ZHCAG92 September   2026 LMG3526R030

 

  1.   1
  2.   摘要
  3. 1引言
    1. 1.1 软开关基本原理
    2. 1.2 软开关死区时间损耗
    3. 1.3 GaN应用的挑战
  4. 2基于ZVD的自适应死区时间控制
    1. 2.1 TI GaN ZVD功能
    2. 2.2 LLC原边自适应死区时间控制
    3. 2.3 LLC副边自适应死区时间控制
  5. 3PLECS仿真验证
  6. 4总结
  7. 5参考文献

TI GaN ZVD功能

一些电源产品会使用自适应死区补偿来减小GaN过高的反向导通压降带来的死区时间损耗,通常有如下方法:

  1. 电压检测法:测量桥臂电压或单管VDS,间接检测FET Coss充放电状态,在达到特定阈值后,认为软开关完成。这种方式最为直接,精度最高,但需要额外的运放或比较器电路,抗干扰能力也较差。
  2. 电流检测法:测量谐振腔电流,通过公式或查表法,计算此时的理论死区时间。这种方式是间接判断软开关,精度有限,在实际使用中要留够一定余量。

TI新一代GaN产品提供了零电压检测(ZVD)功能,该功能提供了一个ZVD数字信号,能够指示GaN在开关周期中是否实现 ZVS。可以基于ZVD功能设计自适应死区时间控制算法,将死区时间损耗降低至合理范围内,有助于简化系统自适应死区时间补偿设计。

以LMG3526为例,其ZVD原理如 图 2-1 所示。当输入信号(IN)变为高电平时,内部逻辑会检查器件是否在该开关周期中实现了ZVS。一旦识别了特定条件的 ZVS事件,在 TDL_ZVD 的延迟时间之后,将从 ZVD 引脚发出一个宽度为 TWD_ZVD 的ZVD信号脉冲。

 LMG3526零电压检测(ZVD)方框图 图 2-1 LMG3526零电压检测(ZVD)方框图

需要注意的是,并不是每次ZVS都会触发ZVD,ZVD信号触发需要满足一定的第三象限导通时间(T3rd_ZVD)。若ZVS时刻IDS电流刚刚过零,未进入第三象限导通或进入第三象限导通的时间不足,则不会触发ZVD信号。

图 2-2 展示了LMG3526的ZVD时序图。更详细地解释了ZVD信号的触发条件。

 LMG3526零电压检测(ZVD)时序图 图 2-2 LMG3526零电压检测(ZVD)时序图

图中T3rd_ZVD为最小第三象限导通时间,若第三象限导通时间低于该值,器件将无法检测到ZVD。TDL_ZVD为LMG3526输入引脚(IN)上升沿与ZVD信号输出上升沿的延迟。TWD_ZVD为ZVD信号的保持时间。输入引脚信号变为高电平时,逻辑电路会检查器件 VDS 是否已达到 0V 以下,以便确定器件是否在该开关周期中实现了零电压开关。一旦识别了 ZVS,在 TDL_ZVD 的延迟时间之后,将从 ZVD 引脚发出一个宽度为 TWD_ZVD 的脉冲输出。

需要注意的是,IN上升沿与内部GaN FET 栅极电压上升沿还存在一个开通延迟(td(ON)),由于td(ON)的存在,图 2-2 内VDS结束第三象限导通的时刻相比IN上升沿更晚发生。