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LLC諧振轉換器中的MOSFET故障模式-KIA MOS管

信息來源:本站 日期:2022-05-07 

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LLC諧振轉換器中的MOSFET故障模式-KIA MOS管


本文繼續分享前文-LLC諧振轉換器中如何避免出現MOSFET故障?關于故障模式的分析。


1、啟動

在啟動期間,由于反向恢復dv/dt,零電壓開關運行可能會丟失并且MOSFET可能發生故障。


在啟動之前諧振電容和輸出電容完全放電。這些空電容導致Q2體二極管進一步導通并且在Q1導通前不會完全恢復。反向恢復電流非常高并且在啟動期間足以造成直通問題,如圖4所示。


LLC諧振轉換器 故障

圖4: 啟動期間LLC 諧振轉換器中的波形


啟動期間,推薦用于故障模式的解決方案是:

采用快速恢復MOSFET

減少諧振電容器

控制高側和低側MOSFET的驅動信號,從而形成完整的體二極管恢復


2)輸出短路

在輸出短路期間MOSFET通過極高的電流。當發生輸出短路時,Lm在諧振中被分流。LLC 諧振轉換器可由 Cr 和 Lr簡化為串聯諧振回路,因為Cr僅與Lr共振。這種狀況通常會導致零電流開關運行(電容模式)。


零電流開關運行最嚴重的缺陷是導通時的硬式整流,可能導致二極管反向恢復應力(dv/dt) 和巨大的電流和電壓應力,如圖5所示。另外,由于體二極管反向恢復期間的高 di/dt 和 dv/dt,該器件還可能被柵極過壓應力破壞。


LLC諧振轉換器 故障

圖5:輸出短路期間LLC 諧振轉換器中的波形


啟動期間,推薦用于故障模式的解決方案是:

采用快速恢復MOSFET

增大導通電阻以減小反向恢復di/dt和dv/dt、體二極管反向電流(Irm) 和峰值電壓Vgs,如圖6所示


增加最小開關頻率以防止電容模式

在發生輸出短路后盡快減少 Vgs關斷延遲

減小過流保護電流


LLC諧振轉換器 故障

圖6:反向恢復期間的導通柵極電阻效應


LLC諧振轉換器 故障

圖 7.:FRFET (FCH072N60F)和 一般 MOSFET (FCH072N60) 之間的反向恢復特性比較


將一般MOSFET替換為快速恢復MOSFET (FRFET@ MOSFET) 非常簡單有效,原因是不需要額外電路或器件。圖7顯示與一般 MOSFET相比, FRFET MOSFET 在反向恢復特性方面的改進。與一般MOSFET相比,FRFET MOSFET的反向恢復電荷減少了90% 。FRFET MOSFET體二極管的耐用性比一般MOSFET好得多。


此外,在反向恢復期間若高側MOSFET從FRFET變為一般 MOSFET,低側MOSFET的峰值柵源極電壓從54V降為26 V。由于改進了這么多特性 ,FRFET MOSFET在LLC諧振半橋轉換器中提供更高的可靠性 。



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