1.摘要
近来， LLC拓扑以其高效，高功率密度遭到广阔电源规划工程师的喜爱，可是这种软开关拓扑对MOSFET的要求却超过了以往任何一种硬开关拓扑。特别是在电源启机，动态负载，过载，短路等情况下。CoolMOS 以其快康复体二极管，低Qg 和Coss可以彻底满意这些需求并大大提高电源体系的可靠性。
长期以来， 提高电源体系功率密度，功率以及体系的可靠性一直是研制人员面对的严重课题。 提高电源的开关频率是其间的办法之一， 可是频率的提高会影响到功率器材的开关损耗，使得提高频率对硬开关拓扑来说作用并不非常显着，硬开关拓扑现已达到了它的规划瓶颈。而此刻，软开关拓扑，如LLC拓扑以其独具的特色遭到广阔规划工程师的追捧。可是… 这种拓扑却对功率器材提出了新的要求。
2.LLC 电路的特色
LLC 拓扑的以下特色使其广泛的应用于各种开关电源之中：
1.LLC 转化器可以在宽负载范围内完结零电压开关。
2.可以在输入电压和负载大范围改变的情况下调理输出，一起开关频率改变相对很小。
3.选用频率操控，上下管的占空比都为50%.
4.减小次级同步整流MOSFET的电压应力，可以选用更低的电压MOSFET然后削减本钱。
5.无需输出电感，可以进一步下降体系本钱。
6.选用更低电压的同步整流MOSFET， 可以进一步提高功率。
3.LLC 电路的根本结构以及作业原理
图1和图2分别给出了LLC谐振变换器的典型线路和作业波形。如图1所示LLC转化器包含两个功率MOSFET(Q1和Q2)，其占空比都为0.5;谐振电容Cr，副边匝数持平的中心抽头变压器Tr，等效电感Lr，励磁电感Lm，全波整流二极管D1和D2以及输出电容Co。
图1 LLC谐振变换器的典型线路
图2 LLC谐振变换器的作业波形
而LLC有两个谐振频率，Cr， Lr 决议谐振频率fr1; 而Lm， Lr， Cr决议谐振频率fr2。
体系的负载改变时会构成体系作业频率的改变，当负载添加时， MOSFET开关频率减小， 当负载减小时，开关频率增大。
3.1 LLC谐振变换器的作业时序
LLC变换器的稳态作业原理如下。
1)〔t1，t2〕
Q1关断，Q2注册，电感Lr和Cr进行谐振，次级D1关断，D2注册，二极管D1约为两倍输出电压，此刻能量从Cr， Lr转化至次级。直到Q2关断。
2)〔t2，t3〕
Q1和Q2一起关断，此刻处于死区时刻， 此刻电感Lr， Lm电流给Q2的输出电容充电，给Q1的输出电容放电直到Q2输出电容的电压等于Vin.
次级D1和D2关断 Vd1=Vd2=0， 当Q1注册时该相位完毕。
3)〔t3，t4〕
Q1导通，Q2关断。D1导通， D2关断， 此刻Vd2=2Vout
Cr和Lr谐振在fr1， 此刻Ls的电流经过Q1返回到Vin，直到Lr的电流为零次相位完毕。
4)〔t4，t5〕
Q1导通， Q2关断， D1导通， D2关断，Vd2=2Vout
Cr和Lr谐振在fr1， Lr的电流反向经过Q1流回功率地。 能量从输入转化到次级，直到Q1关断该相位完毕
5)〔t5，t6)
Q1，Q2一起关断， D1，D2关断， 原边电流I(Lr+Lm)给Q1的Coss充电， 给Coss2放电， 直到Q2的Coss电压为零。 此刻Q2二极管开端导通。 Q2注册时相位完毕。
6)〔t6，t7〕
Q1关断，Q2导通，D1关断， D2 注册，Cr和Ls谐振在频率fr1， Lr 电流经Q2回到地。 当Lr电流为零时相位完毕。
3.2 LLC谐振转化器反常情况剖析
以上描绘都是LLC作业在谐振形式， 接下来咱们剖析LLC转化器在启机， 短路， 动态负载下的作业情况。
3.2.1 启机情况剖析
经过LLC 仿真咱们得到如图3所示的波形，在启机榜首个开关周期，上下管会一起呈现一个时刻短的峰值电流Ids1 和Ids2. 由于MOSFET Q1注册时会给下管Q2的输出电容Coss充电，当Vds为高电平时充电完毕。而峰值电流Ids1和Ids2也正是由于Vin经过MOSFET Q1 给Q2 结电容Coss的充电而发生。
图3 LLC 仿真波形
咱们将焦点放在第二个开关周期时如图4，咱们发现此刻也会呈现跟榜首个开关周期相似的尖峰电流，并且峰值会更高，一起MOSFET Q2 Vds也呈现一个很高的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? 咱们来做进一步的研讨。
图4 第二个开关周期波形图
对MOSFET结构有必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别二极管，跟一般二极管相同在截止进程中都需求中和载流子才干反向康复， 而只要二极管两头加上反向电压才干够使这个反向康复快速完结， 而反向康复所需的能量跟二极管的电荷量Qrr相关， 而体二极管的反向康复相同需求在体二极管两头加上一个反向电压。在启机时加在二极管两头的电压Vd=Id2 x Ron. 而Id2在启机时简直为零，而二极管在Vd较低时需求很长的时刻来进行反向康复。假如死区时刻设置不行，如图5所示高的dv/dt会直接触发MOSFET内的BJT然后击穿MOSFET.
