要實現LLC原邊MOSFET ZVS,MOSFET電容必須滿足的條件

2020-12-07 電子發燒友

要實現LLC原邊MOSFET ZVS，MOSFET電容必須滿足的條件

工程師黃明星 發表於 2018-06-11 07:51:00

LLC的優勢之一就是能夠在比較寬的負載範圍內實現原邊MOSFET的零電壓開通（ZVS），MOSFET的開通損耗理論上就降為零了。要保證LLC原邊MOSFET的ZVS，需要滿足以下三個基本條件：

1）上下開關管50%佔空比，1800對稱的驅動電壓波形；

2）感性諧振腔並有足夠的感性電流；

3）要有足夠的死區時間維持ZVS。

圖a）是典型的LLC串聯諧振電路。圖b）是感性負載下MOSFET的工作波形。由於感性負載下，電流相位上會超前電壓，因此保證了MOSFET運行的ZVS。要保證MOSFET運行在感性區，諧振電感上的諧振電流必須足夠大，以確保MOSFET源漏間等效的寄生電容上存儲的電荷可以在死區時間內被完全釋放乾淨。

當原邊的MOSFET都處於關斷狀態時，串聯諧振電路中的諧振電流會對開關管MOSFET的等效輸出電容進行充放電。MOSFET都關斷時的等效電路如下圖所示：

通過對上圖的分析，可以得出需要滿足ZVS的兩個必要條件，如下：

公式看上去雖然簡單，然而一個關於MOSFET等效輸出電容Ceq的實際情況，就是MOSFET的等效寄生電容是源漏極電壓Vds的函數，之前的文章對於MOSFET的等效寄生電容進行過詳細的理論和實際介紹。，也就是說，等效電容值的大小會隨著Vds的變化而變化。如下圖所示，以Infineon的IPP60R190P6為例：

LLC串聯諧振電路MOSFET的Vds放電過程分為四個階段，如下圖所示， （I） 380V-300V; （II） 300V-200V; （III） 200V-100V; （IV）100V-0V。

從圖中可以看出，（I）和（IV）兩部分佔據了Vds放電時間的將近2/3，此時諧振腔的電感電流基本不變。這兩部分之所以佔據了Vds放電的大部分時間，主要原因在於當Vds下降到接近於0的時候，MOFET源漏間的寄生電容Coss會指數的增加。因此要完全釋放掉這一部分的電荷，需要更長的LLC諧振周期和釋放時間。

因此選擇合適的MOSFET（足夠小的等效寄生電容），對於ZVS的實現至關重要，尤其是當Vds接近於0的時候，等效輸出電容要足夠小，這樣還可以進一步降低死區時間並提高LLC的工作效率。

下圖進一步說明如何選擇合適的ZVS方案。

圖（a）：理想的ZVS波形；

圖（b）：Vds還沒下降到0，Vgs已經出現。此種情況下，LLC串聯諧振就會發生硬開關。應對之策需要減少變壓器的勵磁電流，或者適當增加死區時間（如果IC選定，死區時間一般就固定了）；

圖（c）：實現了ZVS，但是諧振腔的電流不足以維持MOSFET體內二極體的持續導通。

圖（d）死區時間過於長了，會降低整個LLC的工作效率。

總之，MOSFET的等效輸出電容對於LLC原邊MOSFET ZVS的實現是至關重要的。如果MOSFET已經選定，諧振腔需要仔細計算、調試和設定，並選取合適的死區時間，來覆蓋所有負載的應用範圍。實際應用中對於穩態運行的硬開關都可以通過設計進行修正從而達到穩定運行的設計目的。然而開機過程中的硬開關（軟啟高頻到低頻過程中），尤其是開機過程中的頭幾個開關周期，對於有些設計和方案，硬開關是避免不了的。

打開APP閱讀更多精彩內容

聲明：本文內容及配圖由入駐作者撰寫或者入駐合作網站授權轉載。文章觀點僅代表作者本人，不代表電子發燒友網立場。文章及其配圖僅供工程師學習之用，如有內容圖片侵權或者其他問題，請聯繫本站作侵刪。 侵權投訴

