ZHCAG92 September 2026 LMG3526R030
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。
图 1-1 LLC原边ZVS过程完成Coss充放电所需的总时间TT为:
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:
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)。