交付壓力千千萬，測試參與一大半

短路沒測任我行，短路一測我不行

開關管作為LLC最重要的組成硬件，需要在導通時流過較大脈沖電流，所以必須確保它在沒有任何損壞風險的情況下工作。那么為了確保開關管的可靠性，就需要在進行開關管選型時，因地制宜地考慮它能承受的最大脈沖電流、SOA區(qū)域以及體二極管性能。選型之所以要考慮體二極管，是因為在短路時也會有很大電流從體二極管流過，特別是短路后進入到容性區(qū)域工作，如果體二極管的反向恢復性能較差，就會存在反向恢復所產(chǎn)生的電壓應力問題，可能會導致“炸雞”。

圖1是開機后短路測試時的開關管失效電流波形。Y軸是每20A一格，在短路后，電流波形左起在第5個周期處已經(jīng)接近到40A，最后一個波形處先負25A后正40A的電流流過開關管，在不到5us內，流過開關管的電流高達70A，因為電流過大而導致開關管的損壞。所以在考慮開關管選型時，需要了解當短路發(fā)生時，開關管需要承受的短時間最大脈沖電流，以及容區(qū)工作時反向恢復的問題。

諧振電感相信大家都不陌生，一般情況下，它是采用鐵氧體材質的磁芯加入氣隙來繞線制成電感來進行使用，要求鐵氧體磁芯的磁通密度在極限時不超出0.36T?？紤]到短路時諧振電流可能要比正常工作時的電流大2倍多，因此建議在穩(wěn)態(tài)工作時磁芯的磁通密度不要高于0.18T，為過流和短路時留出足夠的安全余量。另外還有一種流行的設計方法是，使用粉芯材質（高頻低損耗類型的磁粉芯材料）來做諧振電感，這樣氣隙分散，也有利于散熱處理。由于磁粉芯材質的磁通飽和密度較之鐵氧體材質會大很多，因此在過流和短路工況時，使用磁粉芯制成的電感會比鐵氧體材質的電感在系統(tǒng)上具有更高的可靠性。

曾經(jīng)某一位茂睿芯工程師在做短路測試時，出現(xiàn)流過電感的電流達到70A，而且控制器的開關頻率已經(jīng)在快速拉升，正常情況下電流應該得到控制，但是實際測試發(fā)現(xiàn)諧振電流在5個開關周期已經(jīng)爬升至70A，最后發(fā)現(xiàn)這是由于諧振電感飽和而引起。即使控制器在努力提升頻率加大諧振腔的阻抗，但諧振電感已經(jīng)飽和而不再具有電感特性，也就不能阻礙流過的電流。所以在設計諧振電感時，需要仔細考慮短路時諧振電感飽和的問題，避免“炸雞”。

圖2是茂睿芯MK2189內部功能框圖，其中Isen引腳內部有兩個比較器用作過流和短路保護，SS引腳內部有120Ω電阻為CSS電容放電，在過流和短路保護策略中主要是使用這兩個引腳的功能。

（圖2?MK2189功能框圖）

控制器的Isen引腳持續(xù)監(jiān)測諧振電流平均值，它的保護策略是每當該引腳的電壓高于0.8V時，SS引腳內部會使用120Ω電阻為CSS電容放電，讓CSS的電壓開始下降，同時軟起動頻率設定電阻RSS同步拉RF引腳電流，使開關頻率提升起來。此時諧振腔因為開關頻率的拉升而阻抗變大，從而使得整個諧振腔的電流得到降低，直到CS引腳的電壓低于0.75V后SS引腳停止為CSS電容放電，系統(tǒng)工作頻率恢復到由反饋控制。?除此以外，為了防止繞組短路或次級整流開關失效，Isen引腳電壓會快速爬升至1.5V以上使控制器直接關閉PWM輸出，進入到故障重啟流程從而避免“炸雞”。

（圖3?電流采樣原理圖）

在實際應用工程中，往往是通過感測諧振電容電壓從而提取諧振電流信號，之后再將其使用低通濾波得到諧振電流平均值。那么會出現(xiàn)兩種情況，第一種是濾波器的時間常數(shù)太慢會導致過流保護響應不及時，而另一種則是太快又容易被浪涌電流觸發(fā)導致輸出電壓不穩(wěn)。關于這個濾波器時間常數(shù)的設計經(jīng)驗值參考從短路開始到第4~6個開關周期后控器能夠執(zhí)行過流或短路保護即可。

（圖4?短路保護時諧振電流波形圖）

圖4是短路保護測試時的一個波形圖，可以看到從短路發(fā)生到電流受到控制共耗時5個開關周期，用時約50us，電流最大值為33.6A（屬于26NM60DM2的可靠工作區(qū)域）。這種直接低阻抗短接輸出正負還不算是LLC短路測試時最嚴峻的情況，更惡劣的情況是使輸出正負處于短路和非短路之間跳火的狀態(tài)（比如使用銼刀摩擦正負端子），這相當于在挑戰(zhàn)電流低通濾波器、控制器、開關管、諧振電感和輸出整流器的可靠運行區(qū)域，在此種情況下短路保護依然能可靠執(zhí)行，那該電源的設計即使在短路工況下也不會“炸雞”。

以上3點關于LLC短路測試的解決方法希望能給到工程師們一些啟示，同時歡迎大家批評指正，一起溝通行業(yè)相關知識，共同進步！

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