相關焦點

  • MOSFET寄生電容對LLC串聯諧振電路ZVS的影響
    LLC的優勢之一就是能夠在比較寬的負載範圍內實現原邊MOSFET的零電壓開通（ZVS），MOSFET的開通損耗理論上就降為零了。要保證LLC原邊MOSFET的ZVS，需要滿足以下三個基本條件：1）上下開關管50%佔空比，1800對稱的驅動電壓波形；2）感性諧振腔並有足夠的感性電流；3）要有足夠的死區時間維持ZVS。圖a)是典型的LLC串聯諧振電路。圖b)是感性負載下MOSFET的工作波形。由於感性負載下，電流相位上會超前電壓，因此保證了MOSFET運行的ZVS。
  • 淺析MOSFET電容在LLC串聯諧振電路中的應用
    LLC的優勢之一就是能夠在比較寬的負載範圍內實現原邊MOSFET的零電壓開通（ZVS），MOSFET的開通損耗理論上就降為零了。要保證LLC原邊MOSFET的ZVS，需要滿足以下三個基本條件： 1）上下開關管50%佔空比，1800對稱的驅動電壓波形； 2）感性諧振腔並有足夠的感性電流； 3）要有足夠的死區時間維持ZVS。 圖a)是典型的LLC串聯諧振電路。圖b)是感性負載下MOSFET的工作波形。
  • TLP250功率驅動模塊在IRF840 MOSFET中的應用(圖)
    摘 要：介紹了功率器件驅動模塊tlp250的結構和使用方法，給出了其與功率mosfet和dsp控制器接口的硬體電路圖。快速電力電子器件mosfet的出現，為斬波頻率的提高創造了條件，提高斬波頻率可以減少低頻諧波分量，降低對濾波元器件的要求，減少了體積和重量。採用自關斷器件，省去了換流迴路，又可提高斬波器的頻率。---直流電動機的勵磁迴路和電樞迴路電流的自動調節常常採用功率mosfet。
  • LLC諧振電源怎樣實現ZVS
    所有寄生元件，包括所有半導體器件的結電容和變壓器的漏磁電感和激磁電感，都是用來實現ZVS 的，ZVS的實現具備的參數特性如何分解；首先看看電路的工作機理： LLC架構的穩壓原理；將上述電路架構進行參數等效分析：
  • LLC拓撲中,為什麼選用體二極體恢復快的MOSFET?
    在這種拓撲中，為了實現ZVS開關，功率開關管的寄生體二極體必須反向恢復時間非常短。如果體二極體不能恢復全部載流子，則在負載從低到高的變化過程中，可能會發生硬開關操作，並可能導致寄生雙極電晶體導通。在電信設備電源、大型計算機/伺服器、電焊機、鋼材切割機等消費應用市場上，對功率密度的需求每年都在增長。
  • LLC原理詳細講解,電源工程師必須要收藏!
    它的優點是：實現原邊兩個主MOS開關的零電壓開通(ZVS)和副邊整流二極體的零電流關斷(ZCS)，通過軟開關技術，可以降低電源的開關損耗，提高功率變換器的效率和功率密度。1.什麼是軟開關；2.LLC電路是如何實現軟開關的。
  • 很完整的LLC原理講解,電源工程師必須收藏
    很完整的LLC原理講解，電源工程師必須收藏 它的優點是：實現原邊兩個主MOS開關的零電壓開通(ZVS)和副邊整流二極體的零電流關斷(ZCS)，通過軟開關技術，可以降低電源的開關損耗，提高功率變換器的效率和功率密度。學習並理解LLC，我們必須首先弄清楚以下兩個基本問題：由於普通的拓撲電路的開關管是硬開關的，在導通和關斷時MOS管的Vds電壓和電流會產生交疊，電壓與電流交疊的區域即MOS管的導通損耗和關斷損耗。
  • 計算MOSFET非線性電容
    所謂大信號電容不過是MOSFET行業多年來規定的時間值COTR [2] 。　　另一項分析提出用COSS隱性串聯電阻，稱為ROSS，來表示非線性電容所有原因不明的損耗[3]。這與明確電容充放電損耗完全由儲存能量來定義，與任何串聯電阻值無關的基本電路理論相矛盾。
  • 實例解密「ZVS反激開關電源」!
    ZVS的實現方案ZVS即在MOSFET驅動到來前，Vds電壓已經為零了。由於節點電容上電壓的存在，要實現ZVS，需要一個和勵磁電流反向的電流流過變壓器原邊電感。傳統的QR，由於退磁後變壓器初級電感的初始電壓即副邊反射電壓，振蕩是阻尼的，因此開關節點可能達到的最低電壓只能是Vin-Vor，能不能ZVS取決於輸入電壓和反射電壓。
