V 1A)、C36 N.A.,标注 I_z(入钳位电流)与 I_clamp。〕

一般而言,进入吸收回路的能量即漏感储能;随 D1(吸收二极管)类型不同,损耗也不同。由于反向恢复特性,进入钳位电容的电流可以返回输出侧,部分能量会回馈到输入或输出。
见原 PDF 图 10 与图 11(第 15 页):MOSFET 关断时的吸收电流与钳位电压波形(图 10 通道:Ch3 V_D31~ 钳位电压、Ch4 V_R34~ I_clamp,注记 “Most of the energy flow out of the snubber ckt”;图 11 通道:Ch4 V_C31~ 钳位电压、Ch3 V_R35~ IZ;两图均含 Detail 放大框)。实际上存在吸收二极管的反向恢复(图 10):流入吸收电容的电流并非全部耗散;恢复时间越长,可达到的损耗越低。
表 7 给出关断期间进入吸收回路能量的计算结果,约 1.16 W。图 10 还清晰显示:吸收二极管电流转为负方向后,钳位电压开始回落——这说明进入回路的能量并未全部损耗,钳位电压得以回到稳态。由于电流反向,这条电流通路只能经变压器次级绕组同名端流出、其中部分流向输出——所以这部分能量并未完全耗散。
表 8 给出基于实测波形的稳压管钳位损耗,按 0.5×I_z×V_Zener_clamp×时长×F_sw 计算,稳压二极管仅耗散 21 mW。
表 7 进入吸收回路的能量(第 14 页)
| V_clamp_bottom (V) | V_clamp_peak (V) | C_clamp (nF) | F_sw (kHz) | P_enter_snubber (W) |
|---|---|---|---|---|
| 123 | 151 | 2.2 | 137 | 1.16 |
译注:验算 0.5×2.2 nF×(151²−123²)×137 kHz = 1.156 W ✓。
表 8 稳压二极管中的功率损耗(第 15 页)
| I_Zener (mA) | V_Zener_clamp (V) | Time (ns) | F_sw (kHz) | P_Zener_dissipate (mW) |
|---|---|---|---|---|
| 23 | 130 | 105 | 137 | 21 |
译注:验算 0.5×23 mA×130 V×105 ns×137 kHz = 21.5 mW ✓。
第 4 章 控制框图(原文 §4 Control diagram,第 16 页)
见原 PDF 图 12(第 16 页):XDPS21071 总体控制框图。图中要素:次级反馈 V_o_feedback 与 V_ref 送入 PID → V_MFIO;经 S&H(按 F_sw 采样、LEB 后约 1 µs 采样时间)后由 8-bit ADC(0~2.4 V 对应 0~255)转换;频率律框“Freq law, Vcs(0.1–0.6 V) vs VMFIO (0.4–2.4 V, 43–255)”给出峰值电流指令;减去 Vcs_offset 与 PDC_corr(V_bulk×K_pdc/65536)及 Slope drop 后经 8-bit DAC 转回模拟量与 V_cs 比较,生成 GD;上方为保护支路(Vcs_limit:HV 202 / LV 255);底部注明 T_sample_period = (V_HV/2)²/256×100 µs、T_sampling pulse = 3 µs(含 ADC 转换时间 1 µs)。

次级侧控制反馈信号经光耦送入 MFIO 脚,每个开关周期在前沿消隐(Leading-Edge Blanking, LEB)时间后采样,并由 8-bit ADC 转换为数字量(耗时约 1 µs)。基于该 MFIO 值,从频率律参考表查出频率与峰值电流;该值与 CS 限值比较以判断是否到达最大功率——若到达,经过 5 ms 消隐时间后,IC 进入过载保护。
若未到达,数字 CS 信号先扣除 V_CS 偏移、PDC 校正与斜坡跌落(slope drop),再送入 8-bit DAC 转回模拟信号,与 CS 分流电阻上的电压比较,构成经典电流模式控制。
V_CS 偏移值基于输出电压计算——不同输出电压下最大可用电流指令不同,因而最大输出功率不同。计算细节见 5.2.2。
