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

软开关基本原理

由于内部寄生影响,MOSFET需要一定的时间才能完全打开和关断。当发生硬开关(Hard Switching)时,MOSFET开通电流上升和电压下降会产生交叠,带来瞬时开关损耗。此外,硬开关时快速的电压变化和电流变化会产生高频噪声,带来严重的EMI问题。为了解决上述缺陷,一些功率变换器会通过特定的设计手段,让MOSFET工作在零电压开通(ZVS)或零电流关断(ZCS)的软开关工作状态。

以LLC为例。在LLC的工作频率范围内,谐振腔相对原边呈感性负载,原边电流滞后于电压。在原边所有开关管均关闭的死区时间内,环流电流给MOSFET结电容(Coss)的充放电操作,可以使MOSFET电压在下一次开启之前下落至0V,实现ZVS。

图 1-1 详细阐述了LLC原边ZVS过程。子图(a)展示了死区时间内开关管的电压电流波形。子图(b)展示了死区时间内谐振电感电流ILR在原边内部的环流路径。为简便起见,图中只画出了全桥四个MOSFET的Coss电容和体二极管。当Qp1,3关闭,VHB1上的电压自初始值VS逐渐降低至0,同时VHB2上的电压自0V逐渐升高至VS。注意,图中IDS定义为MOS 漏源级端口电流,是沟道电流、体二极管电流和Coss电流之和。

 LLC原边ZVS过程 图 1-1 LLC原边ZVS过程

完成Coss充放电所需的总时间TT为:

方程式 1. T T = 2 C O S S V S I r

在t = TT后,结电容电荷完成转换,VHB1和VHB2都由Qp2和Qp4的体二极管钳位在-VD和VS+VD处(VD为体二极管导通压降),直到开关管再次打开。LLC原边ZVS的充分必要条件是:

  1. MOSFET死区时间TD需大于TZ,以保证结电容电荷完全转移。
  2. 桥臂电流需滞后于电压,且在死区时间内不能换向。

关于LLC的副边ZCS,根据其电路的特性,副边电流在重载时处于临界导通模式(BCM),中轻载时处于断续导通模式(DCM),因此在整流MOSFET开启和关断时电流均接近0或等于0,实现了零电流开通和零电流关断(ZCS)。