LLC電路中開關(guān)管電壓應(yīng)力的測試方法

王新宇 翟思捷 李鴿 胡占磊

河南省許昌市許繼電源有限公司 河南許昌 461000

MOS管的柵源之間相對(duì)漏源之間的正常工作的，可承受的電壓相差較大。尤其是MOS管柵下方和半導(dǎo)體之間是一層薄薄的氧化層（稱為柵氧），正常工作時(shí)，必須保持絕緣狀態(tài)。然而，如果柵遭受了較高的電壓沖擊，就有可能導(dǎo)致柵氧擊穿，從而導(dǎo)致MOS管不能正常工作，器件受到不可逆轉(zhuǎn)的損害。

電壓應(yīng)力就是在應(yīng)用中的電壓與元器件規(guī)格值的比值。一般情況下，在設(shè)計(jì)電路拓?fù)鋾r(shí)，電壓應(yīng)力不超出元器件規(guī)格值的90%。應(yīng)力越小越好，但應(yīng)力小，成本也高；應(yīng)力越大，產(chǎn)品的壽命越短，即MTBF(平均無故障時(shí)間)會(huì)縮短。所以產(chǎn)品中的各元件的應(yīng)力是根據(jù)產(chǎn)品的要求而定的。

下面以15Kw充電機(jī)模塊（額定輸出電壓/電流：750V/20A）為樣機(jī)，進(jìn)行LLC電路開關(guān)管應(yīng)力測試，LLC電路開關(guān)管耐壓值為650V，測試過程如下：

測試環(huán)境：

輸入電壓：規(guī)定范圍內(nèi)最小值、額定值、最大值；

輸出電壓：額定輸出電壓；

輸出電流：空載、半載、滿載；

測試設(shè)備：DPO3014示波器、可編程大功率交直流電源、電子負(fù)載、短路工裝；

環(huán)境溫度：常溫

測試項(xiàng)目：

測試開關(guān)管在下列條件下的電壓應(yīng)力波形：

（1）元器件在樣機(jī)正常工作時(shí)的應(yīng)力波形；

（2）元器件在樣機(jī)輸入電源跳變時(shí)的應(yīng)力波形；

（3）元器件在樣機(jī)輸出負(fù)載階躍變化時(shí)的應(yīng)力波形；

（4）元器件在樣機(jī)輸出短路保護(hù)及短路解除時(shí)的應(yīng)力波形。

1 MOS管管腳的識(shí)別

插件式MOS管，三個(gè)腳正面正對(duì)自己，從左到右依次是G、D、S。

測試實(shí)驗(yàn)環(huán)境如下：

示波器設(shè)置：耦合方式：直流；終端：1MΩ；全帶寬；采用上升沿自動(dòng)觸發(fā)方式。

波形幅度應(yīng)在顯示屏的50%-100%之間，具體根據(jù)實(shí)際情況調(diào)節(jié)相應(yīng)的檔位。

波形幅值超出示波器的顯示屏，需將偏置打開，視具體情況合理的設(shè)置偏置值。

開關(guān)管耐壓值超過500V的，探頭宜采用差分探頭。

測試過程：

第一步，進(jìn)行元器件在樣機(jī)正常工作時(shí)的電壓應(yīng)力波形測試。額定輸入電壓條件下啟動(dòng)模塊，設(shè)定模塊輸出基準(zhǔn)電壓為輸出電壓額定值，輸出基準(zhǔn)電流放開到最大，用示波器分別測試模塊空載、半載、滿載情況下開關(guān)管上D-S端電壓波形；修改輸入電壓為規(guī)定范圍內(nèi)最小值和最大值，重復(fù)上述測試步驟。實(shí)際測得樣機(jī)在正常工作時(shí)開關(guān)管上最大電壓應(yīng)力為513V，波形如下：

第二步，進(jìn)行元器件在樣機(jī)輸入電源跳變時(shí)的電壓應(yīng)力波形測試。額定輸入電壓條件下啟動(dòng)模塊，設(shè)定模塊額定電壓電流輸出，改變輸入電壓由規(guī)定范圍內(nèi)最小值→額定值→最大值→最小值→最大值→額定值→最小值跳變，重復(fù)5次，用示波器測試輸入電壓跳變時(shí)開關(guān)管上D-S端電壓波形；修改輸出電流為空載和半載，重復(fù)上述測試步驟。實(shí)際測得樣機(jī)在輸入電源跳變時(shí)的開關(guān)管上最大電壓應(yīng)力為525V，波形如下：

第三步，進(jìn)行元器件在樣機(jī)輸出負(fù)載階躍變化時(shí)的電壓應(yīng)力波形測試。額定輸入電壓條件下啟動(dòng)模塊，設(shè)定模塊輸出基準(zhǔn)電壓為輸出電壓額定值，輸出基準(zhǔn)電流放開到最大，通過切換負(fù)載改變輸出電流，由空載→半載→滿載→半載→空載→滿載→空載切換，重復(fù)5次，用示波器測試負(fù)載階躍變化時(shí)開關(guān)管上D-S端電壓波形；修改輸入電壓為規(guī)定范圍內(nèi)最小值和最大值，重復(fù)上述測試步驟。實(shí)際測得樣機(jī)在輸出負(fù)載階躍變化時(shí)的開關(guān)管上最大電壓應(yīng)力為567V，波形如下：

第四步，進(jìn)行元器件在樣機(jī)輸出短路保護(hù)及短路解除時(shí)的電壓應(yīng)力波形測試。額定輸入電壓條件下啟動(dòng)模塊，設(shè)定模塊輸出基準(zhǔn)電壓為輸出電壓額定值，輸出基準(zhǔn)電流放開到最大，分別在輸入電壓在規(guī)定范圍內(nèi)最小值、額定值、最大值和輸出電流在空載、半載、滿載條件下進(jìn)行輸出短路保護(hù)測試，用示波器測試上述各種輸入輸出環(huán)境下的輸出短路時(shí)開關(guān)管上D-S端電壓波形。實(shí)際測得樣機(jī)在輸出短路保護(hù)及短路解除時(shí)的開關(guān)管上最大電壓應(yīng)力為651V。波形如下：

2 結(jié)論

在模塊各種試驗(yàn)環(huán)境下，輸出短路時(shí)LLC電路開關(guān)管電壓應(yīng)力最大為651V，超出LLC電路開關(guān)管耐壓值650V，證明電路設(shè)計(jì)不合理，建議更換開關(guān)管或完善吸收電路。