【图文】LLC谐振转换器中MOSFET若何防止呈现毛病？-KIA MOS管

凡是环境下，电源设想职员经由过程增大开关频次来下降功耗和削减体系尺寸。因为具备诸多上风如宽输入调理规模、窄开关频次规模和乃至在空载环境下都能保障零电压开关，LLC 谐振转换器利用愈来愈遍及。

可是，功率 MOSFET 呈现毛病一向是LLC谐振转换器中存在的一个题目。本文将论述若何防止这些环境下呈现MOSFET 毛病。

低级 MOSFET 的不良体二极管机能可以或许致使一些意想不到的体系或器件毛病，如在各类很是前提下产生严峻的纵贯电流、体二极管 dv/dt、击穿 dv/dt，和栅极氧化层击穿，很是前提诸如启动、负载瞬变，和输入短路。

图1: LLC 谐振转换器

LLC 谐振转换器中的运转地区和形式

差别负载前提下LLC谐振转换器的直流增益特征如图2所示。按照差别的运转频次和负载前提可以或许分为三个地区。

谐振频次fr1右边(蓝色局部)为零电压开关地区， 空载环境下次级谐振频次 fr2的左边(白色局部)是零电流开关地区。fr1与fr2之间的地区既可以或许是零电压开关地区，也可以或许是零电流开关地区，视负载前提而定。

紫色地区表现理性负载地区， 粉色地区表现容性负载地区。对开关频次 fs<fr2，谐振回路的输入阻抗表现容性负载，而经由过程谐振电路的电流将基波电压施加到MOSFET。

MOSFET在零电流（ZCS）处关断，如图3（a）所示。

图2:LLC 谐振转换器的直流增益特征

在导通MOSFET之前，电流流过其余MOSFET的体二极管。当MOSFET开关导通时，其余MOSFET体二极管的反向规复应力很是严峻。

高反向规复电流尖峰流过其余MOSFET开关，缘由是它没法流过谐振电路。它构成高体二极管dv/dt并且其电流和电压尖峰可以或许在体二极管反向规复时代构成器件毛病。

是以，转换器应当防止在容性地区运转。对 fs>fr1，谐振回路的输入阻抗是理性负载。如图 3 (b) 所示，MOSFET在零电压开关 (ZVS) 处导通。

导通开关消耗被化，缘由是存在米勒效应并且 MOSFET 输入电容不会因为米勒效应而增大。别的，体二极管反向规复电流是一小局部正弦波，并在开关电流为正时变为开关电流的一局部。

是以， 零电压开关凡是优先于零电流开关，缘由是因反向规复电流及其结电容的放电，零电压开关可以或许防止较大的开关消耗和应力 。

图3:LLC 谐振转换器中的任务形式

LLC谐振转换器中的毛病形式

1)启动

在启动时代，因为反向规复dv/dt，零电压开关运转可以或许会丧失并且MOSFET可以或许产生毛病。

在启动之前谐振电容和输入电容完全放电。这些空电容致使Q2体二极管进一步导通并且在Q1导通前不会完全规复。反向规复电流很是高并且在启动时代足以构成纵贯题目，如图4所示。

图4: 启动时代LLC 谐振转换器中的波形

启动时代，保举用于毛病形式的处理计划是：

接纳疾速规复MOSFET

削减谐振电容器

节制高侧和低侧MOSFET的驱动旌旗灯号，从而构成完全的体二极管规复

2)输入短路

在输入短路时代MOSFET经由过程极高的电流。当产生输入短路时，Lm在谐振中被分流。LLC 谐振转换器可由 Cr 和 Lr简化为串连谐振回路，因为Cr仅与Lr共振。这类状态凡是会致使零电流开关运转(电容形式)。

零电流开关运转严峻的缺点是导通时的硬式整流，可以或许致使二极管反向规复应力(dv/dt) 和庞大的电流和电压应力，如图5所示。

别的，因为体二极管反向规复时代的高 di/dt 和 dv/dt，该器件还可以或许被栅极过压应力粉碎。

图5：输入短路时代LLC 谐振转换器中的波形

启动时代，保举用于毛病形式的处理计划是：

接纳疾速规复MOSFET

增大导通电阻以减小反向规复di/dt和dv/dt、体二极管反向电流(Irm) 和峰值电压Vgs，如图6所示

增添开关频次以防止电容形式

在产生输入短路后尽快削减 Vgs关断提早

减小过流掩护电流

图6：反向规复时代的导通栅极电阻效应

图 7.：FRFET (FCH072N60F)和 普通 MOSFET (FCH072N60) 之间的反向规复特征比拟

将普通MOSFET替换为疾速规复MOSFET (FRFET? MOSFET) 很是简略有用，缘由是不须要额定电路或器件。图7显现与普通 MOSFET比拟， FRFET MOSFET 在反向规复特征方面的改良。

与普通MOSFET (FCH072N60) 比拟，FRFET MOSFET (FCH072N60F)的反向规复电荷削减了90% 。FRFET MOSFET体二极管的耐用性比普通MOSFET好很多。

别的，在反向规复时代若高侧MOSFET从FRFET变为普通 MOSFET，低侧MOSFET的峰值栅源极电压从54V降为26 V。因为改良了这么多特征 ，FRFET MOSFET在LLC谐振半桥转换器中供给更高的靠得住性 。

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