經過昨天短路保護的理論分析，實現可靠的短路保護的條件有：

1、管子的SOA工作區域

2、快速拉升頻率

3、副邊恒流環動作

下面是我實際的測試和分析：

第一部分 管子的SOA工作區域

管子能在短時間內扛住較大的脈沖電流，且不能損壞。這對選擇MOSFET時，需要對SOA區域和最大的脈沖電流有一定的考慮。當然，講到這里。就需要考慮管子的體二極管性能，在短路時的作用。在短路時，不僅僅溝道流過了較大的電流，而且電流也會從體二極管流過。如果體二極管的恢復性能較差，那么在30A左右的電流流過體二極管時，引起體二極管反向恢復的問題，則會表現出非常高的電壓應力，可能會因為電壓高于管子耐壓而損壞。可以看下圖1中，短路時流過管子的波形：

（圖一）

紫色波形為流過管子的電流，其正向部分是流過電流的正弦部分。但是也可以注意到，負向的電流是從體二極管流過的。

（圖二）

這是帶滿負載啟機時，開機瞬間，前面幾個電流波形。可以看到在剛開機時，流過體二極管的電流是非常大的，如果體二極管性能較差，可能會在啟機時引起反向恢復的應力問題。

下面這個是在啟機后短路，管子失效時的電流波形。對比上面5A一格不同，下面是20A一格，可以看到在短路后，電流波形在第5個周期處，已經高到40A。而且巨大的di/dt電流變化，在最后一個波形處。有25A左右的電流流過體二極管，然后又有40A的電流流過溝道，在2us內，流過管子的電流高到50A，到這里，管子基本就處于可能因為過電流太大而損壞了。

（圖三 短路測試時，MOS的失效電流）

可以從波形上看到，因為體二極管流過電流也有20A左右的電流峰值，只是抓圖是紫色和黑色背景對比起來看的不太清楚。我后面使用了ST的 26NM60N這個管子它的體二極管性能在實際測試中相對不錯，下面是體二極管的資料。

我使用英飛凌的IPP5R028的管子，在短路測試中總是會失效，而使用ST的26NM60N就會更扛得住一些，現在我要對比一下兩個管子的一些資料。這個管子導通阻抗只有199m歐，雖然和26NM60N的導通阻抗差不多，但是它并不太適合用在LLC上。特別是脈沖電流峰值，允許的值比較小。ID在25°時只有17A，脈沖電流峰值只有40A。

體二極管的性能：

這個管子只能扛到40A，雖然反向恢復時間都在340ns，而且Qrr和恢復電流峰值都要小于26NM60N，但是因為是Coolmos可能因為結構上的問題晶圓體積小，這個管子不太適合做LLC這樣的應用。因為短路電流很大時，這個管子可能會頂不住。

看SOA區域的對比，就可以看到26NM60N比這個管子強壯的多，這也解釋了為什么在短路測試時這個管子會很容易掛的原因。

下圖是ST 26NM60N的SOA資料，可以看出僅僅從抗脈沖電流上就能解釋炸雞的原因。

第二部分 控制IC要在短路時，能更快的拉升開關頻率。

上圖是控制IC在過流保護時的控制邏輯圖，當CS的電壓高于0.8V，SS引腳內部會導通一個電阻，讓SS引腳以固定的電流接地流入GND。通常在Freq引腳上引一個電阻到SS引腳，也就是當CS電壓高于0.8V后。SS開始以一個電流拉Freq，此時流出FREQ引腳的電流加大，則開關頻率快速提升。CS到電壓了0.9V，就以更快的電流放電。使開關頻率提升的更快，此時電源會處于打嗝重啟的狀態。直到VCS的電壓低于0.75V，則工作正常。 為了防止變壓器飽和炸管，VCS電壓高于1.6V，IC會鎖機，重啟VCC電壓才會解除故障。

在這個項目上，原邊使用的過流保護原理圖如上圖所示。主要是感測諧振電容上的電壓，在短路時諧振電容電壓會提升的非常快，只要CS電壓高于0.8V，就開始拉升頻率，加大阻抗。 為了避免高于1.6V IC鎖機，我們使用了最快響應速度的TVS鉗位VCS上的電壓，只能讓它在1.6V以下，不能高于1.6V，否則鎖機，客戶又不接受了。

