XDPS2221 PFC + Hybrid-Flyback組合控制器：高效電源解決方案深度剖析

引言

在電源設(shè)計領(lǐng)域，不斷追求更高的效率、更小的體積和更強的功能集成是永恒的目標(biāo)。Infineon的XDPS2221 PFC + Hybrid-Flyback組合控制器正是順應(yīng)這一趨勢的杰出代表。它將多模式AC - DC PFC控制器和多模式DC - DC混合反激控制器集成于一體，為電源設(shè)計帶來了全新的可能性。本文將深入探討XDPS2221的各項特性、功能以及在實際應(yīng)用中的設(shè)計要點。

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產(chǎn)品亮點

高度集成與先進(jìn)拓?fù)?/h3>

XDPS2221采用DSO - 14 (150mil)封裝，集成了PFC升壓和DC - DC混合反激功能。其新穎的ZVS混合反激（非對稱半橋）拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，能夠?qū)崿F(xiàn)超高的系統(tǒng)效率，大大減少了能量損耗。同時，集成的柵極驅(qū)動器支持GaN和Si開關(guān)，為不同的應(yīng)用場景提供了更多的選擇。

高效的啟動與節(jié)能模式

內(nèi)置的600V高壓啟動單元可實現(xiàn)快速的VCC充電和主動X電容放電，滿足IEC 62368 - 1安全標(biāo)準(zhǔn)。在輕載情況下，通過突發(fā)模式操作控制，可將空載待機功耗降至最低。自適應(yīng)PFC總線電壓和PFC啟用/禁用控制功能，能夠根據(jù)不同的負(fù)載情況動態(tài)調(diào)整，最大化平均和輕載效率。

環(huán)保與可靠性

該控制器采用無鉛引腳鍍層，符合無鹵（根據(jù)IEC61249 - 2 - 21）和RoHS標(biāo)準(zhǔn)，既環(huán)保又能保證產(chǎn)品的長期可靠性。

引腳配置與功能

功能描述

電源與高壓啟動單元管理

1. VCC電容充電與啟動序列：在啟動時，內(nèi)部HV啟動單元通過HV引腳為VCC電容充電。當(dāng)VCC引腳電壓超過閾值VCCon時，HV啟動單元關(guān)閉，IC開始啟動?；旌戏醇げ僮餍枰獫M足一系列條件才能啟動，如兩級brown - in條件、無輸入過壓、反饋信號超出調(diào)節(jié)范圍和無過溫條件等。
2. Bang - bang模式操作：在brown - in階段和保護(hù)模式下，采用Bang - bang模式操作，確保VCC電壓保持在較高水平，以便在條件滿足時快速激活。
3. 突發(fā)模式下的VCC供電：在突發(fā)模式下，IC進(jìn)入節(jié)能模式，可配置使用HV啟動單元為VCC供電，以確保VCC電壓穩(wěn)定。
4. X電容放電：該控制器支持AC丟失檢測和主動X電容放電功能，可根據(jù)配置啟用或禁用，滿足安全標(biāo)準(zhǔn)的要求。

PFC控制

1. 組合電流感測與零交叉檢測功能：PFC階段在PFCCS引腳實現(xiàn)了組合電流感測（CS）和零交叉檢測（ZCD）功能。通過外部電路和滯后比較器進(jìn)行谷值檢測，實現(xiàn)準(zhǔn)諧振模式（QRM）操作，減少PFC MOSFET的開關(guān)損耗。
2. 多模式操作與頻率規(guī)律：PFC控制器提供多種操作模式，包括準(zhǔn)諧振模式（QRM）和低功率模式，根據(jù)負(fù)載和輸入電壓的變化動態(tài)調(diào)整開關(guān)頻率和谷值數(shù)量，優(yōu)化效率和EMI性能。
3. PFC總線電壓感測與調(diào)節(jié)：通過PFCVS引腳感測PFC輸出電壓，采用PIT1控制器進(jìn)行調(diào)節(jié)，動態(tài)設(shè)置總線電壓目標(biāo)值和欠壓保護(hù)水平，確?？偩€電壓穩(wěn)定。
4. PFC軟啟動：每次PFC啟用時，都會進(jìn)行軟啟動，以減少功率MOSFET、二極管和電感器的開關(guān)應(yīng)力。

