STNRG011A：數(shù)字組合多模式PFC與移相LLC諧振控制器的卓越之選

在電源管理領(lǐng)域，尋找一款高效、可靠且功能豐富的控制器至關(guān)重要。STNRG011A作為一款數(shù)字組合多模式PFC與移相LLC諧振半橋控制器，無(wú)疑為工程師們提供了一個(gè)出色的解決方案。今天，我們就來(lái)深入了解一下這款控制器的特點(diǎn)、性能及應(yīng)用。

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產(chǎn)品概述

STNRG011A集成了多模式（過(guò)渡模式和DCM）PFC控制器、用于LLC諧振半橋的高壓雙端控制器、800V額定啟動(dòng)發(fā)生器以及先進(jìn)的數(shù)字引擎，能夠有效管理三個(gè)模塊的最佳運(yùn)行。它采用20引腳SO封裝，為符合最嚴(yán)格節(jié)能法規(guī)的功率因數(shù)校正高效轉(zhuǎn)換器提供了先進(jìn)的解決方案。

關(guān)鍵特性解析

1. 集成功能豐富

• 多模式PFC控制：具備增強(qiáng)的固定導(dǎo)通時(shí)間多模式PFC控制器，帶有輸入電壓前饋、THD優(yōu)化器和頻率限制功能，可有效降低總諧波失真，提高功率因數(shù)。同時(shí)，還具備一套完整的PFC保護(hù)功能，保障系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行。
• 移相LLC諧振半橋控制：采用移相控制的諧振半橋技術(shù)，在輕載時(shí)具有增強(qiáng)的突發(fā)模式，響應(yīng)速度快，且具備線路自適應(yīng)半橋欠壓保護(hù)功能，搭配完整的半橋保護(hù)功能，確保LLC部分的可靠性。
• 高壓?jiǎn)?dòng)與節(jié)能：板載800V啟動(dòng)電路，可實(shí)現(xiàn)低待機(jī)功耗。同時(shí)，該電路還具備線路感應(yīng)和X電容放電功能，符合IEC 62368 - 1標(biāo)準(zhǔn)。

2. 數(shù)字控制優(yōu)勢(shì)

• 高性能核心：采用8位核心和專(zhuān)用快速外設(shè)（SMED）管理電源系統(tǒng)和控制算法，配合優(yōu)化的數(shù)字算法和硬件模擬IP，能保證高性能、物料清單優(yōu)化和系統(tǒng)魯棒性。
• 可配置性強(qiáng)：數(shù)字算法存儲(chǔ)在內(nèi)部ROM中，關(guān)鍵應(yīng)用參數(shù)可存儲(chǔ)在設(shè)備的NVM中，方便在生產(chǎn)階段進(jìn)行廣泛的配置和校準(zhǔn)。而且，該設(shè)備還能通過(guò)2引腳UART進(jìn)行外部通信，實(shí)現(xiàn)監(jiān)控功能、將黑匣子數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到外部E2PROM以及從外部E2PROM上傳軟件補(bǔ)丁。

電氣特性與參數(shù)

1. 絕對(duì)最大額定值與熱數(shù)據(jù)

在設(shè)計(jì)電路時(shí)，絕對(duì)最大額定值是必須要考慮的因素。STNRG011A的VAC引腳電壓范圍為 - 1至800V，VCC引腳的IC電源電壓范圍為 - 0.3至19V等。熱數(shù)據(jù)方面，其最大熱阻（結(jié)到環(huán)境）為120°C/W，結(jié)溫工作范圍為 - 40至150°C，存儲(chǔ)溫度為 - 55至150°C。這些參數(shù)為工程師在散熱設(shè)計(jì)和使用環(huán)境方面提供了重要參考。

2. 電氣特性詳細(xì)分析

• 電源電壓相關(guān)：Vcc鉗位電壓為19V，工作范圍在9.5至19V之間。啟動(dòng)閾值電壓Vcc On為16 - 18V，關(guān)閉閾值電壓Vcc Off為8 - 9.4V，具有一定的遲滯特性。
• 高壓?jiǎn)?dòng)發(fā)生器：VAC引腳的擊穿電壓為800V，不同條件下的輸入電流和VCC充電電流有所不同，例如在V VAC > 40V且V CC < 0.8V時(shí)，ON - state VAC輸入電流典型值為1mA，ON - state VCC充電電流典型值為 - 0.75mA。
• 驅(qū)動(dòng)能力：PFC柵極驅(qū)動(dòng)器、低側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器和高側(cè)柵極驅(qū)動(dòng)器都具有一定的源極和漏極峰值電流能力，如PFC柵極驅(qū)動(dòng)器的源極峰值電流為 - 0.7至 - 1.1A，漏極峰值電流為0.8至1.3A。同時(shí)，它們的電壓下降時(shí)間和上升時(shí)間都較短，有利于快速開(kāi)關(guān)操作。

