HR1000A 谐振半桥控制器

说明

HR1000A是专门设计的控制器对于共振半桥拓扑。它提供了两个驱动信号通道输出50%占空比下的互补信号。一个内部固定死区时间介于两个互补门信号保证瞬态和启用高频操作。集成自举二极管简化了高压侧开关的外部驱动电路。它可承受高达600伏的电压，抗干扰高dV/dt噪声。调制开关频率调节拓扑输出电压。可编程的振荡器可以设置最大值和最小开关频率。IC以编程的最大值启动开关频率逐渐变慢，直到控制回路接管以防止过度涌流集成电路可以被迫进入受控突发-轻载模式运行，以使耗电量和收紧输出调节。保护功能包括闭锁关机，自动恢复、棕色保护和-温度保护改进型变频器设计安全，不产生额外的电路复杂性。集成电路提供1.5A/2A的源/汇能力高边和低边门驱动器。

特征

50%占空比，变频谐振半桥变换器的控制600V高侧门驱动器，集成自举二极管和高dV/dt抗扰度1.5A/2A源/汇容量高侧和低侧闸门驱动器高精度振荡器工作频率高达600kHz两级过电流保护：频移和锁存关机可编程持续时间远程开/关控制和棕色输出通过BO Pin保护锁存禁用输入，便于保护实施与PFC控制器接口可编程突发模式操作轻载单调输出的非线性软启动电压上升SO-16包装

应用

LCD和PDP电视

台式电脑和服务器

电信SMPS

AC-DC适配器，开放式框架开关电源

视频游戏机

电子照明镇流器

推荐操作条件（3）

电源电压VCC,13V至15.5V

模拟输入和输出.-0.3伏至6.5伏

工作结温度（T J）-40°C至+125°C

热阻（4）θJAθJC

SOIC16、80.35摄氏度

笔记：

1） 超过这些额定值可能会损坏设备。

2） 最大允许功耗是最大结温T J（MAX），结到-环境热阻θJA，环境温度答。最大允许连续功耗任何环境温度的计算方法是

D（MAX）=（T J（MAX）-T A）/θJA。超过最大值允许的功耗会导致模具过度温度，调节器将进入热关机状态。内部热关机电路保护设备永久性损伤。

3） 设备不能保证在其外部运行操作条件。

4） 在JESD51-7四层PCB上测量。

电气特性

T J=25°C，VCC=13V，C HG=C LG=1nF；CT=470pF，R Fset=12kΩ，除非另有规定

电气特性（续）

T J=25°C，VCC=13V，C HG=C LG=1nF；CT=470pF，R Fset=12kΩ，除非另有规定。

典型性能特征

性能波形是使用评估板生成的，交流电压=230V，电压输出=19V，输入输出=4.7A，T A=25°C，除非另有说明。

功能描述

振荡器:电容器的充放电时间确定振荡器频率。这个CT电容器上的电压在形成的峰谷门限三角形波形。图2显示了稳态时的详细波形。

连接Fset引脚的网络在电流互感器上充放电电容器，如图3所示。源头Fset引脚的电流控制电流给CT电容器充电的电源1（I S-1）。在这里，HR1000A内的当前镜像比为1A/A.当开关循环开始时，I S-1给CT电容器充电直到电压触发峰值阈值电压。然后放电电流源（I S-2）具有Fset引脚的源电流开启。因此，CT电容器用Fset引脚的源电流。当CT电容器上的电压降到谷底阈值电压，I S-2关闭，然后新的切换周期已启用。根据图3所示的框图，Fset RC网络的功能如下所述：1.从Fset pin到GND的Rf min设置外部RC网络的最大电阻当光电晶体管堵塞时，因此设置Fset最小源电流，设置最小开关频率；

2.在正常操作下，光电晶体管将通过Rf max的电流调制为调节输出电压的频率监管。当光电晶体管饱和，通过Rf max的电流为最大值时，将频率设置为最大限度

3.Fset之间的串联RC电路GND决定了启动。（请参见软启动部分有关详细信息。）基于前面的原则，如下方程描述了最小值和最大值频率：

通常，CT电容在0.1nF之间和1nF，所以Rf min和Rf max的值是：

对于CT电容的选择，这里有一个注释低温高开关频率应用：当温度为低，Fset引脚的源电流能力由于内部的特性而稍微下降晶体管电路，这意味着电流不足以充放电大型CT电容器。所以一个小CT帽对于此类应用，建议使用（<=330pF）。突发模式操作在轻载或无载情况下最大频率限制了共振的一半-电桥开关频率。控制输出电压和限制功耗HR1000A可使兼容转换器在突发模式下运行以大幅降低平均开关频率，从而降低平均剩余磁化电流相关损失。在突发模式下操作需要设置如果爆针降至1.25V以下，HR1000A关闭降低HG和LG门驱动输出，只留下2V参考电压Fset pin和SS pin保留先前的将HR1000A的功率调至最低消费。当脉冲上的电压引脚超过1.25V×50mV，HR1000A恢复正常操作。基于突发模式的工作原理，突发引脚电压必须连接到反馈回路。图4显示了一个典型的电路将突发引脚连接到窄输入-电压范围应用：