传播延迟补偿(propagation delay correction)用于补偿随 CS 信号压摆率变化的传播延迟。例如 P_DC = V_in/L_p × T_delay〔译注:式中印 V_in、行文称 “where Vbulk is the bulk capacitor voltage”,符号不一致、同指母线电压,照录〕,其中 L_p 为主电感,T_delay 包含 IC 内部(约 100 ns)与外部 MOSFET 关断延迟。详细计算见 5.6。
电流指令路径上还有斜坡跌落补偿:斜坡跌落自 0.4375 占空比起:越过该点后,IC 电流指令以 84 mV/µs 的压摆率下降。这对 CCM 运行工况很重要,DCM 设计不需要。
第 5 章 IC 参数设置(原文 §5 IC parameter settings,第 17~21 页)
5.1 HV 脚相关参数与功能(§5.1)
HV 脚提供启动与母线电容电压检测。检测到的电压信息用于输入功率估算与 ZVS 导通时间调整。吸合/掉电功能同样取自 HV 脚,但依据的是电流电平。
内部 600 V 耗尽型启动单元向 VCC 脚提供充电电流。充电电流按下式计算:
$$i_{hv}(t) = \frac{V_{bulk} - V_{cc}(t)}{R_{hv}}$$
可见在 HV 脚外接电阻固定时,充电电流与输入交流线电压成比例变化。
所需启动延迟时间是把 VCC 电容充到 V_CCcon 阈值 20.5 V 所花的时间:
$$t_{delay} = C_{vcc} \cdot \frac{V_{cc}}{i_{hv} - i_{lk}}$$
其中 i_lk 为上电前 HV 脚漏电流(数据手册规格给出,典型约 30 µA)。
当 VCC 高于 9 V 时:若流入 HV 脚的电流大于 1.156 mA,IC 开始开关;若电流低于 0.443 mA,IC 将在 1.06 ms 后停止开关。
由这些电流限值与 100 kΩ 的 HV 脚电阻,可得吸合电压:V_brownin = I_hvbi×R_hv + I_hvbi×1.49 = 1.156 mA×(100 kΩ + 1.49 kΩ) = 117.32 V DC。掉电电压:V_brownout = I_hvbo×R_hv + I_hvbo×0.99 = 0.443 mA×(100 kΩ + 0.99 kΩ) = 44.7 V DC。
V_bulk 的其他用途:调整 ZVS 导通时间与输入功率估算。仅凭流入 HV 脚的电流还不足以还原电压信息——电压还取决于外接的 HV 脚电阻;IC 按默认 100 kΩ 计算 V_bulk。
5.2 ZCD 脚相关设置与功能(§5.2)
5.2.1 输出 OVP 功能(§5.2.1)
ZCD 脚在 DCM 中提供过零检测、在关断期提供输出电压检测。初级 MOSFET 导通期间该脚负电压被钳位到 −0.2 V。
$$V_{zcd} = \frac{N_{aux}}{N_s} \cdot \frac{R_l}{R_h + R_l} \cdot V_o < V_{oovpthr} \tag{9}$$
$$i_{zcd} = \frac{-0.2 + \dfrac{N_{aux}}{N_p} V_{bulk}}{R_h} \leq 4\,mA \tag{10}$$
译注:式(9)与 DS 式(4)(V_o = V_zcd×N_SEC/N_AUX×(R_zcdL+R_zcdH)/R_zcdL)同源(同一分压关系的正向/反向);式(10)为初级导通期 ZCD 脚负压钳位(−0.2 V)下的出脚电流限制,与 DS 的 V_ZCDclp 钳位描述同机理。
R_h 决定流出 ZCD 脚的电流,其取值基于所设计的 N_aux 与 N_s。先按 ZCD 脚电流限值选 R_h;R_h 按 OVP 要求与 V_ZCD OVP 阈值确定后,再计算 R_l。
基于 N_aux = 2、N_p = 14、V_bulk = 374 V,由式(10):R_h ≥ 13.4 kΩ,这里选 39 kΩ。〔译注:验算 (2/14×374 − 0.2)/4 mA = 53.2 V/4 mA = 13.3 kΩ ✓〕
下一步按式(9)与 OVP 要求决定 R_l:N_s = 2、R_h = 39 kΩ、V_outovpthr = 2.75 V、V_outovp = 21.7 V,得 R_l = 5.6 kΩ。〔译注:验算 21.7×5.6/(39+5.6) = 2.72 V ≤ 2.75 V ✓〕
为滤除 ZCD 脚噪声,可在低侧电阻上并联一只小电容,如 10 pF。
