LLC电路的ZVS零电压开通

描述

LLC电路的ZVS零电压开通十分重要,如果能够保证ZVS,则无论是开关管的损耗,还是开关管的DS电压应力,都能够得到比较好的效果。全球30A的开发过程证明,MOSFET的DS电压应力较高的情况都是出现了硬开通。

但是,ZVS条件的获得,有赖于精心的设计,和慎重的主电路、驱动电路参数选择,及控制电路的配合。

如下图所示,Vgs1为Q1驱动信号,Vgs2为Q2驱动信号,Ilr为谐振电流波形。

Q2在t0时刻关断,电流在t1时刻反向,转换为正值,因此,Q1必须在t1之前给出有效驱动信号,才能在电流反向为正时提供能量通路。

LLC电路

ZVS软开关实现波形

但Q1是否能够ZVS导通,取决于t0到t1时间段内图示阴影部分Ilr和时间的积分,即这段时间电荷量,能否将Q1 结电容(或者外部附加电容)电荷抽走,并且将Q2结电容(或者外部附加电容)充到母线电压。除此之外,考虑到变压器的原边绕组寄生电容,还要一部分能量来抽走变压器原边绕组寄生电容

上的电荷。也就是说,必须满足下式:

LLC电路

如果开关管是MOSFET,并且MOSFET不并联外接电容,只是利用它自身的结电容来实现ZVS,那么上两式可变为:

LLC电路

上面将C

LLC电路

等同于

LLC电路

,这是因为MOSFET的结电容不是一个恒定电容,而是一个非线性电容,其容值是反比于其两端电压的平方根的。

之所以 与 有区别,是因为在工作频率低于谐振频率时,在t0时刻,因为励磁电流近似恒定,变化率近似为零,因此变压器的原边电压也近似为零,到t0时刻换向;而情况下,Q2关断后主变立刻换向,因此从到,变压器原边绕组寄生电容的电荷转移都由Q2关断到Q1导通这段区间内的电流积分提供。

如下图所示,在Vgs驱动到来时,电流已经反向,将待开通的开关管结电容充到一定电压,丧失了ZVS条件。

LLC电路

ZVS软开关条件丧失

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