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MOSFETs con diodo de cuerpo rápido

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Free-wheeling (volante) y la condición ZVS

El análisis de las ecuaciones relacionadas con las frecuencias resonantes muestra que la impedancia de entrada de la red de resonancia es inductiva por encima de la frecuencia de amplificación máxima y que la corriente de entrada de la red de resonancia (Ip) permanece por debajo de la tensión (Vd) aplicada a la red de resonancia.

Por debajo de la frecuencia de amplificación máxima, la impedancia de entrada de las redes de resonancia, en cambio, es capacitiva e Ip es superior a Vd.

Durante la operación en el rango capacitivo, tiene lugar una polaridad inversa del diodo de cuerpo en términos de tensión a lo largo de la conmutación, mientras que el diodo sigue portando corriente. Esto somete al MOSFET a un elevado riesgo de fallo potencial.

Como se resalta en el círculo verde de la imagen, el tiempo de recuperación inversa (trr) del diodo es extremadamente importante.

el tiempo de recuperación inversa (trr) del diodo es extremadamente importante
El tiempo de recuperación inversa del diodo es extremadamente importante

Según este punto, durante una transición de carga baja a elevada, el circuito de control (controlador LLC) podría provocar que el MOSFET pase a modo ZVS y a un rango de corriente de cierre positivo. Si esto no se garantiza, el MOSFET puede rendir en un rango peligroso.

Con una carga baja constante, el sistema opera cerca de la menor frecuencia de resonancia fr2. En este caso, el modo ZVS y una corriente de drenaje de cierre positiva están garantizados. Tras el cambio de carga (de baja a elevada), la frecuencia de conmutación debe seguir la frecuencia de resonancia. Si este no fuera el caso (como muestra la línea verde de la imagen de abajo), el estado de sistema es el rango 3 (rango ZCS). Esto supone que el modo ZVS y una corriente de drenaje de cierre positivo no se encuentran disponibles. Si el MOSFET se apaga, la corriente, por ende, también fluye a través de su diodo.

Si se analiza la transición de una carga baja a una elevada en el diagrama de amplificación, se puede establecer lo siguiente:

La línea de puntos de color negro marca el trayecto ideal durante la transición, mientras que la línea verde corresponde al trayecto actual. Como se puede apreciar, el sistema opera en el rango ZCS durante la transición de una carga baja a una más alta.

Así pues, el rendimiento del diodo se convierte en un aspecto extremadamente importante.

Por lo tanto, la tendencia con el nuevo concepto LLC se mueve hacia un tiempo de recuperación muy corto en el diodo de cuerpo.

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