技術洞察 | 在 LLC 轉換器中使用氮化鎵開關，益處多多

來源: 英飛凌官方微信

本文作者 Dr. Gökhan Sen, Milko Paolucci, Sriram Jagannath

在初級側採用氮化鎵開關以實現更高的頻率已被業界廣泛接受。在 LLC 轉換器中使用氮化鎵（GaN）開關的好處包括：較低的輸出電荷（Q_oss），可降低零壓開關（ZVS）所需的迴圈電流較低的柵極電荷（Q），可降低柵極驅動損耗較高的開關速度可降低較高開關頻率下的占空比損耗。除此之外，氮化鎵開關還具有其他已知特性，如單位面積導通電阻（R_DS(on)）更低、無反向恢復（Q_rr）等。

迄今為止，儘管 MOSFET 的 Q_g相關損耗比 GaN 高，但它通常作為 LLC 轉換器的同步整流器（SR）出現在次級側。另一方面，研究表明，次級開關的高輸出電容（C_oss）會增加初級開關節點的等效電容（如變壓器寄生（繞組間）電容），從而使 ZVS 需要更高的峰值磁化電流（i_Lm）。由於環流增加，初級側的有效值電流也隨之增加。同樣，在空載或極輕載條件下，LLC 的諧振腔行為也會因高頻次級諧振而發生變化。這是因為 SR C_oss 和變壓器寄生使負載特性從電阻性變為電容性，尤其是在空載時。這種變化導致 LLC 的電容增益隨著頻率的增加而意外增加，通過限制最大開關頻率和/或要求使用假負載作為最小負載，使空載調節變得十分困難。

在本文中，我們將證明在次級側使用氮化鎵開關可以：

• 提高轉換器效率

• 提高初級開關的 ZVS 性能

• 促進低負載時的電壓調節

• 由於沒有Q_rr，減少了高於諧振情況下的損耗

LLC 轉換器拓撲因其高效率、零電壓開關能力和更好的EMI性能而被廣泛應用於許多領域。另一方面，為了不偏離 LLC 的最佳工作點（即諧振工作點），需要考慮一些設計挑戰。其中一些挑戰是由拓撲結構的性質造成的，如在寬電壓範圍內工作，而其他挑戰，如帶有迴圈電流的初級 ZVS 和輕載調節，則可以通過選擇具有更好 FOMQ_oss（Q_oss相關功耗係數）的開關來改善。

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