引腳功能說(shuō)明

STNRG011A的20個(gè)引腳各有其獨(dú)特的功能，了解這些引腳功能對(duì)于正確使用該控制器至關(guān)重要。

• 電源與啟動(dòng)相關(guān)引腳：VAC引腳是高壓?jiǎn)?dòng)發(fā)生器輸入，連接到市電電壓，還用于線路電壓感應(yīng)；VCC引腳為IC信號(hào)部分和柵極驅(qū)動(dòng)器提供電源；BOOT引腳是高端柵極驅(qū)動(dòng)浮動(dòng)電源電壓，通過(guò)外接電容和二極管為高端驅(qū)動(dòng)器供電。
• 驅(qū)動(dòng)輸出引腳：HVG和LVG分別為高端和低端柵極驅(qū)動(dòng)輸出，用于驅(qū)動(dòng)半橋中的MOSFET；PFC_GD為PFC柵極驅(qū)動(dòng)輸出，可驅(qū)動(dòng)功率MOSFET。
• 反饋與檢測(cè)引腳：PFC_CS和LLC_CS分別用于PFC和LLC的電流檢測(cè)；PFC_FB和LLC_FB用于PFC和LLC的輸出電壓反饋；PFC_ZCD用于PFC電感去磁檢測(cè)；LLC_AUX用于LLC變壓器輔助電壓檢測(cè)。

應(yīng)用場(chǎng)景與架構(gòu)

1. 應(yīng)用領(lǐng)域廣泛

STNRG011A適用于多種電源應(yīng)用，如開(kāi)放式框架開(kāi)關(guān)電源、平板電視開(kāi)關(guān)電源、ATX電源和AC - DC適配器等。其高效的控制和豐富的保護(hù)功能能夠滿足不同應(yīng)用場(chǎng)景的需求。

2. 架構(gòu)設(shè)計(jì)精妙

• SMED控制：PFC和LLC的外部MOSFET柵極由“狀態(tài)機(jī)事件驅(qū)動(dòng)”（SMEDs）管理，PFC有2個(gè)SMEDs，LLC也有2個(gè)SMEDs。SMEDs是可編程狀態(tài)機(jī)，由外部事件（如模擬比較器輸出、電源管理生成的保護(hù)事件）和內(nèi)部事件（如定時(shí)器事件）驅(qū)動(dòng)。
• μP子系統(tǒng)管理：μP子系統(tǒng)動(dòng)態(tài)管理控制環(huán)路，包括模擬比較器閾值設(shè)置、SMED配置、SMED定時(shí)器、ADC調(diào)度和中斷管理等。
• 多通道ADC：采用多通道ADC，由可編程事件驅(qū)動(dòng)調(diào)度器控制，采樣序列可配置，每個(gè)樣本可由特定SMED狀態(tài)發(fā)生和內(nèi)部定時(shí)器值觸發(fā)，還能設(shè)置不同優(yōu)先級(jí)以滿足實(shí)時(shí)控制和狀態(tài)控制的采樣需求。
• 電源管理與通信：電源管理和突發(fā)模式機(jī)管理系統(tǒng)電源狀態(tài)，實(shí)現(xiàn)低空閑功耗和快速活動(dòng)重啟。同時(shí)，具備通信外設(shè)，可在啟動(dòng)和正常運(yùn)行時(shí)進(jìn)行串行通信，實(shí)現(xiàn)外部?jī)?nèi)存通信、黑匣子記錄、軟件補(bǔ)丁上傳、監(jiān)控等功能。

功能詳細(xì)解讀

1. HV啟動(dòng)與VCC管理

啟動(dòng)時(shí)，VAC引腳電壓為100Hz/120Hz的整流正弦波，通過(guò)內(nèi)部HV DMOS為連接到VCC引腳的電容充電，提供設(shè)備電源。VCC引腳電壓達(dá)到一定值后，HV DMOS關(guān)閉，內(nèi)部LDO從VCC引腳為模擬和數(shù)字電路提供5V VCore。若VCC引腳電壓低于閾值，HV DMOS會(huì)再次開(kāi)啟充電。

2. 交流線路監(jiān)測(cè)與保護(hù)

• 欠壓/過(guò)壓保護(hù)（Brown - in/out）：基于Vline_sense信息實(shí)現(xiàn)，監(jiān)測(cè)VAC峰值電壓來(lái)啟用和禁用PFC。當(dāng)交流線路超過(guò)欠壓閾值時(shí)啟用PFC，低于過(guò)壓閾值45ms后禁用PFC。
• 線路同步：由專(zhuān)用數(shù)字外設(shè)管理PFC與交流線路正弦波的同步。啟動(dòng)時(shí)可通過(guò)HV DMOS吸入IVAC_HV_SINK電流來(lái)改善線路讀取和同步，該功能可通過(guò)NVM位啟用或禁用。
• 線路斷開(kāi)與X電容放電：監(jiān)測(cè)Vline_sense以檢測(cè)交流線路斷開(kāi)，若VAC引腳無(wú)線路活動(dòng)超過(guò)50ms，則觸發(fā)X電容放電功能，通過(guò)內(nèi)部HV DMOS吸入至少4mA電流進(jìn)行放電。
• 線路浪涌保護(hù)：可檢測(cè)VAC引腳的浪涌（430V），浪涌發(fā)生時(shí)PFC活動(dòng)停止半個(gè)周期。若在PFC軟啟動(dòng)期間檢測(cè)到浪涌，系統(tǒng)將以非鎖存故障方式關(guān)閉。

