半桥LLC电路中模块损耗的影响

半桥电路上下桥臂的死区时间定为190nS，这个时间和LLC电路功率管的ZVS工作状态，功率管驱动的可靠性密切相关，同时也影响谐振电流大小和模块整机效率 。对于LLC电路，我们将额定工作点设置在谐振点附近，通过实现功率管的ZVS开通和输出二极管的零反向恢复来实现模块的高效率。为了满足ZVS条件，死区时间必须满足：

其中：

输入母线电压，

：功率管漏源极间电容，

为励磁电流。

而输出电压和变压器匝比确定时，励磁电流的大小由谐振频率和励磁电感决定：

Tr为谐振周期，因此我们可以得出LLC对称半桥上下管死区时间和励磁电感，谐振频率的关系：

LLC的参数设计过程中，如果增大励磁电感Lm，可以减少功率管的关断电流，从而减少其关断损耗，如果不考虑桥臂的死区时间，我们认为模块流过谐振电感和变压器原边的谐振都是减少的。但是如果考虑死区时间对功率管和输出二极管有效导通时间的影响，当死区时间td增大时，有效的占空比会减少，在输出负载相同的情况下，流过输出二极管的电流和谐振电感和变压器传能部分的电流

将增大，所以励磁电流和传能电流

是矛盾的，其有效值近似为：

图9 死区影响和励磁电流，谐振电流示意图

当LLC电路的谐振参数确定时，励磁电流就确定了，在满足公式1的情况下，考虑上下管的驱动特性偏差和驱动电路的延时偏差，保证功率管可靠性的前提下，我们应该尽可能减少死区时间。对于具体参数的模块：

其中

取20N60C3漏源电压VDS为50～200VDC时的近似值（150nF）和旁边并联电容220nF的和。从计算的结果看现在的死区时间190nS裕量很大，可以适当的减少，当190nS的死区时间时，54V/1000W，通过计算可得到谐振电流为：

而当死区时间改为120nS时， 谐振电流为6.528A

以80℃结温计算，两个功率管的损耗相差：

变压器的原副边电流，以及流过输出二极管的电流没找到合适的公式计算，但是通过仿真可以得到两个死区时间190nS和120nS时，变压器原边电流分别为5.6728A和5.6486A，变压器副边电流分别为：20.8A和20.7A，损耗相差很少，另外死区时间减少对功率管反向恢复电流也会有改善。

所以从计算结果看，死区时间由190nS减少到120nS对效率的改善比较小，约减少1W损耗，实际效果由测试结果进行验证。

当死区时间为190nS，测试模块的输出电压48～58V，负载在大于150W时，模块都工作ZVS状态，42V时要大于200W以上才可能实现ZVS如下图所示（在调频状态，上下管的ZVS状态近似）

图10 54V/100W上管导通

图11 54V/150W上管导通

如果死区改成120nS，测试到的上管开通波形如下图所示，功率要大于200W才能完全实现ZVS开通

图12 54V/100W上管导通

图13 54V/200W上管导通

从测试的结果看，死区时间从190nS减少到120nS，模块实现ZVS会有影响，轻载200W以下功率管的关断电压会高，功率管漏源极的电压拖尾，无法完全关断，在驱动上可以测试到一个电压平台。

我们对死区改动前后模块效率进行对比，测试到的结果如下表。

表2 死区190nS效率测试结果

表3 死区120nS效率测试结果

图14 死区优化效率对比

从测试的结果看，死区减少到120nS，模块的效率约提高了0.1％～0.15％，这和计算的结果是吻合的。