LLC谐振转换器中的MOSFET故障模式-KIA MOS管
信息来源：本站 日期：2022-05-07
本文继续分享前文-LLC谐振转换器中如何避免出现MOSFET故障？关于故障模式的分析。
1、启动
在启动期间，由于反向恢复dv/dt，零电压开关运行可能会丢失并且MOSFET可能发生故障。
在启动之前谐振电容和输出电容完全放电。这些空电容导致Q2体二极管进一步导通并且在Q1导通前不会完全恢复。反向恢复电流非常高并且在启动期间足以造成直通问题，如图4所示。
图4： 启动期间LLC 谐振转换器中的波形
启动期间，推荐用于故障模式的解决方案是：
采用快速恢复MOSFET
减少谐振电容器
控制高侧和低侧MOSFET的驱动信号，从而形成完整的体二极管恢复
2）输出短路
在输出短路期间MOSFET通过极高的电流。当发生输出短路时，Lm在谐振中被分流。LLC 谐振转换器可由 Cr 和 Lr简化为串联谐振回路，因为Cr仅与Lr共振。这种状况通常会导致零电流开关运行（电容模式）。
零电流开关运行最严重的缺陷是导通时的硬式整流，可能导致二极管反向恢复应力（dv/dt） 和巨大的电流和电压应力，如图5所示。另外，由于体二极管反向恢复期间的高 di/dt 和 dv/dt，该器件还可能被栅极过压应力破坏。
图5：输出短路期间LLC 谐振转换器中的波形
启动期间，推荐用于故障模式的解决方案是：
采用快速恢复MOSFET
增大导通电阻以减小反向恢复di/dt和dv/dt、体二极管反向电流（Irm） 和峰值电压Vgs，如图6所示
增加最小开关频率以防止电容模式
在发生输出短路后尽快减少 Vgs关断延迟
减小过流保护电流
图6：反向恢复期间的导通栅极电阻效应
图 7.：FRFET （FCH072N60F）和 一般 MOSFET （FCH072N60） 之间的反向恢复特性比较
将一般MOSFET替换为快速恢复MOSFET （FRFET@ MOSFET） 非常简单有效，原因是不需要额外电路或器件。图7显示与一般 MOSFET相比， FRFET MOSFET 在反向恢复特性方面的改进。与一般MOSFET相比，FRFET MOSFET的反向恢复电荷减少了90% 。FRFET MOSFET体二极管的耐用性比一般MOSFET好得多。
此外，在反向恢复期间若高侧MOSFET从FRFET变为一般 MOSFET，低侧MOSFET的峰值栅源极电压从54V降为26 V。由于改进了这么多特性 ，FRFET MOSFET在LLC谐振半桥转换器中提供更高的可靠性 。
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