  • 移相控制全橋ZVS―PWM變換器的分析與設計
    電容C2和C3被輸入電源充電。變壓器原邊電壓為Vin，功率由變壓器原邊傳送到負載。在功率輸出過程中，軟開關移相控制全橋電路的工作狀態和普通PWM硬開關電路相同。 (2)(t1一t1′)：超前臂在死區時間內的諧振過程。加到S1上的驅動脈衝變為低電平，S1由導通變為截止。
  • 你對自舉電容電路到底了解多少
    如何實現無縫混搭？電路設計又需要注意哪些細節呢？這是本部視頻最大亮點。 　　亮點二：本部視頻通過硬體波形的整形、儲存，以及根據 時序 來分配並動作，根據時序進行多路信號的切換，以及不同波形在不同時刻發生不同的動作。鍛鍊學員綜合協調處理波形根據時間來鎖存信號與釋放信號的能力。如果以前是二元化，現在就是三元化。
  • MOSFET廠商匯總!|電晶體|dc|mosfet|柵極|電容_網易訂閱
    本文概括了一些MOSFET的關鍵指標，這些指標在數據表上是如何表述的，以及你理解這些指標所要用到的清晰圖片。像大多數電子器件一樣，MOSFET也受到工作溫度的影響。所以很重要的一點是了解測試條件，所提到的指標是在這些條件下應用的。還有很關鍵的一點是弄明白你在「產品簡介」裡看到的這些指標是「最大」或是「典型」值，因為有些數據表並沒有說清楚。
  • 學習LLC,工程師必須要掌握的十大經典問題!
    關斷的時候， DS 電壓急劇上升， DG 電容會流過電流對 GS 電容充電，引起二次導通。要消除開通時刻的彌勒效應，在開關管即將開通的時刻 DS 電壓為零，即 ZVS。 PWM 的控制器輸出電壓可調節範圍可以做到很寬，只要供電正常,IC 就能做到輸出電壓範圍很寬的電源，這對於做恆流款電源而言具有很大優勢；LLC 是 PFM 控制方式的，只能通過更改頻率實現輸出電壓的變化，由增益曲線圖可以知道增益變化範圍相對很小，要實現寬電壓範圍的輸出特性不好實現，輸出電壓越低，工作頻率越高
  • 入了解SiC MOSFET實現建議和解決方案示例
    （圖片來源：ROHM Semiconductor） 標準矽 MOSFET 在高至 150°C 的溫度條件下工作時，RDS(on) 導通電阻要高出 25°C 時典型值的兩倍。採用正確封裝時，SiC MOSFET 可獲得 200°C 甚至更高的額定溫度。SiC MOSFET 的超高工作溫度也簡化了熱管理，從而減小了印刷電路板的外形尺寸，並提高了系統穩定性。
  • 讓導體實現遠紅外反射的技術
    超導技術是讓導體實現零電阻效應，讓導體實現遠紅外反射的技術，是單個材料少量元件組成整體並行時會發生的事情。你先把導線添加一個零電阻，再接一對聚合物絕緣體基片組成薄膜就行了啊，可以做參考queen'sballgrind聚合物絕緣體技術，可以利用聚合物絕緣體作為接觸載體，然後採用多導體環路的雷射器、射頻耦合器等雷射裝置實現多元素傳輸。能發一部像樣的有聲無畫的片子才是關鍵。
  • 1200V CoolSiCTM MOSFET兼具高性能與高可靠性
    當然，要進行大批量生產，逆變器除了靜態和動態性能之外，還必須具備適當的可靠性，以及足夠的閾值電壓和以應用為導向的短路耐受能力等。可與IGBT兼容的VGS=15V導通驅動電壓，以便從IGBT輕鬆改用SiC MOSFET解決方案。英飛凌的1200V CoolSiCTM MOSFET可滿足這些要求。
  • 移相控制ZVS PWM全橋變換器的直通問題分析
    問題產生的原因是超前橋臂和滯後橋臂的工作機理不同，在超前橋臂開關管開關的過程中，輸出濾波電感是參與能量的轉換，相當於恆流源，而滯後橋臂開關管開關的過程中，變壓器處於短路狀態，因此參與諧振的能量很小，導致失去零壓條件。
  • 基於MOSFET控制的PWM型直流可調電源的研製
    兩個等值濾波電容上的電壓分別為99V 以上，經DC/AC 變換器逆變之後輸出20kHz、脈寬可調的交流電壓，又經高頻變壓器的兩個副邊分正負半周送入整流濾波電路，輸出直流電壓。該電源直流輸出電壓的大小靠 PWM發生器的輸出脈衝寬度來控制。　　主電路如圖2 所示。