【MOSFET應用】LLC電路中的MOSFET-KIA MOS管

不同于PFC和Flyback等電路（對MOSFET體二極管沒有要求），因為LLC電路工作過程中，MOSFET的體二極管要參與大電流的過程，因此LLC電路中的MOSFET對體二極管參數有了很高的要求。

以下部分對于LLC工作過程中MOSFET的波形進行進一步分析，更對容易失效的問題點進行研究。

上面的圖給出了啟動時功率MOSFET前五個開關波形。在變換器啟動開始前，諧振電容和輸出電容剛好完全放電。與正常工作狀況相比，在啟動過程中，這些空電容會使低端開關Q2的體二極管深度導通。

因此流經開關Q2體二極管的反向恢復電流非常高，致使當高端開關Q1導通時足夠引起直通問題。啟動狀態下，在體二極管反向恢復時，非常可能發生功率MOSFET的潛在失效。

下圖給出了可能出現潛在器件失效的工作模式。在t0~t1時段，諧振電感電流Ir變為正。由于MOSFET Q1處于導通狀態，諧振電感電流流過MOSFET Q1 溝道。當Ir開始上升時，次級二極管D1導通。

因此，式3給出了諧振電感電流Ir的上升斜率。因為啟動時vc(t)和vo(t)為零，所有的輸入電壓都施加到諧振電感Lr的兩端。這使得諧振電流劇增。

在t1~ t2時段，MOSFET Q1門極驅動信號關斷，諧振電感電流開始流經MOSFET Q2的體二極管，為MOSFET Q2產生ZVS條件。這種模式下應該給MOSFET Q2施門極信號。

由于諧振電流的劇增，MOSFET Q2體二極管中的電流比正常工作狀況下大很多。導致了MOSFET Q2的P-N結上存儲更多電荷。

在t2~t3時段，MOSFET Q2施加門極信號，在t0~t1時段劇增的諧振電流流經MOSFET Q2溝道。由于二極管D1依然導通， 該時段內諧振電感的電壓為：

該電壓使得諧振電流ir(t)下降。然而，

很小，并不足以在這個時間段內使電流反向。在t3時刻，MOSFET Q2電流依然從源極流向漏極。另外，MOSFET Q2的體二極管不會恢復，因為漏源極之間沒有反向電壓。

下式給出了諧振電感電流Ir的上升斜率：

在t3~t4時段，諧振電感電流經MOSFET Q2體二極管續流。盡管電流不大，但依然給MOSFET Q2的P-N結增加儲存電荷。

在t4~t5時段，MOSFET Q1通道導通，流過非常大的直通電流，該電流由MOSFET Q2體二極管的反向恢復電流引起。這不是偶然的直通，因為高、低端MOSFET正常施加了門極信號；如同直通電流一樣，它會影響到該開關電源。

這會產生很大的反向恢復dv/dt，有時會擊穿MOSFET Q2。這樣就會導致MOSFET失效，并且當采用的MOSFET體二極管的反向恢復特性較差時，這種失效機理將會更加嚴重。

體二極管反向恢復dv/dt

二極管由通態到反向阻斷狀態的開關過程稱為反向恢復。圖片給出了MOSFET體二極管反向恢復的波形。首先體二極管正向導通，持續一段時間。這個時段中，二極管P-N結積累電荷。

當反向電壓加到二極管兩端時，釋放儲存的電荷，回到阻斷狀態。釋放儲存電荷時會出現以下兩種現象：流過一個大的反向電流和重構。在該過程中，大的反向恢復電流流過MOSFET的體二極管，是因為MOSFET的導通溝道已經切斷。

一些反向恢復電流從N+源下流過。這就造成兩個問題，一個是沖擊電流過大，超過MOSFET承受能力，一個是形成熱點，反復發熱超過結溫，最終造成MOSFET擊穿損壞。

從中可以看出，LLC電路中MOSFET參數要求主要有以下幾點：

體二極管的反向恢復時間必須足夠短，足夠快。

體二極管必須足夠強壯，與MOS的導通電流能力要一致。

MOSFET的電荷值要控制在合適的范圍內。

要進一步和MOSFET廠家確認是否可以用在LLC電路中。

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