圖 1 全橋LLC主功率電路
圖 2 中心對稱發波原理
在調寬狀態當占空比較小的時候,由圖 2可知調寬橋臂MOS管Sa和Sb的驅動信號有很長一段時間處于低電平,諧振電流只能流過MOS管的體二極管。一旦諧振電流衰減到0,體二極管就進入反向恢復狀態,漏源電壓Vds上升(在占空比較小的情況下,Vds可上升到PFC母線電壓),此MOS管失去0電壓開通條件,見下圖的異常波形。
圖 3 硬開通工作狀態(Vout=5.6V/Io=238A)
這樣調寬橋臂MOS管的開關損耗就增加了兩部分損耗:反向恢復損耗和硬開通損耗。以12V3000W模塊中使用的MOS管INFINEON IPW65R080CFD為例,假設開關頻率為220kHz,則增加的開關耗有以下三部分組成,如此大的開關損耗將會使MOS管過熱損壞。
1.反向恢復損耗:UPFC*Qrr*fs (手冊中給出Qrr=1uC,實際IF和dIF/dt都小于手冊數值,即便按照Qrr=0.1uC這部分損耗也有8.8W)
2.MOS管外并電容引起開通損耗:100pF*(400V)2*220kHz=3.52W
3. MOS管的Coss引起開通損耗: 135pF*(400V)2*220kHz=4.05W
為防止以上硬開通現象的發生,可在MOS管的體二極管反向恢復之前就發出開通信號將其溝道導通,即將調寬橋臂驅動信號的上升沿往前移,移至另外一開關管驅動信號的下降沿處(忽略死區時間),這等效為移相發波,見下圖,調寬橋臂為超前橋臂,調頻橋臂為滯后橋臂。
圖 4 調寬橋臂的對稱發波前沿往前移動(等效為移相發波)
圖5 (a)對稱發波實驗波形
圖5 (b)移相發波實驗波形
圖 5 計算占空比為35%時兩種發波方式的工作波形(Vbus=320V,Io=100A)
上圖是進入調寬態以后兩種發波方式的對比情況:在計算占空比為35%時對稱發波工作在硬開關狀態,見(a)圖,此時管子的溫度急劇飆升,只能手動關機以保護模塊,而移相發波仍然工作在零電壓開通狀態,MOS管的溫度只有40攝氏度。
可見,在輸出電流較大的情況下,移相發波能夠很好的解決由于占空比太小而出現的過熱問題(注:在低壓輕載工作狀態下,實際的占空比進一步減小,甚至接近于0,這就造成勵磁電流的峰值太小,在死區時間內MOS管Coss的電荷無法被抽走,MOS管出現硬開通。這種硬開通是無法通過移相發波方式解決的)。
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