混合反激控制

1. PWM控制方案：根據(jù)負(fù)載、輸出電壓和總線電壓的變化，調(diào)整脈沖寬度調(diào)制（PWM）控制方案，確保低側(cè)和高側(cè)開關(guān)的ZVS操作。包括連續(xù)諧振模式（CRM）控制方案和零電壓諧振谷值開關(guān)（ZV - RVS）控制方案。
2. 輸出控制：采用初級峰值電流控制，通過控制磁化電流來控制輸出電流，實現(xiàn)與Vbus和Vout無關(guān)的輸出電流控制。同時，還實現(xiàn)了ZV操作在寬Vbus電壓范圍和寬輸出電壓范圍內(nèi)的保持。
3. Vout啟動控制：混合反激啟動需要滿足一定條件，啟動時先對HSVCC引腳的自舉電容進(jìn)行預(yù)充電，然后通過ZV - RVS開關(guān)周期逐步提升輸出電壓。
4. 頻率抖動：在CRM操作且總線電壓高于可配置閾值時，啟用開關(guān)頻率抖動功能，通過調(diào)制磁化電流的峰 - 峰值來實現(xiàn)。

組合控制功能

1. 突發(fā)模式控制：在輕載時，IC進(jìn)入突發(fā)模式，通過混合反激控制器控制PFC和混合反激的同步操作，減少平均開關(guān)和偏置損耗。
2. PFC啟用/禁用控制：根據(jù)負(fù)載和混合反激階段的需求，通過滯回比較器決定PFC的啟用和禁用。
3. 可變總線電壓目標(biāo)水平：PFC總線電壓目標(biāo)值根據(jù)操作條件動態(tài)調(diào)整，由混合反激階段和PFC本身共同決定，以實現(xiàn)混合反激階段在寬輸出電壓范圍內(nèi)的最佳操作。

保護(hù)功能

XDPS2221提供了豐富的保護(hù)功能，包括欠壓鎖定、過壓保護(hù)、過流保護(hù)、啟動超時保護(hù)等。保護(hù)模式分為停用IC、自動重啟模式和鎖存模式，可根據(jù)不同的情況進(jìn)行配置，確保系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。

配置與電氣特性

可配置參數(shù)與功能

通過Infineon提供的GUI工具dpVision，可對控制器的各種參數(shù)進(jìn)行編程配置，包括系統(tǒng)設(shè)置、電源管理、啟動、混合反激操作、PFC操作和保護(hù)等方面的參數(shù)。

電氣特性

詳細(xì)的電氣特性包括絕對最大額定值、封裝特性、工作條件和各項參數(shù)的典型值和范圍，為設(shè)計人員提供了準(zhǔn)確的參考數(shù)據(jù)。例如，HV引腳的電壓范圍為 - 0.3V至600V，VCC引腳的電壓范圍為 - 0.5V至26V等。

應(yīng)用與總結(jié)

XDPS2221適用于超高功率密度充電器/適配器等應(yīng)用場景，能夠滿足USB - PD應(yīng)用中寬輸出電壓（最高28V）的需求。其高度集成的設(shè)計、先進(jìn)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)和豐富的功能，為電源設(shè)計帶來了更高的效率、更小的體積和更強的可靠性。在實際設(shè)計中，設(shè)計人員需要根據(jù)具體的應(yīng)用需求，合理配置參數(shù)，充分發(fā)揮該控制器的優(yōu)勢。同時，要注意電氣特性和保護(hù)功能的應(yīng)用，確保系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行。

總之，XDPS2221 PFC + Hybrid - Flyback組合控制器是一款性能卓越的電源控制器，為電源設(shè)計領(lǐng)域提供了一種高效、可靠的解決方案。希望本文的介紹能夠幫助電子工程師更好地理解和應(yīng)用該控制器，設(shè)計出更優(yōu)秀的電源產(chǎn)品。

大家在使用XDPS2221進(jìn)行設(shè)計時，有沒有遇到過什么特別的問題或者有什么獨特的經(jīng)驗?zāi)兀繗g迎在評論區(qū)分享交流。