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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