LLC电路中开关管电压应力的测试方法

王新宇 翟思捷 李鸽 胡占磊

河南省许昌市许继电源有限公司 河南许昌 461000

MOS管的栅源之间相对漏源之间的正常工作的，可承受的电压相差较大。尤其是MOS管栅下方和半导体之间是一层薄薄的氧化层（称为栅氧），正常工作时，必须保持绝缘状态。然而，如果栅遭受了较高的电压冲击，就有可能导致栅氧击穿，从而导致MOS管不能正常工作，器件受到不可逆转的损害。

电压应力就是在应用中的电压与元器件规格值的比值。一般情况下，在设计电路拓扑时，电压应力不超出元器件规格值的90%。应力越小越好，但应力小，成本也高；应力越大，产品的寿命越短，即MTBF(平均无故障时间)会缩短。所以产品中的各元件的应力是根据产品的要求而定的。

下面以15Kw充电机模块（额定输出电压/电流：750V/20A）为样机，进行LLC电路开关管应力测试，LLC电路开关管耐压值为650V，测试过程如下：

测试环境：

输入电压：规定范围内最小值、额定值、最大值；

输出电压：额定输出电压；

输出电流：空载、半载、满载；

测试设备：DPO3014示波器、可编程大功率交直流电源、电子负载、短路工装；

环境温度：常温

测试项目：

测试开关管在下列条件下的电压应力波形：

（1）元器件在样机正常工作时的应力波形；

（2）元器件在样机输入电源跳变时的应力波形；

（3）元器件在样机输出负载阶跃变化时的应力波形；

（4）元器件在样机输出短路保护及短路解除时的应力波形。

1 MOS管管脚的识别

插件式MOS管，三个脚正面正对自己，从左到右依次是G、D、S。

测试实验环境如下：

示波器设置：耦合方式：直流；终端：1MΩ；全带宽；采用上升沿自动触发方式。

波形幅度应在显示屏的50%-100%之间，具体根据实际情况调节相应的档位。

波形幅值超出示波器的显示屏，需将偏置打开，视具体情况合理的设置偏置值。

开关管耐压值超过500V的，探头宜采用差分探头。

测试过程：

第一步，进行元器件在样机正常工作时的电压应力波形测试。额定输入电压条件下启动模块，设定模块输出基准电压为输出电压额定值，输出基准电流放开到最大，用示波器分别测试模块空载、半载、满载情况下开关管上D-S端电压波形；修改输入电压为规定范围内最小值和最大值，重复上述测试步骤。实际测得样机在正常工作时开关管上最大电压应力为513V，波形如下：

第二步，进行元器件在样机输入电源跳变时的电压应力波形测试。额定输入电压条件下启动模块，设定模块额定电压电流输出，改变输入电压由规定范围内最小值→额定值→最大值→最小值→最大值→额定值→最小值跳变，重复5次，用示波器测试输入电压跳变时开关管上D-S端电压波形；修改输出电流为空载和半载，重复上述测试步骤。实际测得样机在输入电源跳变时的开关管上最大电压应力为525V，波形如下：

第三步，进行元器件在样机输出负载阶跃变化时的电压应力波形测试。额定输入电压条件下启动模块，设定模块输出基准电压为输出电压额定值，输出基准电流放开到最大，通过切换负载改变输出电流，由空载→半载→满载→半载→空载→满载→空载切换，重复5次，用示波器测试负载阶跃变化时开关管上D-S端电压波形；修改输入电压为规定范围内最小值和最大值，重复上述测试步骤。实际测得样机在输出负载阶跃变化时的开关管上最大电压应力为567V，波形如下：

第四步，进行元器件在样机输出短路保护及短路解除时的电压应力波形测试。额定输入电压条件下启动模块，设定模块输出基准电压为输出电压额定值，输出基准电流放开到最大，分别在输入电压在规定范围内最小值、额定值、最大值和输出电流在空载、半载、满载条件下进行输出短路保护测试，用示波器测试上述各种输入输出环境下的输出短路时开关管上D-S端电压波形。实际测得样机在输出短路保护及短路解除时的开关管上最大电压应力为651V。波形如下：

2 结论

在模块各种试验环境下，输出短路时LLC电路开关管电压应力最大为651V，超出LLC电路开关管耐压值650V，证明电路设计不合理，建议更换开关管或完善吸收电路。