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图 1 全桥LLC主功率电路
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图 2 中心对称发波原理
在调宽状态当占空比较小的时候,由图 2可知调宽桥臂MOS管Sa和Sb的驱动信号有很长一段时间处于低电平,谐振电流只能流过MOS管的体二极管。一旦谐振电流衰减到0,体二极管就进入反向恢复状态,漏源电压Vds上升(在占空比较小的情况下,Vds可上升到PFC母线电压),此MOS管失去0电压开通条件,见下图的异常波形。
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图 3 硬开通工作状态(Vout=5.6V/Io=238A)
这样调宽桥臂MOS管的开关损耗就增加了两部分损耗:反向恢复损耗和硬开通损耗。以12V3000W模块中使用的MOS管INFINEON IPW65R080CFD为例,假设开关频率为220kHz,则增加的开关耗有以下三部分组成,如此大的开关损耗将会使MOS管过热损坏。
1.反向恢复损耗:UPFC*Qrr*fs (手册中给出Qrr=1uC,实际IF和dIF/dt都小于手册数值,即便按照Qrr=0.1uC这部分损耗也有8.8W)
2.MOS管外并电容引起开通损耗:100pF*(400V)2*220kHz=3.52W
3. MOS管的Coss引起开通损耗: 135pF*(400V)2*220kHz=4.05W
为防止以上硬开通现象的发生,可在MOS管的体二极管反向恢复之前就发出开通信号将其沟道导通,即将调宽桥臂驱动信号的上升沿往前移,移至另外一开关管驱动信号的下降沿处(忽略死区时间),这等效为移相发波,见下图,调宽桥臂为超前桥臂,调频桥臂为滞后桥臂。
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图 4 调宽桥臂的对称发波前沿往前移动(等效为移相发波)
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图5 (a)对称发波实验波形
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图5 (b)移相发波实验波形
图 5 计算占空比为35%时两种发波方式的工作波形(Vbus=320V,Io=100A)
上图是进入调宽态以后两种发波方式的对比情况:在计算占空比为35%时对称发波工作在硬开关状态,见(a)图,此时管子的温度急剧飙升,只能手动关机以保护模块,而移相发波仍然工作在零电压开通状态,MOS管的温度只有40摄氏度。
可见,在输出电流较大的情况下,移相发波能够很好的解决由于占空比太小而出现的过热问题(注:在低压轻载工作状态下,实际的占空比进一步减小,甚至接近于0,这就造成励磁电流的峰值太小,在死区时间内MOS管Coss的电荷无法被抽走,MOS管出现硬开通。这种硬开通是无法通过移相发波方式解决的)。