【MOSFET應(yīng)用】LLC電路中的MOSFET-KIA MOS管

不同于PFC和Flyback等電路（對(duì)MOSFET體二極管沒有要求），因?yàn)長(zhǎng)LC電路工作過程中，MOSFET的體二極管要參與大電流的過程，因此LLC電路中的MOSFET對(duì)體二極管參數(shù)有了很高的要求。

以下部分對(duì)于LLC工作過程中MOSFET的波形進(jìn)行進(jìn)一步分析，更對(duì)容易失效的問題點(diǎn)進(jìn)行研究。

上面的圖給出了啟動(dòng)時(shí)功率MOSFET前五個(gè)開關(guān)波形。在變換器啟動(dòng)開始前，諧振電容和輸出電容剛好完全放電。與正常工作狀況相比，在啟動(dòng)過程中，這些空電容會(huì)使低端開關(guān)Q2的體二極管深度導(dǎo)通。

因此流經(jīng)開關(guān)Q2體二極管的反向恢復(fù)電流非常高，致使當(dāng)高端開關(guān)Q1導(dǎo)通時(shí)足夠引起直通問題。啟動(dòng)狀態(tài)下，在體二極管反向恢復(fù)時(shí)，非常可能發(fā)生功率MOSFET的潛在失效。

下圖給出了可能出現(xiàn)潛在器件失效的工作模式。在t0~t1時(shí)段，諧振電感電流Ir變?yōu)檎Ｓ捎贛OSFET Q1處于導(dǎo)通狀態(tài)，諧振電感電流流過MOSFET Q1 溝道。當(dāng)Ir開始上升時(shí)，次級(jí)二極管D1導(dǎo)通。

因此，式3給出了諧振電感電流Ir的上升斜率。因?yàn)閱?dòng)時(shí)vc(t)和vo(t)為零，所有的輸入電壓都施加到諧振電感Lr的兩端。這使得諧振電流劇增。

在t1~ t2時(shí)段，MOSFET Q1門極驅(qū)動(dòng)信號(hào)關(guān)斷，諧振電感電流開始流經(jīng)MOSFET Q2的體二極管，為MOSFET Q2產(chǎn)生ZVS條件。這種模式下應(yīng)該給MOSFET Q2施門極信號(hào)。

由于諧振電流的劇增，MOSFET Q2體二極管中的電流比正常工作狀況下大很多。導(dǎo)致了MOSFET Q2的P-N結(jié)上存儲(chǔ)更多電荷。

在t2~t3時(shí)段，MOSFET Q2施加門極信號(hào)，在t0~t1時(shí)段劇增的諧振電流流經(jīng)MOSFET Q2溝道。由于二極管D1依然導(dǎo)通， 該時(shí)段內(nèi)諧振電感的電壓為：

該電壓使得諧振電流ir(t)下降。然而，

很小，并不足以在這個(gè)時(shí)間段內(nèi)使電流反向。在t3時(shí)刻，MOSFET Q2電流依然從源極流向漏極。另外，MOSFET Q2的體二極管不會(huì)恢復(fù)，因?yàn)槁┰礃O之間沒有反向電壓。

下式給出了諧振電感電流Ir的上升斜率：

在t3~t4時(shí)段，諧振電感電流經(jīng)MOSFET Q2體二極管續(xù)流。盡管電流不大，但依然給MOSFET Q2的P-N結(jié)增加儲(chǔ)存電荷。

在t4~t5時(shí)段，MOSFET Q1通道導(dǎo)通，流過非常大的直通電流，該電流由MOSFET Q2體二極管的反向恢復(fù)電流引起。這不是偶然的直通，因?yàn)楦摺⒌投薓OSFET正常施加了門極信號(hào)；如同直通電流一樣，它會(huì)影響到該開關(guān)電源。

這會(huì)產(chǎn)生很大的反向恢復(fù)dv/dt，有時(shí)會(huì)擊穿MOSFET Q2。這樣就會(huì)導(dǎo)致MOSFET失效，并且當(dāng)采用的MOSFET體二極管的反向恢復(fù)特性較差時(shí)，這種失效機(jī)理將會(huì)更加嚴(yán)重。

體二極管反向恢復(fù)dv/dt

二極管由通態(tài)到反向阻斷狀態(tài)的開關(guān)過程稱為反向恢復(fù)。圖片給出了MOSFET體二極管反向恢復(fù)的波形。首先體二極管正向?qū)ǎ掷m(xù)一段時(shí)間。這個(gè)時(shí)段中，二極管P-N結(jié)積累電荷。

當(dāng)反向電壓加到二極管兩端時(shí)，釋放儲(chǔ)存的電荷，回到阻斷狀態(tài)。釋放儲(chǔ)存電荷時(shí)會(huì)出現(xiàn)以下兩種現(xiàn)象：流過一個(gè)大的反向電流和重構(gòu)。在該過程中，大的反向恢復(fù)電流流過MOSFET的體二極管，是因?yàn)镸OSFET的導(dǎo)通溝道已經(jīng)切斷。

一些反向恢復(fù)電流從N+源下流過。這就造成兩個(gè)問題，一個(gè)是沖擊電流過大，超過MOSFET承受能力，一個(gè)是形成熱點(diǎn)，反復(fù)發(fā)熱超過結(jié)溫，最終造成MOSFET擊穿損壞。

從中可以看出，LLC電路中MOSFET參數(shù)要求主要有以下幾點(diǎn)：

體二極管的反向恢復(fù)時(shí)間必須足夠短，足夠快。

體二極管必須足夠強(qiáng)壯，與MOS的導(dǎo)通電流能力要一致。

MOSFET的電荷值要控制在合適的范圍內(nèi)。

要進(jìn)一步和MOSFET廠家確認(rèn)是否可以用在LLC電路中。

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