除了设置振荡器外，Rf max确定最大开关频率HR1000A在突发模式下工作。之后确认f max，计算Rf max如下：

这里，f max对应于一个加载点，P突发，其中峰值电流流过变压器太低，不能发出声音。以上介绍基于输入电压范围。作为谐振电路，输入电压也决定开关频率。也就是说P脉冲在宽的输入电压上有很大的变化范围。为了在输入范围内稳定脉冲群，使用图5中的电路插入输入电压信号进入反馈回路。

图5：设置宽胸围模式操作

输入电压范围图5中的R B1和R B2与宽输入电压范围。选择两个电阻器根据实验结果。请注意R B1和R B2的总电阻应该很大大于R H以减小对BO的影响引脚电压。在突发模式运行期间，当负载低于P突发，开关频率为以最大频率夹紧。然后输出电压必须高于设定值，会增加电流通过光耦。因此Rf max上的电压必须升高，因为光电晶体管电流。脉冲引脚电压然后降至1.25伏以下，触发门信号关闭状态。直到输出电压低于设定值，电流通过光耦然后降低，导致突发引脚电压上升。当电压超过1.25V+100mV，IC重新启动产生门信号。IC将继续空载或轻载运行以降低平均功耗。PFC禁用功能许多应用需要PFC功能，在共振前广泛地制作预调节器电路公共。在某些条件下，例如。空载或轻载，OCP，OVP要求禁用PFC。

图6:PFC禁用框图

HR1000A提供PFC禁用。拉动以下情况之一时，PFC引脚低：在突发模式下关闭闸门（突发电压<1.25V）；OCP（CS>1.5V）；输入过电压（BO>5.5V）；插销高（插销>1.85V）；定时器引脚电压超过2V不会降到0.3V；以及过热保护触发。关闭PFC以降低功率消耗或保护系统。图7显示了HR1000A和PFC控制器（MP44010/1是PFC控制器）。

软启动操作对于谐振半桥转换器输出功率与开关频率。要实现软启动，请启动开关频率的高值直到该值由闭环控制。转换器+HR1000A易于实现使用外部RC串联电路作为软启动如图8所示。

当启动开始时，SS电压为0V，因此软起动电阻器（R SS）与Rf min并联：Rf ming和R SS确定初始频率为：

在启动过程中，C SS充电至其电压达到参考电压-2V，电流通过R SS降到零。这段时间约5×（R SS×C SS）。在此期间开关频率变化指数曲线：C SS电荷初始值衰减相对较快，但速率逐渐变慢。在此期间结束后，输出电压不仍然接近设定值，因此反馈回路将接管启动。软启动时，输入电流增大逐渐直到输出电压达到设定点有点过冲。根据方程式如下：

选择一个初始频率，f start，至少4×f min。在所需的软启动操作和OCP速度（见详情见下一节）。电流传感图9显示了当前的检测块图表

有两级过流保护。当CS电压超过0.8V，比较器触发输出高级控制信号的控制逻辑打开连接SS和地面。然后C SS电压降会导致振荡器频率的增加，因此减少传输到输出的能量。当CS引脚电压降回0.79V，变频器恢复正常运行借助于10毫伏的磁滞效应。通常，CS引脚电压继续升高短路时。二级以上-当CS引脚电压上升到1.5V。然后IC被锁定在非常低的消耗（剩余消耗EC表）。对于两级保护，一个非常大的C SS会减慢放电到变压器谐振电感饱和损坏二级二极管。

电流传感方法有两种：一个使用感测电阻器与低电阻串联-侧面MOSFET；另一个使用无损电流传感网络。第一种方法是很简单但是会产生一些不必要的力量消费。使用以下方法计算感测电阻方程式

其中I Crpk是通过谐振电容器用一次MOSFET在低输入电压和满负载下。因为电路需要一个RC滤波器传感电阻和CS引脚，选择RC时间常数约为10/f min

为了设计无损电流传感网络，考虑以下两个条件：1.R1小于几百欧姆。传感网络充当电容器电流分配器。使用下列方程式：

2.R1是~10kΩ。传感网络作用于分压器纹波电压的设计此条件符合下列方程式：

计算C1和Cr在最大峰值共振频率电流发生。根据经验，R2和C2时间常数约为10/f min。根据电路，考虑计算值作为需要根据实验结果调整达到设计目标。OCP可以限制能量从过载时一次至二次或短路期。但是，过度高连续功率消耗电流会损坏二次侧绕组和整流器。HR1000A提供额外保护以减少OCP期间的平均功耗：何时OCP触发，转换器进入打嗝状间歇运行的保护模式。设置最大过载或短路通过选择合适的操作时间（t OC）C定时器和R定时器。在第一个OCP级别期间当CS电压超过0.8V时130微安电流源开启，为C定时器充电。当C定时器上的电压达到2V时，C SS电压低于OCP比较器输出。这迫使开关频率相等的f开始使传递的能量最小。tOC是C定时器电压上升的时间从0V到2V。但是t C与C定时器的关系。选择C计时器基于实验结果（基于实验：C定时器可能增加操作时间100毫秒）。当C定时器上的电压上升到2V后130uA电流源继续充电直到电压达到关机阈值（3.5V）。这段时间大约是：