02半橋LLC電路死區的選擇經驗之模塊損耗的影響

半橋電路上下橋臂的死區時間定為190nS，這個時間和LLC電路功率管的ZVS工作狀態，功率管驅動的可靠性密切相關，同時也影響諧振電流大小和模塊整機效率 。對於LLC電路，我們將額定工作點設置在諧振點附近，通過實現功率管的ZVS開通和輸出二極體的零反向恢復來實現模塊的高效率。為了滿足ZVS條件，死區時間必須滿足：

其中：輸入母線電壓，：功率管漏源極間電容，為勵磁電流。

而輸出電壓和變壓器匝比確定時，勵磁電流的大小由諧振頻率和勵磁電感決定：

Tr為諧振周期，因此我們可以得出LLC對稱半橋上下管死區時間和勵磁電感，諧振頻率的關係：

LLC的參數設計過程中，如果增大勵磁電感Lm，可以減少功率管的關斷電流，從而減少其關斷損耗，如果不考慮橋臂的死區時間，我們認為模塊流過諧振電感和變壓器原邊的諧振都是減少的。但是如果考慮死區時間對功率管和輸出二極體有效導通時間的影響，當死區時間td增大時，有效的占空比會減少，在輸出負載相同的情況下，流過輸出二極體的電流和諧振電感和變壓器傳能部分的電流將增大，所以勵磁電流和傳能電流是矛盾的，其有效值近似為：

當LLC電路的諧振參數確定時，勵磁電流就確定了，在滿足公式1的情況下，考慮上下管的驅動特性偏差和驅動電路的延時偏差，保證功率管可靠性的前提下，我們應該儘可能減少死區時間。對於具體參數的模塊：

其中取20N60C3漏源電壓VDS為50～200VDC時的近似值（150nF）和旁邊並聯電容220nF的和。從計算的結果看現在的死區時間190nS裕量很大，可以適當的減少，當190nS的死區時間時，54V/1000W，通過計算可得到諧振電流為：

而當死區時間改為120nS時， 諧振電流為6.528A

以80℃結溫計算，兩個功率管的損耗相差：

變壓器的原副邊電流，以及流過輸出二極體的電流沒找到合適的公式計算，但是通過仿真可以得到兩個死區時間190nS和120nS時，變壓器原邊電流分別為5.6728A和5.6486A，變壓器副邊電流分別為：20.8A和20.7A，損耗相差很少，另外死區時間減少對功率管反向恢復電流也會有改善。

所以從計算結果看，死區時間由190nS減少到120nS對效率的改善比較小，約減少1W損耗，實際效果由測試結果進行驗證。

當死區時間為190nS，測試模塊的輸出電壓48～58V，負載在大於150W時，模塊都工作ZVS狀態，42V時要大於200W以上才可能實現ZVS如下圖所示（在調頻狀態，上下管的ZVS狀態近似）

如果死區改成120nS，測試到的上管開通波形如下圖所示，功率要大於200W才能完全實現ZVS開通

從測試的結果看，死區時間從190nS減少到120nS，模塊實現ZVS會有影響，輕載200W以下功率管的關斷電壓會高，功率管漏源極的電壓拖尾，無法完全關斷，在驅動上可以測試到一個電壓平台。

我們對死區改動前後模塊效率進行對比，測試到的結果如下表。

表2 死區190nS效率測試結果

表3 死區120nS效率測試結果

從測試的結果看，死區減少到120nS，模塊的效率約提高了0.1％～0.15％，這和計算的結果是吻合的。

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