5.2.2 基于 V_ZCD 的 V_CS 偏移(§5.2.2)
ZCD 电压对应输出电压(见原 PDF 图 13,第 18 页:基于 V_ZCD 电压的 V_CSoffset 补偿——纵轴 V_zcd,自 V_zcd_zero_point 沿斜率 K_vcs_offset 线性下降至 V_zcd_lowV 对应最大补偿量 V_CS_offset)。

该补偿的目的是:对不同输出电压降低电流指令,从而降低最大允许功率。当系统按最高电压满功率整定时,该特性对可变输出电压应用尤其重要——可在较低输出电压下降低功率,以满足限功率电源(Limited Power Supply, LPS)要求。
ZCD 脚电压范围为 1.2 V 至 2.8 V,输入范围 1.6 V;增益 1.5,ADC 输入电压为 2.4 V,内部经 8-bit ADC 转换为数字量。
计算流程:先定 V_ZCD 的零点——高于该阈值无补偿;其次按目标补偿值计算 K_vcs_offset。输出电压:
$$V_{zcd\_zeropoint} = \frac{R_l}{R_l + R_h} \cdot \frac{N_{aux}}{N_s} \cdot V_{o\_zero\_point} \tag{11}$$
译注:式(11)与 DS 式(4)同源(互为反推);Kvcs_offset/零点数字量的算法与 DS 式(3)(V_csoffset = K×(V_zcd−V_zcd_zero_point)/65536)配套。
这里取 V_o_zero_point = 13.5 V;已知 R_l = 5.6 kΩ、R_h = 39 kΩ、N_aux = 2、N_s = 2,得 V_ZCDzeropoint = 1.7 V。数字量 V_ZCD_dig_zeropoint = (V_ZCDzeropoint − 1.2) × 1.5/2.4 × 255 = 79——该参数可在 .dp Vision GUI 中设置。
其次决定目标补偿值:例如 V_ZCD = 1.2 V 时补偿 80 mV,则补偿数字量 V_cs_dig = 80 mV/0.6 V × 255 = 34;然后 K_vcs_offset = V_cs_dig/(0 − V_ZCDzeropoint) × 65535 = 28240,该斜率同样是 .dp Vision GUI 的可配置参数。
译注:按式直算 34/79×65535 ≈ 28205,原文印 28240(疑数字换位笔误),照录;表 10 中该参数默认值为 28000(与 DS 默认一致)。
5.3 栅驱动相关设置与功能(§5.3)
两个栅驱动为双环控制:外部电流环、内部电压环。默认源电流 0.15 A、钳位 10 V;灌电流限值 0.5 A。与传统的电压源型驱动器不同,只需一只栅电阻来限制灌电流;一般用 10 Ω 以下的电阻,按关断损耗与关断速度的折中整定。
译注:本节数值与 DS 电气特性口径不同(DS:I_GD1HPKSRC = −118 mA/GD0 典型 −35 mA、V_GDxH = 10.5 V、R_GDxLSNK ≤ 6.5 Ω),以 DS 为准。
GD0 是初级 MOSFET 的栅驱动,GD1 是 ZVS MOSFET 的栅驱动。GD1 的导通时间由一个可配置参数决定;该参数必须整定,因为寄生电容取决于初级 MOSFET 与 SR MOSFET 各自的 Coss 以及变压器的寄生耦合电容。
$$t_{GD1on} = \left(BULK\_VOLTAGE(V) \cdot \frac{3200}{65536}\right) \cdot 15.8\,ns + T_{ZVSoffset} \tag{12}$$
译注:式(12)与 DS 式(10)同源;DS 版式为 t_GD1on = (BULK_VOLTAGE·K_zvsonfactor/65536)×15.15 ns + 31.6 ns(K_zvsonfactor 默认 3200),常数印刷略有出入(15.8/T_ZVSoffset vs 15.15/31.6),照录。
Bulk_voltage 经 HV 脚测量、按 100 kΩ HV 脚电阻自动决定。ZVS_TON_FACTOR(表 10 中为 kZVSonfactor)即整定期望导通时间的参数。式(12)表明导通时间从低线到高线逐步加长。
磁化电感中储存的能量须大于初级 MOSFET 等效电容能量,才能完成泄放:
