LLC諧振轉(zhuǎn)換器中的MOSFET故障模式-KIA MOS管

本文繼續(xù)分享前文-LLC諧振轉(zhuǎn)換器中如何避免出現(xiàn)MOSFET故障？關(guān)于故障模式的分析。

1、啟動

在啟動期間，由于反向恢復(fù)dv/dt，零電壓開關(guān)運行可能會丟失并且MOSFET可能發(fā)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(dǎo)致Q2體二極管進一步導(dǎo)通并且在Q1導(dǎo)通前不會完全恢復(fù)。反向恢復(fù)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。

圖4： 啟動期間LLC 諧振轉(zhuǎn)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(fù)MOSFET

減少諧振電容器

控制高側(cè)和低側(cè)MOSFET的驅(qū)動信號，從而形成完整的體二極管恢復(fù)

2）輸出短路

在輸出短路期間MOSFET通過極高的電流。當(dāng)發(fā)生輸出短路時，Lm在諧振中被分流。LLC 諧振轉(zhuǎn)換器可由 Cr 和 Lr簡化為串聯(lián)諧振回路，因為Cr僅與Lr共振。這種狀況通常會導(dǎo)致零電流開關(guān)運行（電容模式）。

零電流開關(guān)運行最嚴(yán)重的缺陷是導(dǎo)通時的硬式整流，可能導(dǎo)致二極管反向恢復(fù)應(yīng)力（dv/dt） 和巨大的電流和電壓應(yīng)力，如圖5所示。另外，由于體二極管反向恢復(fù)期間的高 di/dt 和 dv/dt，該器件還可能被柵極過壓應(yīng)力破壞。

圖5：輸出短路期間LLC 諧振轉(zhuǎn)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(fù)MOSFET

增大導(dǎo)通電阻以減小反向恢復(fù)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(guān)頻率以防止電容模式

在發(fā)生輸出短路后盡快減少 Vgs關(guān)斷延遲

減小過流保護電流

圖6：反向恢復(fù)期間的導(dǎo)通柵極電阻效應(yīng)

圖 7.：FRFET （FCH072N60F）和 一般 MOSFET （FCH072N60） 之間的反向恢復(fù)特性比較

將一般MOSFET替換為快速恢復(fù)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(fù)特性方面的改進。與一般MOSFET相比，F(xiàn)RFET MOSFET的反向恢復(fù)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(fù)期間若高側(cè)MOSFET從FRFET變?yōu)橐话?MOSFET，低側(cè)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 ，F(xiàn)RFET MOSFET在LLC諧振半橋轉(zhuǎn)換器中提供更高的可靠性 。

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