短路測試作為電源開發的必經之路，正在看此文的開發工程師們是不是最怕“吃雞”?

別慌!今天，擁有數十年工作(背鍋)經驗的茂睿芯開發工程師現身說法，和大家聊聊幾個常見導致“炸雞”的原因，順便教大家3招!

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一、考慮開關管的選型

開關管作為LLC最重要的組成硬件，需要在導通時流過較大脈沖電流，所以必須確保它在沒有任何損壞風險的情況下工作。那么為了確保開關管的可靠性，就需要在進行開關管選型時，因地制宜地考慮它能承受的最大脈沖電流、SOA區域以及體二極管性能。選型之所以要考慮體二極管，是因為在短路時也會有很大電流從體二極管流過，特別是短路后進入到容性區域工作，如果體二極管的反向恢復性能較差，就會存在反向恢復所產生的電壓應力問題，可能會導致“炸雞”。

(圖1 短路測試時開關管失效時的電流波形圖)

圖1是開機后短路測試時的開關管失效電流波形。Y軸是每20A一格，在短路后，電流波形左起在第5個周期處已經接近到40A，最后一個波形處先負25A后正40A的電流流過開關管，在不到5us內，流過開關管的電流高達70A，因為電流過大而導致開關管的損壞。所以在考慮開關管選型時，需要了解當短路發生時，開關管需要承受的短時間最大脈沖電流，以及容區工作時反向恢復的問題。

二、考慮諧振電感的飽和

諧振電感相信大家都不陌生，一般情況下，它是采用鐵氧體材質的磁芯加入氣隙來繞線制成電感來進行使用，要求鐵氧體磁芯的磁通密度在極限時不超出0.36T。考慮到短路時諧振電流可能要比正常工作時的電流大2倍多，因此建議在穩態工作時磁芯的磁通密度不要高于0.18T，為過流和短路時留出足夠的安全余量。另外還有一種流行的設計方法是，使用粉芯材質(高頻低損耗類型的磁粉芯材料)來做諧振電感，這樣氣隙分散，也有利于散熱處理。由于磁粉芯材質的磁通飽和密度較之鐵氧體材質會大很多，因此在過流和短路工況時，使用磁粉芯制成的電感會比鐵氧體材質的電感在系統上具有更高的可靠性。

曾經某一位茂睿芯工程師在做短路測試時，出現流過電感的電流達到70A，而且控制器的開關頻率已經在快速拉升，正常情況下電流應該得到控制，但是實際測試發現諧振電流在5個開關周期已經爬升至70A，最后發現這是由于諧振電感飽和而引起。即使控制器在努力提升頻率加大諧振腔的阻抗，但諧振電感已經飽和而不再具有電感特性，也就不能阻礙流過的電流。所以在設計諧振電感時，需要仔細考慮短路時諧振電感飽和的問題，避免“炸雞”。

三、考慮控制器的短路保護策略

圖2是茂睿芯MK2189內部功能框圖，其中Isen引腳內部有兩個比較器用作過流和短路保護，SS引腳內部有120Ω電阻為CSS電容放電，在過流和短路保護策略中主要是使用這兩個引腳的功能。

(圖2 MK2189功能框圖)

控制器的Isen引腳持續監測諧振電流平均值，它的保護策略是每當該引腳的電壓高于0.8V時，SS引腳內部會使用120Ω電阻為CSS電容放電，讓CSS的電壓開始下降，同時軟起動頻率設定電阻RSS同步拉RF引腳電流，使開關頻率提升起來。此時諧振腔因為開關頻率的拉升而阻抗變大，從而使得整個諧振腔的電流得到降低，直到CS引腳的電壓低于0.75V后SS引腳停止為CSS電容放電，系統工作頻率恢復到由反饋控制。 除此以外，為了防止繞組短路或次級整流開關失效，Isen引腳電壓會快速爬升至1.5V以上使控制器直接關閉PWM輸出，進入到故障重啟流程從而避免“炸雞”。

(圖3 電流采樣原理圖)

在實際應用工程中，往往是通過感測諧振電容電壓從而提取諧振電流信號，之后再將其使用低通濾波得到諧振電流平均值。那么會出現兩種情況，第一種是濾波器的時間常數太慢會導致過流保護響應不及時，而另一種則是太快又容易被浪涌電流觸發導致輸出電壓不穩。關于這個濾波器時間常數的設計經驗值參考從短路開始到第4~6個開關周期后控器能夠執行過流或短路保護即可。

(圖4 短路保護時諧振電流波形圖)

圖4是短路保護測試時的一個波形圖，可以看到從短路發生到電流受到控制共耗時5個開關周期，用時約50us，電流最大值為33.6A(屬于26NM60DM2的可靠工作區域)。這種直接低阻抗短接輸出正負還不算是LLC短路測試時最嚴峻的情況，更惡劣的情況是使輸出正負處于短路和非短路之間跳火的狀態(比如使用銼刀摩擦正負端子)，這相當于在挑戰電流低通濾波器、控制器、開關管、諧振電感和輸出整流器的可靠運行區域，在此種情況下短路保護依然能可靠執行，那該電源的設計即使在短路工況下也不會“炸雞”。

以上3點關于LLC短路測試的解決方法希望能給到工程師們一些啟示，同時歡迎大家批評指正，一起溝通行業相關知識，共同進步!

審核編輯：湯梓紅