$$0.5 \cdot L_p \cdot i_{neg}^2 > 0.5 \cdot C_{eqv} \cdot V_{ds}^2 \tag{13}$$
$$i_{zvs\_pk} = \frac{N_p}{N_{zvs}} \cdot \frac{V_{zvs}}{L_p} \cdot t_{GD1on} \tag{14}$$
所需死区时间为:
$$t_{dead} = \frac{Q_{oss}}{i_{zvs\_pk}} \tag{15}$$
另有一个可配置参数,可整定为不同的死区时间(即表 10 的 tZVSdead)。
5.4 MFIO 脚相关参数(§5.4)
MFIO 脚为 IC 提供反馈信息。基于 MFIO 脚测得的电压,IC 查参考表得到期望的频率与限流指令。最大频率可配置,客户可在磁芯尺寸/形状受限的情况下微调系统效率。
见原 PDF 图 14(第 20 页):频率律配置(上:f_SW(V_MFIO) 折线,设定点 A/B/C/D 与模式区 ABM/DCM1/DCM2/DCM3/CRM,横轴标注 V_MFIOBMEN、V_MFIOC、V_MFIOB、V_MFIOmax;含“Freq clamp at special condition”频率钳位段与“Start of CRM operation depending on V_Bulk”箭头;下:V_CSPK(V_MFIO) 折线,V_CSmax/V_CSC/V_CSmin 与 A/C/B/D 各点;图注 MULTIMODE_FREQLAW)。

5.5 VCC 脚相关参数(§5.5)
VCC 提供 IC 工作电压;VCC 跌破 7.2 V 时有欠压锁定(Under-Voltage Lockout, UVLO)保护。VCC 高于 9 V 时吸合功能激活。VCC 另有 VCC OVP 功能。
5.6 CS 脚相关参数(§5.6)
CS 脚的主功能是电流模式控制与 OCP(过流保护)。电流指令受传播延迟补偿、V_CS 偏移与斜坡跌落补偿影响,这些参数可针对不同系统加以整定。
电流指令由式(16)给出:
$$CS\_OCP1LVL = (I_{pk}) - PDC\_Correction - V_{cs}offset - slopedrop \tag{16}$$
$$PDC\_Correction = INT(2^{-16} * PDC\_FACTOR * V_{bulk} + PDC\_OFFSET) \tag{17}$$
其中 PDC_FACTOR 与 PDC_OFFSET 是两个经 .dp Vision 配置的传播延迟相关参数。
$$PDC\_FACTOR = \frac{R_{CS} \cdot t_{PD}}{L_p \cdot V_{CSlsb8}} \cdot (2^{16} - 1) \tag{18}$$
$$PDC\_FACTOR = \frac{R_{CS} \cdot t_{PD}}{L_p \cdot V_{CSlsb8}} \cdot (2^{16} - 1) = \frac{0.25\,\Omega \cdot 352\,ns}{190\,\mu H \cdot 2.34\,mV} \cdot 65535 = 13000 = 32C8h$$
PDC_correction = 13000×85 V/65535 = 17 bits,每 bit 2.34 mV,故 PDC 引起的 V_CS 降幅为 2.34 mV × 17 = 40 mV。〔译注:13000×85/65535 = 16.86,严格 INT 取整应为 16,原文按四舍五入取 17,照录。〕
式中 R_CS 为电流检测电阻;t_pd 为传播延迟(含内部比较器延迟与外部关断延迟);L_p 为主电感量;V_cslsb8 为 CS 信号 DAC 的最低有效位(LSB)。
斜坡补偿引起的跌落按下式计算:
$$slopedrop = (D_{on} - 0.4375) * T_{sw} * 84\,mV/\mu s \tag{19}$$
取 D_on = n×V_out/(V_bulk + n×V_out)、n = 6、V_out = 20 V、V_bulk = 85 V、T_sw = 7.14 µs,斜坡补偿引起的 V_cs 跌落为 (0.5853 − 0.4375)×7.14×84 = 89 mV。〔译注:此处 n = 6 与前文匝比 7 不同——按 n=6 反射电压 120 V;若按表 4 的 140 V 则 D_on = 0.622、跌落约 111 mV。原文口径照录。〕