  3. 柵極驅(qū)動(dòng)器

  HVG和LVG為匹配驅(qū)動(dòng)器，死區(qū)時(shí)間可由用戶編程。在突發(fā)模式睡眠階段，HS BOOT電容放電，突發(fā)包總是以LVG脈沖開(kāi)始，為自舉電容充電，因此需要一個(gè)快速外部自舉二極管。

  4. PFC控制與故障管理

• PFC資源與算法：通過(guò)PFC_CS、PFC_ZCD、PFC_FB等引腳獲取電流、去磁和輸出電壓反饋信息。采用多模式控制方案，基于恒定導(dǎo)通時(shí)間（COT）控制，TON根據(jù)PFC反饋和測(cè)量的Vin峰值計(jì)算，并在電源周期谷值時(shí)更新。同時(shí)，采用改進(jìn)的斜坡增強(qiáng)COT算法，提高THD和PF。
• PFC保護(hù)功能：包括過(guò)壓保護(hù)（PFC OVP）、過(guò)流保護(hù)（PFC OCP2）、浪涌保護(hù)、軟啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、欠壓保護(hù)（PFC UVP）以及引腳斷開(kāi)保護(hù)等。不同保護(hù)功能可根據(jù)需求配置為鎖存或非鎖存模式。

  5. LLC控制與故障管理

• LLC資源與算法：通過(guò)LLC_CS、LLC_AUX、LLC_FB等引腳獲取電流、輔助電壓和反饋電壓信息。采用“對(duì)稱(chēng)移相控制”（STSC）算法，保證半橋占空比為50%，移相值根據(jù)LLC_FB引腳計(jì)算。
• LLC保護(hù)功能：具備過(guò)載保護(hù)（LLC OLP）、過(guò)流保護(hù)（LLC OCP2）、零電流檢測(cè)（LLC ZCD）、抗容性保護(hù)、軟啟動(dòng)超時(shí)保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)（LLC OVP）以及引腳斷開(kāi)保護(hù)等。同樣，這些保護(hù)功能也可配置為鎖存或非鎖存模式。

  6. ADC與突發(fā)模式

• ADC功能：系統(tǒng)ADC為8通道15 - MHz SAR 10位A/D轉(zhuǎn)換器，由軟件可編程調(diào)度器控制，支持固定時(shí)間序列轉(zhuǎn)換和事件驅(qū)動(dòng)序列轉(zhuǎn)換，可讀取輸入線路電壓、PFC反饋電壓和LLC反饋電壓等信號(hào)。
• 突發(fā)模式：通過(guò)LLC_FB引腳的突發(fā)比較器和LLC_AUX引腳的外部突發(fā)模式比較器來(lái)實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)可在深睡眠狀態(tài)下保持低VCC電流消耗，根據(jù)不同的觸發(fā)條件進(jìn)入或退出突發(fā)模式，以提高輕載效率。

  7. 通信與配置

  該設(shè)備通過(guò)串行接口與外部數(shù)字設(shè)備通信，支持標(biāo)準(zhǔn)UART協(xié)議和I2C協(xié)議。用戶可通過(guò)該接口寫(xiě)入NVM配置設(shè)備、寫(xiě)入RAM進(jìn)行測(cè)試和軟件補(bǔ)丁、讀取NVM和RAM內(nèi)容、讀取寄存器內(nèi)容以及配置特定測(cè)試等。同時(shí)，還可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)、黑匣子記錄和軟件補(bǔ)丁上傳等功能。

總結(jié)

STNRG011A憑借其豐富的功能、高性能的數(shù)字控制和完善的保護(hù)機(jī)制，在電源管理領(lǐng)域具有顯著的優(yōu)勢(shì)。無(wú)論是對(duì)于提高電源效率、降低諧波失真，還是增強(qiáng)系統(tǒng)的可靠性和可配置性，它都能提供出色的解決方案。作為電子工程師，在設(shè)計(jì)電源電路時(shí)，STNRG011A無(wú)疑是一個(gè)值得考慮的優(yōu)秀選擇。大家在實(shí)際應(yīng)用中是否也遇到過(guò)類(lèi)似功能強(qiáng)大的控制器呢？歡迎在評(píng)論區(qū)分享你的經(jīng)驗(yàn)和見(jiàn)解。