【MOSFET应用】LLC电路中的MOSFET-KIA MOS管

不同于PFC和Flyback等电路（对MOSFET体二极管没有要求），因为LLC电路工作过程中，MOSFET的体二极管要参与大电流的过程，因此LLC电路中的MOSFET对体二极管参数有了很高的要求。

以下部分对于LLC工作过程中MOSFET的波形进行进一步分析，更对容易失效的问题点进行研究。

上面的图给出了启动时功率MOSFET前五个开关波形。在变换器启动开始前，谐振电容和输出电容刚好完全放电。与正常工作状况相比，在启动过程中，这些空电容会使低端开关Q2的体二极管深度导通。

因此流经开关Q2体二极管的反向恢复电流非常高，致使当高端开关Q1导通时足够引起直通问题。启动状态下，在体二极管反向恢复时，非常可能发生功率MOSFET的潜在失效。

下图给出了可能出现潜在器件失效的工作模式。在t0~t1时段，谐振电感电流Ir变为正。由于MOSFET Q1处于导通状态，谐振电感电流流过MOSFET Q1 沟道。当Ir开始上升时，次级二极管D1导通。

因此，式3给出了谐振电感电流Ir的上升斜率。因为启动时vc(t)和vo(t)为零，所有的输入电压都施加到谐振电感Lr的两端。这使得谐振电流剧增。

在t1~ t2时段，MOSFET Q1门极驱动信号关断，谐振电感电流开始流经MOSFET Q2的体二极管，为MOSFET Q2产生ZVS条件。这种模式下应该给MOSFET Q2施门极信号。

由于谐振电流的剧增，MOSFET Q2体二极管中的电流比正常工作状况下大很多。导致了MOSFET Q2的P-N结上存储更多电荷。

在t2~t3时段，MOSFET Q2施加门极信号，在t0~t1时段剧增的谐振电流流经MOSFET Q2沟道。由于二极管D1依然导通， 该时段内谐振电感的电压为：

该电压使得谐振电流ir(t)下降。然而，

很小，并不足以在这个时间段内使电流反向。在t3时刻，MOSFET Q2电流依然从源极流向漏极。另外，MOSFET Q2的体二极管不会恢复，因为漏源极之间没有反向电压。

下式给出了谐振电感电流Ir的上升斜率：

在t3~t4时段，谐振电感电流经MOSFET Q2体二极管续流。尽管电流不大，但依然给MOSFET Q2的P-N结增加储存电荷。

在t4~t5时段，MOSFET Q1通道导通，流过非常大的直通电流，该电流由MOSFET Q2体二极管的反向恢复电流引起。这不是偶然的直通，因为高、低端MOSFET正常施加了门极信号；如同直通电流一样，它会影响到该开关电源。

这会产生很大的反向恢复dv/dt，有时会击穿MOSFET Q2。这样就会导致MOSFET失效，并且当采用的MOSFET体二极管的反向恢复特性较差时，这种失效机理将会更加严重。

体二极管反向恢复dv/dt

二极管由通态到反向阻断状态的开关过程称为反向恢复。图片给出了MOSFET体二极管反向恢复的波形。首先体二极管正向导通，持续一段时间。这个时段中，二极管P-N结积累电荷。

当反向电压加到二极管两端时，释放储存的电荷，回到阻断状态。释放储存电荷时会出现以下两种现象：流过一个大的反向电流和重构。在该过程中，大的反向恢复电流流过MOSFET的体二极管，是因为MOSFET的导通沟道已经切断。

一些反向恢复电流从N+源下流过。这就造成两个问题，一个是冲击电流过大，超过MOSFET承受能力，一个是形成热点，反复发热超过结温，最终造成MOSFET击穿损坏。

从中可以看出，LLC电路中MOSFET参数要求主要有以下几点：

体二极管的反向恢复时间必须足够短，足够快。

体二极管必须足够强壮，与MOS的导通电流能力要一致。

MOSFET的电荷值要控制在合适的范围内。

要进一步和MOSFET厂家确认是否可以用在LLC电路中。

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