由于低线最大 V_CS 为 0.6 V,故 R_CS = (600 mV − 40 mV − 89 mV)/I_pk = 0.471 V/2.08 A = 0.23 Ω。
从计算流程可见:PDC 计算受 R_CS 影响,而 R_CS 本身要到最后才确定;传播延迟也需标定;峰值电流计算还受效率假设等影响——所以 R_CS 须按实测结果微调,以贴合真实设计。45 W 参考板最终选 R_CS = 0.25 Ω。
译注:式(16)~(19) 与 DS 的 PDC 机理同源——DS 式(6)(V_CSPD = (R_CS/L_Pri)·t_PD·V_Bulk)为其模拟量原型,式(17)/(18) 是其 16-bit 数字实现口径;式(16) 的扣减次序与 DS §4.2.1.3(Vcs offset 扣减)一致。
第 6 章 突发模式运行(原文 §6 Burst mode operation,第 22 页)
为保持轻载效率,IC 需让系统工作在突发模式。XPDS21071¹⁾将停止内核引擎并依反馈电压(反映负载信号)降低功耗。V_MFIO 的进入电平随 ZCD 电压不同而不同:表 9 给出不同输出电压下的不同突发模式进入电平。不同的 MFIO 电压对应(经频率律映射的)不同峰值电流,因此三个不同输出电压对应的突发进入功率会相应变化。
¹⁾ 译注:原文印 “XPDS21071”,应为 XDPS21071,照录。
基于 N_aux = 2、N_s = 2、ZCD 分压 R_h = 39 kΩ、R_l = 5.6 kΩ:V_out = (R_h + R_l)/R_l × V_ZCD × N_s/N_aux,故 V_ZCD = 2.152 V 对应 V_out = 17 V;V_ZCD = 1.723 V 对应 V_out = 13.7 V。〔译注:验算 (44.6/5.6)×2.152 = 17.1 V ✓、×1.723 = 13.7 V ✓。〕
进入功率不同的原因之一是不同输出电压效率不同;同时突发模式运行中的突发设置对各输出电压都相同,所以调整突发进入电平是必要的。
表 9 每 V_ZCD 的突发模式进入电平(第 22 页)
| 突发模式进入阈值 | 符号 | Min. | Typ. | Max. | 单位 | 条件 |
|---|---|---|---|---|---|---|
| 进入阈值 1 | V_MFIOBMEN1 | 0.57 | 0.607 | 0.644 | V | V_zcd 小于 1.723 V |
| 进入阈值 2 | V_MFIOBMEN2 | 0.419 | 0.455 | 0.491 | V | 1.723 V ≤ V_ZCD < 2.512 V |
| 进入阈值 3 | V_MFIOBMEN3 | 0.372 | 0.408 | 0.443 | V | V_zcd ≥ 2.152 V |
译注:条件栏 BMEN2 上限 2.512 V 与 BMEN3 下限 2.152 V 不衔接(正文只给出 2.152 V↔17 V、1.723 V↔13.7 V 两组对应;2.512 V 恰对应 20 V 满输出),疑有一处笔误,照录,「待核实」。
突发模式运行功率定义如下:
$$P_{bst} = 0.5 * L_p * I_{pk}^2 * F_{bst} \tag{20}$$
取默认突发模式 V_CS = 0.128 V,峰值电流为 0.128 V/0.25 Ω = 0.512 A,f_bst = 50 kHz;已知电感量即可算出突发模式功率。〔译注:验算 0.5×190 µH×0.512²×50 kHz ≈ 1.25 W。〕
第 7 章 PCB 布局要点(原文 §7 Tips on PCB layout,第 23 页)
原则上有两个关键开关环路,须尽可能小:一是母线电容 V+ → 变压器绕组 → Q30 → R_sense → 母线电容 V− 的初级环路;二是**次级变压器绕组 → 输出滤波电容 → Q100(SR MOSFET)**的次级整流环路。
XDPS21071 的接地须以**星形接地(star ground)**接到母线电容负端 V−:ZCD 绕组的地应先接到滤波电容 C50,然后其他所有引脚的地先汇到 IC 的地、再接到 C50 的地。
