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用GaN做LLC,谐振电流波形异常,出现炸机

半桥LLC谐振变换器,副边用全波整流。额定参数:输入400V,输出48V,谐振频率200KHZ,功率400W,励磁电感190uH,谐振电感16.6uH(考虑变压器漏感4.6uH),谐振电容38nF,死区80nS;

保持负载电流为1A,开环定频工作,逐渐增大输入电压,输入电压为100V时,波形如图1,驱动波形和管子DS端电压没有震荡,谐振电流波形基本正常;

输入电压增大到200V,驱动波形和管子DS端电压仍然没有震荡,但谐振电流波形出现明显不规则现象;继续增大输入电压,谐振电流波形不规则更加明显,出现炸机。

用mosfet做测试,实验结果基本正常,换用GAN测试,出现这些问题,第一次用GAN ,求大侠们赐教。

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2019-06-04 10:51

比较高大上,没用过GaN,给出的这些信息不错。

看你的波形图,比较符合一种情况,就是这颗GaN的内部没有并联的二极管或并联的二极管能力不足。具体要看这个GaN的型号。

外面另外再并联一颗快恢复二极管就没问题了。需要一个续流通道。

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2019-06-04 11:07
@米山人家
比较高大上,没用过GaN,给出的这些信息不错。看你的波形图,比较符合一种情况,就是这颗GaN的内部没有并联的二极管或并联的二极管能力不足。具体要看这个GaN的型号。外面另外再并联一颗快恢复二极管就没问题了。需要一个续流通道。
谢谢您的意见,用的是GaN systems公司的GS66502B管子,管子内部没有反并二极管,没有反向回复,但具有二极管特性。
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shao456
LV.6
4
2019-06-04 12:58
@白白白白
谢谢您的意见,用的是GaNsystems公司的GS66502B管子,管子内部没有反并二极管,没有反向回复,但具有二极管特性。
驱动电压有负的吗
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2019-06-04 14:17
@shao456
驱动电压有负的吗
没有用负压,正电压6.1V,应该不是上下桥臂直通吧,总感觉谐振电流波形的变化很怪异。
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shao456
LV.6
6
2019-06-04 15:13
@白白白白
没有用负压,正电压6.1V,应该不是上下桥臂直通吧,总感觉谐振电流波形的变化很怪异。

1、LLC拓扑需要MOS管在关断期间由二极管来续流,否则无法实现ZVS,氮化镓MOS没有体二极管,故要外接二极管

2、我看你的死区好像有点小,是否经过计算验证?

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2019-06-04 15:46
@shao456
1、LLC拓扑需要MOS管在关断期间由二极管来续流,否则无法实现ZVS,氮化镓MOS没有体二极管,故要外接二极管2、我看你的死区好像有点小,是否经过计算验证?

GAN没有体二极管,但在死区时间内,由于GAN自身的二极管特性,是可以实现续流的;

死区时间之前用的是120nS,后来改成80nS,两个死区时间都能实现ZVS,且现象一样,应该不是这个问题吧。

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shao456
LV.6
8
2019-06-04 15:55
@白白白白
GAN没有体二极管,但在死区时间内,由于GAN自身的二极管特性,是可以实现续流的;死区时间之前用的是120nS,后来改成80nS,两个死区时间都能实现ZVS,且现象一样,应该不是这个问题吧。
死区时间:要保证在最大输入电压、空载下,LLC可实现ZVS,低压输入时实现ZVS不一定高压时也ZVS,建议先调大,最后没有问题再回调。
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2019-06-04 16:06
@shao456
死区时间:要保证在最大输入电压、空载下,LLC可实现ZVS,低压输入时实现ZVS不一定高压时也ZVS,建议先调大,最后没有问题再回调。
之前用mosfet做测试的时候,死区时间为120nS时,400V输入,1A负载电流时是可以实现ZVS的,换用GAN之后,实验现象同文首描述一样
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2019-06-05 10:51
@白白白白
之前用mosfet做测试的时候,死区时间为120nS时,400V输入,1A负载电流时是可以实现ZVS的,换用GAN之后,实验现象同文首描述一样

楼主的GS和DS波形有重叠,不能完全算ZVS,

建议把死区时间调大

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shao456
LV.6
11
2019-06-05 11:11
同样的电路,用MOS做没有问题,换成GaN就不行了吗?其他有没有不一样的?
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yujunice
LV.5
12
2019-06-05 11:40
@shao456
同样的电路,用MOS做没有问题,换成GaN就不行了吗?其他有没有不一样的?

死区时间之前用的是120nS,后来改成80nS,两个死区时间都能实现ZVS,且现象一样,应该不是这个问题吧。GAN没有体二极管,但在死区时间内,由于GAN自身的二极管特性,是可以实现续流的;

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2019-06-05 15:44
@水乡电源
楼主的GS和DS波形有重叠,不能完全算ZVS,建议把死区时间调大
第一张图里100V输入时有轻微的重叠,再第二张图里200V输入时就完全实现了ZVS的,这两张图死区是80nS;之前测试过死区120nS的,结果一样,炸机
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2019-06-05 16:00
@shao456
同样的电路,用MOS做没有问题,换成GaN就不行了吗?其他有没有不一样的?

是的,用mosfet做测试,实验结果基本正常,最高效率95.7%,满载效率95.2%;但是谐振电流波形有一点尖峰,(这个应该是变压器的寄生电容引起的,之前尖峰更严重,改进过绕组结构后,好多了,如图为mosfet测试,半载时的谐振电流波形)

附上GaN的驱动电路图,以供参考:

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shao456
LV.6
15
2019-06-05 16:49
@白白白白
是的,用mosfet做测试,实验结果基本正常,最高效率95.7%,满载效率95.2%;但是谐振电流波形有一点尖峰,(这个应该是变压器的寄生电容引起的,之前尖峰更严重,改进过绕组结构后,好多了,如图为mosfet测试,半载时的谐振电流波形)[图片]附上GaN的驱动电路图,以供参考:[图片]
GaN的器件我没有用过,建议同时观测同一MOS的Vgs和Ids波形,要确定没有进入容性区,我看你的谐振电容的相位好像不太对。
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2019-06-05 17:33
@shao456
GaN的器件我没有用过,建议同时观测同一MOS的Vgs和Ids波形,要确定没有进入容性区,我看你的谐振电容的相位好像不太对。
好的,我验证下
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2019-06-14 14:08
@shao456
GaN的器件我没有用过,建议同时观测同一MOS的Vgs和Ids波形,要确定没有进入容性区,我看你的谐振电容的相位好像不太对。
我觉得已经进入容性区,现在图形看开关频率--低于谐振频率,你把频率调高一点试试。
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傲然
LV.1
18
2019-11-21 00:15
死区时间过小120ns比较合适,还有就是你的GAN器件没有设计负压关断
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傲然
LV.1
19
2019-11-21 00:25
还有就是你的谐振参数匹配的不是很合理。GAN器件GS放电电阻选10K太大,建议3.3K。感觉谐振参数匹配的不是很合适。我近期刚做完这个基于GAN半桥的一个比赛,基本要求和你的电路基本一样。
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EWARD
LV.1
20
2020-03-09 10:43
版主,问题有解决吗?我也遇到同样的问题,我的在100V都有异常,有人给我的建议:重新布线和谐振腔设计不合理。版主的问题解决了吗?
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