在副邊，我們使用恒流環做輸出電流檢測，高于某個設定值后進入恒流狀態。會將開關頻率拉升到250KHZ，足以避開短路時的危險頻率。從響應速度快慢的角度考慮，恒流環的響應速度比電壓環要慢很多，所以在短路時，看到的頻率變化是：先下降，然后頻率開始提升。這說明恒壓環先開始動作，恒壓環動作后開關頻率會向最低頻率下降，所以為了保證短路時頻率拉升的足夠快，最低開關頻率的設定，一定不能太低，否則要穿越諧振頻率，電流會更大。

我到這里應該考慮到，臧工提示我需要考慮到最低開關頻率設置，最好低于工作頻率20KHZ即可。最低開關頻率太低了不太好。而且也提出了關于諧振頻率的選擇問題，他認為：LLC變換器最好是工作在諧振頻率，或者稍微高于諧振頻率。這樣從短路保護的角度來講，非常有好處。當工作時短路，恒壓環會把頻率稍微下降，然后頻率開始提升。因此，如果頻率在諧振頻率之上，那么開關頻率下降的就不會很低，至少把頻率拉升起來的速度會更快。這樣也對短路時，流過管子的電流有了一定的限制。

我有一個測試，我之前從FREQ到SS引腳的電阻是5.6K，在短路保護時，頻率拉升起來的速度稍微有些慢。電流峰值是在38A上，為了降低短路時候流過管子的電流，我的想法是，在短路時SS拉FREQ的電流更大，讓開關頻率提升的速度更加的快，把這個電阻下降到2.4K后，短路時開關頻率已經提升到了300KHZ，電流峰值也下降到了30~33A，這個就稍微控制住了一點點電流。

（頻率 有錯誤 ，電流峰值 36A）

將FREQ到SS引腳的電阻從5.6K下降到2.4K后，短路時的測試:

（頻率 119KHZ ，電流峰值 15A 。 此時短路保護還未響應，頻率之所以比正常工作的126K低，是因為恒壓環動作了。）

（頻率 128KHZ ，電流峰值21A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率開始拉升）

（頻率 133KHZ ，電流峰值30.5A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率正在快速的拉升）

（頻率 142KHZ ，電流峰值30.5A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率正在快速的拉升）

（頻率 151KHZ ，電流峰值30.5A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率正在快速的拉升）

（頻率 169KHZ ，電流峰值18A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率正在快速的拉升，短路電流已經得以控制）

（頻率 181KHZ ，電流峰值10A 。 此時短路保護已經開始響應，頻率正在快速的拉升，短路電流已經得以控制）

從短路發生到電流受到控制。花了4個周期，約50us。電流最大值為33.6A，屬于26NM60N的可靠工作區域，短路不會發生問題。但是LLC的短路測試并不是最嚴峻的工作狀態，即使在理論上認為SOA問題不大，但是也要經過10秒一次短路，至少測試5000次確保不會炸雞。這樣可以認為，短路是可靠的，能受到控制的。

第三部分 短路測試時諧振電感飽和的問題

在我使用EEL19/27的諧振電感做短路測試時，流過電感的電流會達到70A。即使開關頻率已經在快速的拉升，但是電流依然會在5個周期內彪到70A之高。我有一次摸到諧振電感在反復短路測試時，溫度非常高。但是沒有想到是電感飽和的問題，經過同事唐公子點撥，是否因為諧振電感飽和的問題引起。即使你IC在努力地提升頻率，但是電感飽和了，它不再具有電感的特性。你LLC的短路保護，是要提升頻率將電感的感抗快速加大，阻礙流過的電流。但是如果電感飽和了，電感將不會繼續對電流起到阻抗作用。因此在設計諧振電感時，要嚴格考慮短路時諧振電感飽和的問題。針對EEL19/27的的電感器設計，需要考慮在30A的電流下，峰值Bmax不高于0.33T。嚴格控制匝數，防止變壓器飽和。