见原 PDF 图 15(第 23 页):系统布局建议(框图示 90 VAC~265 VAC 输入、EMI Filter、V+/V−、吸收 ckt、D100、Q100、Vout = 20V、AUX/ZCD 支路 R51/R52 与 C50、RHV、ZVS 支路 U200、Q30 与 R37/Rsense、C61、Q60、Comp. network、U3(XDPS21071:HV/VCC/ZCD/GD0/CS/GPIO/GD1/MFIO/GND 各脚))。〔译注:图中 IC 位号印作 “XDPS20171”,应为 XDPS21071,照录。〕

第 8 章 .dp Vision 的使用(原文 §8 Usage of .dp Vision,第 24~28 页)
8.1 .dp Vision 的安装(§8.1)
客户可按以下安装说明在自己的计算机上安装用户界面 .dp Vision:
- 从文件夹安装最新的 .dp Vision_2.0.9.4(双击 “dpVision_2.0.9.4.msi”)。
- 用 VCC、UART 与 GND 引脚把 IFX IDP21071 样品连接到 dpIFGen2 接口板。见原 PDF 图 16(第 24 页):dpIFGen2 接口板(侧视图)。
- 用随附 USB 电缆把 dpIFGen2 接口板连接到笔记本电脑 USB 口,双击 “dpVision.exe” 或下方图标打开 .dp Vision GUI。见原 PDF 图 17(第 24 页):.dp Vision 图标。
- 经菜单 File → Open → 浏览到文件夹 ......dpVision\Parameters,打开 “XDPS21071_with_assistant_trials_rev1.07.csv”。见原 PDF 图 18(第 25 页):Power Device On/Off 按钮与设备状态。
- 按下 “Power Device On/Off” 按钮,“Device Status” 应变绿。见原 PDF 图 19(第 25 页):Power Device On/Off 按钮与设备状态。〔译注:图 18 与图 19 标题在原文完全相同,照录。〕
- 按下 “Test Configuration Set” 按钮,参数值即加载进样品(原文印 “IDP2105 sample”,疑为 IDP21071/XDPS21071 笔误,照录),应用固件开始运行。
- 在 “Value” 栏修改参数。见原 PDF 图 20(第 26 页):Value 栏。
- 修改参数会激活 “Save Configuration Set” 按钮。保存配置后再次按 “Power on/off” 按钮、点击 “Test Configuration Set”,把新配置集加载进芯片 RAM 区;再点击 “Functions/Burn Configuration Set”,把新配置集烧写进 OTP 存储器。见原 PDF 图 21(第 26 页):“Save Configuration Set” 按钮。
- 有关 .dp Vision 参数设置的细节,请按 “Help” 查看 .dp Vision 用户手册。见原 PDF 图 22(第 27 页):“Help” 按钮(截图显示 Infineon Technologies AG .dp Vision V2.0.9.4 Build 27022019173411,FW: V1.2.0、HW: 2107、Calibrated: Yes、Status: 0x0000)。
8.2 用 .dp Vision 设置参数(§8.2)
原文:表 8¹⁾ 列出客户经 .dp Vision 可配置的全部参数。主要参数的设置已在本设计指南中详细说明。点击每个参数名会显示其说明与配图;经 “Help” 按钮还可获取用户手册。¹⁾ 译注:原文作 “Table 8”,实为表 10,照录。
表 10 可配置参数(全表,第 27~28 页)
| 分组(原文左列) | 参数 | 符号 | 默认值 | 说明 |
|---|---|---|---|---|
| (无组名) | Propagation delay compensation for peak current control(峰值电流控制的传播延迟补偿) | PDC_FACTOR | 13000d | 传播延迟补偿系数 |
| (无组名) | 同上 | PDC_OFFSET | 0d | 传播延迟补偿偏移 |
| (无组名) | Leading-Edge Blanking (LEB)(前沿消隐) | t_CSLEB | 269 ns | CS 脚消隐滤波,防止 GD0 开通前沿尖峰导致 GD0 误关断 |
