我們發現,在模塊從空載到短路跳變,短路關機后到短路態的過程中,短路態到空載的過程中上管還是存在電壓尖峰,如圖32所示,而且這個尖峰無論是120nS還是190nS都存在,尖峰產生的具體原因不明,只能推測和功率管的反向恢復有關!
圖22 120nS死區短路關機到穩態短路時波形1
(其中Ids1的方向為S到D為正,10A/V,上管出現電壓尖峰時,在上管DS確實存在一個從D到S的電流,峰值為22.4A,Vgs2:20V/格(有10倍衰減))
通過觀測發現,在短路跳變的過程中,上管出現電壓尖峰的點總時發生在諧振電感電流過零附近上管關斷時, 如圖1所示(諧振電流的正方向:從上管—諧振電感,上管電流的正方向:從S—D)。t1時刻下管開始關斷,到t2時刻上管導通,此時諧振電流完全換流到上管,如圖2中Ids1所示,電流方向為S到D,上管處在二極管續流階段,t3時刻上管開始關斷,而此時上管的電流剛過零,上管VDS電壓上升,而就在這個過程中,我們看到上管D—S出現一個大電流,這個電流在功率管的引線電感產生的電壓尖峰疊加在母線電壓上,就形成我們所看到的上管電壓尖峰。與正常的上管關斷波形比較,差別就是上管關斷時,上管剛剛從二極管續流階段結束,上管的電流接近零.
根據測試的經驗,20N60C3的反向二極管的反向恢復時間在200~300nS,這樣看當上管t3開始關斷時,二極管的反向恢復可能還沒有完成,這樣反向恢復電流和關斷時DS的充電電流就會疊加,從而導致DS有大的電流尖峰和電壓尖峰。
其次,采用反向恢復特性更好的20N60CFD也能起到降低電流尖峰的作用,這也引證了上面的分析,為何改善反向二極管的恢復特性對關斷電壓尖峰有改善。
由于功率管引線電感的存在,功率管本體漏源電壓的實際尖峰是小于測試值的,但又無法測到,而且有源探頭的加入對功率的測量帶來誤差,尖峰疊加了部分干擾。所以只有通過計算雪崩能量和反復實驗來驗證。
圖22 上管在短路瞬間的電壓和電流波形1 (CH3:10A/1V)
圖23 上管在短路瞬間的電壓和電流波形2 (CH3:10DB衰減,CH4:10A/V)
總結:
1) 在LLC電路中,死區時間的選擇除了要考慮可靠性和滿足功率管ZVS導通條件之外,還需要考慮其對效率的影響,特別是在工作頻率很高時,此時死區時間的增加對功率管有效導通占空比影響比較明顯,要盡量減少死區時間。
2) 減少死區時間可以抑制功率管反向恢復帶來的電壓尖峰,同時也會對EMC有所改善。
3) 死區時間的減少會使功率在模塊輕載時進入非ZVS狀態,從而導致在功率驅動上產生一定的干擾信號,需要特別關注。
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