全橋LLC電路移相發(fā)波原理詳解

圖 1 全橋LLC主功率電路

圖 2 中心對稱發(fā)波原理

在調(diào)寬狀態(tài)當(dāng)占空比較小的時候，由圖 2可知調(diào)寬橋臂MOS管Sa和Sb的驅(qū)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(jìn)入反向恢復(fù)狀態(tài)，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(tài)（Vout=5.6V/Io=238A）

這樣調(diào)寬橋臂MOS管的開關(guān)損耗就增加了兩部分損耗：反向恢復(fù)損耗和硬開通損耗。以12V3000W模塊中使用的MOS管INFINEON IPW65R080CFD為例，假設(shè)開關(guān)頻率為220kHz，則增加的開關(guān)耗有以下三部分組成，如此大的開關(guān)損耗將會使MOS管過熱損壞。

1.反向恢復(fù)損耗：UPFC*Qrr*fs （手冊中給出Qrr=1uC，實(shí)際IF和dIF/dt都小于手冊數(shù)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(xiàn)象的發(fā)生，可在MOS管的體二極管反向恢復(fù)之前就發(fā)出開通信號將其溝道導(dǎo)通，即將調(diào)寬橋臂驅(qū)動信號的上升沿往前移，移至另外一開關(guān)管驅(qū)動信號的下降沿處（忽略死區(qū)時間），這等效為移相發(fā)波，見下圖，調(diào)寬橋臂為超前橋臂，調(diào)頻橋臂為滯后橋臂。

圖 4 調(diào)寬橋臂的對稱發(fā)波前沿往前移動（等效為移相發(fā)波）

圖5 (a)對稱發(fā)波實(shí)驗(yàn)波形

圖5 (b)移相發(fā)波實(shí)驗(yàn)波形

圖 5 計算占空比為35%時兩種發(fā)波方式的工作波形（Vbus=320V，Io=100A）

上圖是進(jìn)入調(diào)寬態(tài)以后兩種發(fā)波方式的對比情況：在計算占空比為35%時對稱發(fā)波工作在硬開關(guān)狀態(tài)，見（a）圖，此時管子的溫度急劇飆升，只能手動關(guān)機(jī)以保護(hù)模塊，而移相發(fā)波仍然工作在零電壓開通狀態(tài)，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(fā)波能夠很好的解決由于占空比太小而出現(xiàn)的過熱問題（注：在低壓輕載工作狀態(tài)下，實(shí)際的占空比進(jìn)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(qū)時間內(nèi)MOS管Coss的電荷無法被抽走，MOS管出現(xiàn)硬開通。這種硬開通是無法通過移相發(fā)波方式解決的）。