| (无组名) | ZVS dead-time(ZVS 死区) | t_ZVSdead | 220 ns | GD1 上 ZVS 脉冲结束到 GD0 开始之间的死区 |
| (无组名) | ZVS pulse length factor(ZVS 脉冲长度系数) | k_ZVSonfactor | 3200 | ZVS 脉冲长度系数 |
| (无组名) | Gate driver capability(栅驱动能力) | I_GD0_drive | 31 mA | 栅驱动 0 的源电流 |
| Protections(保护) | — | T_JOTP | 130℃ | 内部过温检测电平 |
| Protections | — | t_ocp2 | 600 ns | V_CS 信号 OCP2 消隐时间 |
| Protections | — | t_peakpower | 30 ms | 过载保护消隐时间 |
| Protections | — | En_OLP | Enabled | 使能/禁用过载保护 |
| Protections | — | Response_OVP | Auto-restart | OVP 保护模式,可配置 AR(自动重启)或锁存 |
| Burst mode parameters(突发模式参数) | — | V_cs_bst | 0.128 V | 突发模式限流 |
| Burst mode parameters | — | Freq_bst | 50.0 kHz | 突发模式频率 |
| Burst mode parameters | — | V_bst_pause | 1.35 V | 突发运行导通相位 MFIO 脚暂停阈值 |
| Burst mode parameters | — | V_bst_exit | 2.00 V | MFIO 脚突发退出电压 |
| Burst mode parameters | — | T_reentry_bst | 5 ms | 重进突发模式的最短时间 |
| Frequency law settings(频率律设置) | — | F_sw_A | 140 kHz | A 点频率设置 |
| Frequency law settings | — | V_MFIO_C | 1.00 V | MFIO 脚拐点 C 电压 |
| Frequency law settings | — | V_MFIO_B | 1.80 V | MFIO 脚拐点 B 电压 |
| Frequency law settings | — | V_CS_BC | 0.45 V | B、C 点之间的 CS 限值 |
| Frequency law settings | — | f_clamp | 105 kHz | V_in > 200 V 且 V_ZCD < 1.28 V 时的频率钳位 |
| Adaptive V_CS offset(自适应 V_CS 偏移) | — | K_VCS_offset | 28000 | 补偿曲线梯度 |
| Adaptive V_CS offset | — | V_CS_offset_V_zcdzeropoint | 79 | 无 V_CS 偏移的 ZCD 电压电平(数字量) |
| Adaptive V_CS offset | — | En_VCS_offset | Enabled | 使能/禁用 V_cs_offset 补偿 |
译注:①“分组”列按原表左列组名照录,前三块(PDC/LEB/ZVS/栅驱动)原文无组名;② t_CSLEB = 269 ns、t_ZVSdead = 220 ns、k_ZVSonfactor = 3200、PDC_FACTOR = 13000、K_VCS_offset = 28000、V_CS_offset_V_zcdzeropoint = 79、V_cs_bst = 0.128 V、Freq_bst = 50 kHz、f_clamp = 105 kHz 均与 DS 配置参数表默认值一致;t_ocp2 = 600 ns 与 DS 的 t_CSOCP2BL = 616.2 ns 略异,照录;③ 默认值栏 “13000d/0d” 的 d 为十进制(decimal)标记,照录。
第 9 章 参考文献(原文 §9 References,第 29 页)
