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MOSFET寄生电容对LLC串联谐振电路ZVS的影响_亚博网页版登陆
时间:2021-01-28 00:44 点击次数:
本文摘要:LLC的优点之一是需要在相对较长的阻抗范围内构造初级MOSFET的零电压导通(ZVS),理论上MOSFET的导通损耗会再次降低到零。为了保证LLC初级MOSFET的ZVS,必须满足以下三个基本条件:1)上下供电管频率为50%,驱动电压波形为1800平面;2)电感谐振腔有足够的电感电流;3)应该有足够的死时间来留住ZVS。图a)是典型的LLC串联谐振电路。图b)是感性阻抗下MOSFET的工作波形。 因为电流幅度不会滞后于电感阻抗下的电压,所以保证了场效应晶体管工作的ZVS。

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LLC的优点之一是需要在相对较长的阻抗范围内构造初级MOSFET的零电压导通(ZVS),理论上MOSFET的导通损耗会再次降低到零。为了保证LLC初级MOSFET的ZVS,必须满足以下三个基本条件:1)上下供电管频率为50%,驱动电压波形为1800平面;2)电感谐振腔有足够的电感电流;3)应该有足够的死时间来留住ZVS。图a)是典型的LLC串联谐振电路。图b)是感性阻抗下MOSFET的工作波形。

因为电流幅度不会滞后于电感阻抗下的电压,所以保证了场效应晶体管工作的ZVS。为了确保MOSFET工作在电感区域,谐振电感上的谐振电流必须足够大,以确保存储在MOSFET源极和漏极之间的等效寄生电容上的电荷可以在死区时间内几乎完全释放。

当初级MOSFET处于逆变状态时,串联谐振电路中的谐振电流不会对MOSFET的等效输入电容进行充放电。MOSFET都是变频器时的等效电路如下图,右图:通过右图的分析,可以得出必须满足ZVS的两个必要条件,如下:虽然公式看起来很简单,但是关于MOSFET的等效输入电容Ceq的实际情况是,MOSFET的等效寄生电容是接近电压Vds的源极溢出的函数。上一篇文章对MOSFET的等效寄生电容进行了详细的理论和实践解释。

即等效电容值不会随着Vds的变化而变化。下图右图中,以英飞凌的IPP60R190P6为例:LLC串联谐振电路MOSFET的Vds放电过程分为四个阶段,如下图右图所示,(I)380v-300v;(二)300伏-200伏;(三)200伏-100伏;(四)100伏-0伏.从图中可以看出,(I)和(IV)占Vds静电时间的近2/3,谐振腔的电感电流基本不变。

这两部分占据Vds静电大部分时间的主要原因是,当Vds上升到接近于0时,MOFET的源极和漏极之间的寄生电容Coss不会呈指数下降。因此,为了几乎释放和丢弃这部分电荷,需要有更长的LLC谐振周期和释放时间。

因此,选择一个合适的MOSFET(足够小的等效寄生电容)来构建ZVS非常重要,尤其是当Vds接近0时,等效输入电容应该足够小,这样可以进一步减少杀伤时间,提高LLC的工作效率。右图进一步说明了如何自由选择合适的ZVS方案。图(a):理想ZVS波形;图(b): VDS还没有升到0,Vgs经常出现。

这种情况下,LLC串联谐振不会再产生软实力。对策必须增加变压器的励磁电流,或者需要减少灭磁时间(如果IC规定,灭磁时间一般相同);图(c):构建了ZVS,但谐振腔中的电流足以保持MOSFET中的二极管持续导通。

图(d)中的杀伤时间太宽,不会降低整个LLC的工作效率。总之,MOSFET的等效输入电容对于LLC初级MOSFET的构建至关重要。

如果已经指定了MOSFET,则必须仔细计算、调试和原创谐振腔,并选择合适的死区时间,以覆盖所有阻抗的面积和应用范围。在实际应用中,稳态运行的硬电源可以通过设计进行修改,从而超出了稳定运行的设计目的。但启动时的硬电源(从硬高频到低频),尤其是启动时的前几个电源周期,对于某些设计和方案来说,是软电源无法阻止的。

此时需要充分了解LLC串联谐振电路和MOSFET的过热机理,在下一篇文章中就不再强调。


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