LLC谐振转换器中怎样做才不会出现MOSFET故障

　　为了降低能源成本，设备设计人员正在不断寻找优化功率密度的新方法。通常情况下，电源设计人员通过增大开关频率来降低功耗和缩小系统尺寸。由于具有诸多优势如宽输出调节范围、窄开关频率范围以及甚至在空载情况下都能保证零电压开关，LLC 谐振转换器应用越来越普遍。但是，功率 MOSFET 出现故障一直是LLC 谐振转换器中存在的一个问题。在本文中，我们将阐述如何避免这些情况下出现MOSFET 故障。

　　初级 MOSFET 的不良体二极管性能可能导致一些意想不到的系统或器件故障，如在各种异常条件下发生严重的直通电流、体二极管 dv/dt、击穿 dv/dt，以及栅极氧化层击穿，异常条件诸如启动、负载瞬变，和输出短路。

　　

　　图1： LLC 谐振转换器 　　LLC 谐振转换器中的运行区域和模式

　　不同负载条件下LLC谐振转换器的直流增益特性如图2所示。根据不同的运行频率和负载条件可以分为三个区域。谐振频率fr1右侧（蓝色部分）为零电压开关区域， 空载情况下最小次级谐振频率 fr2的左侧（红色部分）是零电流开关区域。fr1与fr2之间的区域既可以是零电压开关区域，也可以是零电流开关区域，视负载条件而定。紫色区域标识感性负载区域， 粉色区域标识容性负载区域。对于开关频率 fs

　　

　　图2:LLC 谐振转换器的直流增益特性

　　在导通MOSFET之前，电流流过其他MOSFET的体 二极管。当MOSFET开关导通时，其他MOSFET体二极管的反向恢复应力非常严重。高反向恢复电流尖峰流过其他MOSFET开关，原因是它无法流过谐振电路。它形成高体二极管dv/dt并且其电流和电压尖峰可能在体二极管反向恢复期间造成器件故障。因此，转换器应该避免在容性区域运行。对于 fs》fr1，谐振回路的输入阻抗是感性负载。如图 3 （b） 所示，MOSFET在零电压开关 （ZVS） 处导通。导通开关损耗被最小化，原因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。此外，体二极管反向恢复电流是一小部分正弦波，并在开关电流为正时变为开关电流的一部分。因此， 零电压开关通常优先于零电流开关，原因是因反向恢复电流及其结电容的放电，零电压开关能够避免较大的开关损耗和应力 。

　　

　　图3:LLC 谐振转换器中的工作模式