在LLC拓扑中为什么选用体二极管恢复快的MOSFET图解
在当前全球能源危机的形式下,提高电子设备的能效,取得高性能同时降低能耗,成为业内新的关注点。为顺应这一趋势,世界上许多电子厂商希望在产品规格中提高能效标准。在电源管理方面,用传统的硬开关转换器是很难达到新能效标准。因此,电源设计者已将开发方向转向软开关拓扑,以提高电源的能效,实现更高的工作频率。
LLC谐振转换器就是一种软开关拓扑,允许主功率开关管零电压开关,显著降低开关损耗,大幅提高电源能效。在这种拓扑中,为了实现ZVS开关,功率开关管的寄生体二极管必须反向恢复时间非常短。如果体二极管不能恢复全部载流子,则在负载从低到高的变化过程中,可能会发生硬开关操作,并可能导致寄生双极晶体管导通。
拓扑简介
LLC拓扑的基本半桥电路是由两个开关管组成,高边开关管(Q1)和低边开关管(Q2)通过电感Lr和电容Cr与变压器相连(见图1)。开关管与寄生体二极管(D1和D2)和寄生输出电容(C1和C2)并联,为了阐明它们在全局功能中的作用,我们在图中把它们单独标注出来。
在图1中,我们注意到多出一个Lr电感,实际上,Lr是变压器漏电感,其规则在LLC拓扑中非常重要。
如果变压器原边电感Lm值很大,不会影响谐振网络,则上图所示的转换器就是一个串联谐振转换器。
在一个谐振单元中,当输入信号频率(fi)等于谐振频率(fr)时-即当LC阻抗为零时,增益最大。谐振转换器工作频率范围是由两个特定的谐振频率值界定,这些频率值与电路有关。驱动控制器设定MOSFET的开关频率(fs)等于电路谐振频率,以保证谐振的重要优势。
现在我们将看到,如何通过改变负载,使谐振频率从最小值(fr2)变为最大值(fr1):
当
时,LLC就像一个串联的RC谐振腔;这种功能出现在高负载条件下,即当Lm与低阻抗并联时;当
时,LLC类似于并联RC谐振腔,这功能出现在低负载条件下。系统通常不在这个区域工作,因为可以在ZCS条件下运行。如果频率fi在fr2