- XDPS21071 2.0 datasheet(即库内 01_规格书全译 所据文档)
- Design tips for Flyback converters using the quasi-resonant PWM controller ICE2QS01,http://www.infineon.com/dgdl/ANPS0005-ICE2QS01-V11-14122011.pdf?fileId=db3a30432f91014f012fb9a251d750c4
- Robert W. Erickson, Fundamentals of power electronics, second edition
修订历史(原文 Revision history,第 30 页)
表(修订历史)
| 文档版本 | 发布日期 | 变更说明 |
|---|---|---|
| V 1.0 | 2019-11-06 | 初版发布(原表“变更说明”列为空表) |
(原文末页为商标声明与免责声明:所有引用的产品/服务名称与商标归其各自所有者所有。本文档信息仅作为产品实现的提示,实施前须在真实应用中验证全部功能与技术信息;Infineon 不承担任何明示或默示的担保与责任。详见原 PDF 第 31 页。)
译者附注(全库视角)
- 本篇不可替代的四块内容:① §3 功率级设计全流程的原厂代入数字例(母线电容→变压器→输出电容→三管→吸收,全部数值可复算);② §3.5.1 的 Eoss 最优开通点分析——CoolMOS 的最优开通点约 50 V DC 而非零压(465→50 V 段 175 mW vs 50→0 V 段 126 mW),这是 ZVS 收益边界的量化依据;③ §3.5.4 SR 控制器与 ZVS 脉冲的兼容性选型(伏秒平衡/arming 型才不误触发,直接检测型须最小导通时间 50 ns);④ §5.6 的 R_CS 闭环整定流程(PDC 依赖 R_CS、须实测回标,计算值 0.23 Ω→实取 0.25 Ω)。
- 与 DS 公式的同源对照(DG 式号 → DS 式号):式(9)/(11) → DS 式(4);Kvcs_offset 零点/梯度算法 → DS 式(3);式(12) → DS 式(10)(常数印刷差异见式下译注);式(17)/(18) → DS 式(6)(16-bit 数字实现);式(16) 扣减次序 → DS §4.2.1.3/§4.2.3 机理。
- 原文笔误清单(均照录并加译注):§3.2 “equations (1), (2)(1) and (3)”;表 1 GD1 类型 “I”(疑为 O)、GND 类型 “O”;§4 “P_DC = Vin/Lp×Tdelay” 与行文 Vbulk 符号不一致;§6 “XPDS21071”;§8.1 步骤 6 “IDP2105 sample”;§8.2 首句 “Table 8”(实为表 10);图 15 位号 “XDPS20171”;表 9 条件栏 2.512 V 与 2.152 V 不衔接;§5.2.2 Kvcs_offset = 28240(按式 ≈28205);§3.5.1 行文 264 V AC、代入 265;参考文献 [3](Erickson 教材)被引于 CoolMOS P7 论述处;表 6 标题 15 V/3 A 而 T_sw = 7.143 µs(对应 140 kHz)。
- 数值口径存疑项(标「待核实」,未代改):式(5) 含 η 左端 ≈45.1 W 更接近 P_out;式(17) INT 严格取整为 16 而原文取 17 bits;表 6 I_AC = 4.38 A 的计算口径;图 18/19 标题重复。
- 提取字形已按原 PDF 复位:式(4) 双倒数 1/V_bulk+1/V_refl;式(7) 分母 Ipk_sec²;式(8) 根号内 i²pk−i²o;式(17) 指数 2^−16 与式(18) 的 2¹⁶;Pcond 平方位置;图 12 的 (V_HV/2)²;URL 断行已拼回。
- 22 张插图均无法从文本提取,译文已逐图标“见原 PDF 图 N(第 X 页)”;其中图 3/5/10/11/14 为波形与曲线图,图 1/2/9/12/15 为电路与框图,图 6/7/8 为曲线与示波器截图,图 13 为补偿特性图,图 16~22 为工具与界面截图。
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