提升电源系统可靠性的有效选择
来源： 作者： 发布时间：2015-05-08 13:19:53 浏览量：
图3 LLC 仿真波形
我们将焦点放在第二个开关周期时如图4,我们发现此时也会出现跟第一个开关周期类似的尖峰电流，而且峰值会更高，同时MOSFET Q2 Vds也出现一个很高的dv/dt峰值电压。那么这个峰值电流的是否仍然是Coss引起的呢? 我们来做进一步的研究。
图4 第二个开关周期波形图
对MOSFET结构有一定了解的工程师都知道，MOSFET不同于IGBT,在MOSFET内部其实寄生有一个体二极管，跟普通二极管一样在截止过程中都需要中和载流子才能反向恢复， 而只有二极管两端加上反向电压才能够使这个反向恢复快速完成， 而反向恢复所需的能量跟二极管的电荷量Qrr相关， 而体二极管的反向恢复同样需要在体二极管两端加上一个反向电压。在启机时加在二极管两端的电压Vd=Id2 x RON. 而Id2在启机时几乎为零，而二极管在Vd较低时需要很长的时间来进行反向恢复。如果死区时间设置不够，如图5所示高的dv/dt会直接触发MOSFET内的BJT从而击穿MOSFET.
图5
通过实际的测试，我们可以重复到类似的波形，第二个开关周期产生远比第一个开关周期高的峰值电流，同时当MOSFET在启机的时dv/dt高118.4V/ns. 而Vds电压更是超出了600V的最大值。MOSFET在启机时存在风险。
图6
3.22 异常状态分析
下面我们继续分析在负载剧烈变化时，对LLC拓扑来说存在那些潜在的风险。
在负载剧烈变化时，如短路，动态负载等状态时，LLC电路的关键器件MOSFET同样也面临着挑战。
通常负载变化时LLC 都会经历以下3个状态。我们称之为硬关断， 而右图中我们可以比较在这3个时序当中，传统MOSFET和CoolMOS内部载流子变化的不同， 以及对MOSFET带来共模电感的风险。
时序1, Q2零电压开通，反向电流经过MOSFET和体二极管， 此时次级二极管D2开通，D1关段。
-传统MOSFET此时电子电流经沟道区，从而减少空穴数量
-CoolMOS此时同传统MOSFET一样电子电流经沟道，穴减少，不同的是此时CoolMOS 的P井结构开始建立。
时序2, Q1和Q2同时关断，反向电流经过MOSFETQ2体二极管。
Q1和Q2关断时对于传统MOSFET和CoolMOS来说内部电子和空穴路径和流向并没有太大的区别。
时序3, 一体成型电感器Q1此时开始导通，由于负载的变化， 此时MOSFET Q2的体二极管需要很长的时间来反向恢复。当二极管反向恢复没有完成时MOSFET Q2出现硬关断， 此时Q1开通，加在Q2体二极管上的电压会在二极管形成一个大电流从而触发MOSFET内部的BJT造成雪崩。
-传统MOSFET此时载流子抽出，此时电子聚集在PN节周围， 空穴电流拥堵在PN节边缘。
-CoolMOS的电子电流和空穴电流各行其道， 此时空穴电流在已建立好的P井结构中流动，并无电子拥堵现象。
综上， 当L功率电感LC电路出现过载，短路，动态负载等条件下， 一旦二极管在死区时间不能及时反向恢复， 产生的巨大的复合电流会触发MOSFET内部的BJT使MOSFET失效。
InfinEON CoolMOS采用Super Juction结构， 这种结构在MOSFET硬关断的状态下， 载流子会沿垂直构建的P井中复合， 基本上没有侧向电流， 大大减少触发BJT的机会。
4. 如何更容易实现ZVS
通过以上的分析，可以看到增加MOSFET的死区时间，可以提供足够的二极管反向恢复时间同时降低高dv/dt, di/dt 对LLC电路造成的风险。但是增加死区时间是唯一的选择么?下面我们进一步环型电感器分析如何够降低风险提升系统效率。
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