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

软开关死区时间损耗

软开关技术虽然能大大避免硬开关所带来的交叠开关损耗,但由于MOSFET反向导通压降的存在,会在死区时间内引入一定的反向导通损耗。以LLC为例,原边ZVS死区时间内的损耗原理如 图 1-2 所示:

 LLC原边死区时间损耗 图 1-2 LLC原边死区时间损耗

在t1时刻A桥臂(Qp1,3)开关管关闭,环路剩余电流流经开关管Coss,Vds电压进入换向状态。t2时刻所有开关管Vds完成换向,Coss电压被钳位,但由于B桥臂(Qp2,4)上未开通,因此环路剩余电流经体二极管继续流动,直到t3时刻B桥臂开通为止。因此在t2-t3区间内,会产生因体二极管导通所带来的损耗。这一损耗可以通过公式2 估算:

方程式 2. P D T _ p r i = 2 V D I L r ( T D - T T ) f S W

其中 VD 为MOSFET体二极管压降, ILr 为串联谐振电感电流, TD 为死区时间, TT 为公 式(1) 中计算的转换时间,fSW 为开关频率。在LLC拓扑中,死区时间内的 ILr 可以通过开关频率和励磁电感值计算。

LLC副边ZCS死区时间内的损耗原理如 图 1-3 所示:

 LLC副边死区时间损耗(重载) 图 1-3 LLC副边死区时间损耗(重载)

图 1-3 中的示例采用电流控制的副边同步整流策略。在t1时刻,同步整流A桥臂(Qs1,3)电流下降至同步整流阈值It以下,因此A桥臂关断。t2是真正的B桥臂电流过零点。在t1-t3区间内,副边开关管Coss为A桥臂提供了低阻抗泄流路径,因此在这一时间内所有开关管Vds发生换向,直到t3时刻开关管电压被钳位,B桥臂(Qs2,4)电流由经过B桥臂体二极管回流。t3至t4时间段内,副边会产生第三象限死区时间损耗,可以通过公 式3 估算:

方程式 3. P D T _ s e c = 2 V D I T R ( T D - T T ) f S W

其中 ITR 为副边电流,该电流大小与负载相关,TT 为副边Coss换向所需的转换时间。为简化计算,公 式3 忽略了t1-t2时间段的影响。此外需要注意的是,在DCM模式下,B桥臂电流过零点t2会非常接近t3,此时的损耗可以通过公式4 近似估算:

方程式 4. P D T _ s e c = 2 V D I T R T D f S W

在相同的死区时间和开关频率条件下,LLC的原边死区时间损耗与负载大小无关,副边死区时间损耗一般随负载变大而增加。因此在轻载条件下,原边死区时间损耗会成为不可忽略的因素。