图5
经过实践的测验，咱们可以重复到相似的波形，第二个开关周期发生远比榜首个开关周期高的峰值电流，一起当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在启机时存在危险。
图6
3.2.2 反常情况剖析
下面咱们持续剖析在负载剧烈改变时，对LLC拓扑来说存在那些潜在的危险。
在负载剧烈改变时，如短路，动态负载等情况时，LLC电路的要害器材MOSFET相同也面对着应战。
一般负载改变时LLC 都会阅历以下3个情况。咱们称之为硬关断， 而右图中咱们可以比较在这3个时序傍边，传统MOSFET和CoolMOS内部载流子改变的不同， 以及对MOSFET带来的危险。
(点击图片可查看大图)
时序1，Q2零电压注册，反向电流经过MOSFET和体二极管，此刻次级二极管D2注册，D1关段。
-传统MOSFET此刻电子电流经沟道区，然后削减空穴数量
-CoolMOS此刻同传统MOSFET相同电子电流经沟道，穴削减，不同的是此刻CoolMOS 的P井结构开端树立。
时序2，Q1和Q2一起关断，反向电流经过MOSFETQ2体二极管。
Q1和Q2关断时关于传统MOSFET和CoolMOS来说内部电子和空穴途径和流向并没有太大的差异。
时序3，Q1此刻开端导通，由于负载的改变，此刻MOSFET Q2的体二极管需求很长的时刻来反向康复。当二极管反向康复没有完结时MOSFET Q2呈现硬关断， 此刻Q1注册，加在Q2体二极管上的电压会在二极管构成一个大电流然后触发MOSFET内部的BJT构成雪崩。
-传统MOSFET此刻载流子抽出，此刻电子集合在PN节周围， 空穴电流拥堵在PN节边际。
-CoolMOS的电子电流和空穴电流各行其道， 此刻空穴电流在已树立好的P井结构中活动，并无电子拥堵现象。
综上， 当LLC电路呈现过载，短路，动态负载等条件下， 一旦二极管在死区时刻不能及时反向康复， 发生的巨大的复合电流会触发MOSFET内部的BJT使MOSFET失效。
有的 CoolMOS选用Super Juction结构， 这种结构在MOSFET硬关断的情况下， 载流子会沿笔直构建的P井中复合， 根本上没有侧向电流， 大大削减触发BJT的时机。
4.怎么更简单完结ZVS
经过以上的剖析，可以看到添加MOSFET的死区时刻，可以供给满意的二极管反向康复时刻一起下降高dv/dt， di/dt 对LLC电路构成的危险。可是添加死区时刻是仅有的挑选么?下面咱们进一步剖析怎么够下降危险提高体系功率。
图7
关于LLC 电路来说死区时刻的初始电流为
而LLC可以完结ZVS有必要满意
而最小励磁电感为
依据以上3个等式，咱们可以经过以下三种方法让LLC完结ZVS.
榜首， 添加Ipk.
第二， 添加死区时刻。
第三， 减小等效电容Ceq即Coss.
从以上几种情况，咱们不难剖分出。添加Ipk会添加电感尺度以及本钱，添加死区时刻会下降正常作业时的电压，而最好的挑选无疑是减小Coss，由于减小无须对电路做任何调整，只需求换上一个Coss相对较小MOSFET即可。
5.定论
LLC 拓扑广泛的应用于各种开关电源傍边，而这种拓扑在提高功率的一起也对MOSFET提出了新的要求。不同于硬开关拓扑，软开关LLC谐振拓扑，不只仅对MOSFET的导通电阻(导通损耗)，Qg(开关损耗)有要求，一起关于怎么可以有用的完结软开关，怎么下降失功率，提高体系可靠性，下降体系的本钱有更高的要求。CoolMOS，具有快速的体二极管，低Coss，有的可高达650V的击穿电压，使LLC拓扑开关电源具有更高的功率和可靠性。
