包含寄生参数的振铃回路等效分析

RC缓冲电路常用在电源震荡节点处理，例如boost，buck电路中。

 

 

一、使用的原因

由于寄生参数的存在，开关电源电路在开关动作瞬间会产生开关振铃，振铃的存在，可能使得开关管承受的电压超过其耐压值而发生击穿，严重的还会带来传导辐射问题，导致系统不能正常工作。我们可以看到在SW节点的波形上升沿处测得的振铃尖峰。

 

 

二、包含寄生参数的振铃回路等效

展示了包含主要寄生电感和电容的buck电路，RCsnubber(R和 Csnub)放置在开关节点和GND 节点之间.

 

 

首先由于开关过程在极短时间(从数个纳秒至数十个纳秒)完成，在此过程中电感 L 的电流几乎不变，故 L 和 L p2(包括串联的 L p6)不参与振铃。其次，在振铃使得幅值超过 V i 后，上管 MOSFET 的沟道已完全打开，CQ 被短路，也不参与振铃。故最终的振铃回路由图 3 左虚线方框中电路组成。该电路可等效成图 3 中 LC 谐振电路，新的 L R 和 CR 为 L p1、Lp5，L p3, L p4, CD 等所有参与振铃的寄生感容的复合值。通常 Snubber 的 Csnub 取值在数 nF 以上，在振铃频率 f R(加了 snubber 后)下的阻抗很小。以

Csnub=2.2nF, f R =150MHz 为例，阻抗为 1/(j*2πfR *Csnub)=-0.48jΩ。而 R 一般在数欧姆以上，故 figure 3左可进一步近似等效为 figure 3 右。

 

 

由于寄生参数的存在，开关电源电路在开关动作瞬间会产生开关振铃

三、等效模型下的snubber参数计算

 

 

故为使电路电路为阻尼振铃，R 的取值为

 

 

Figure 4 给出了不同电阻值的仿真对比。仿真条件为：L p1=L p5=10nH，L p3=L p4=2nH, Csnub=10nF，CD =200pF.当R等于时，电压振幅最低。

 

 

同时，Csnub 越大，在 RC snubber 并联到 CR 后，实际等效的 CR 会更大，意味着同样的阻尼电阻对振 铃抑制效果越好。

四、snubber 设计方法

第一步，需要确定图 figure 3 中的 L R 和 CR。首先测量初始振铃频率。

 

 

然后在 snubber 将要放置的位置上，放置一个 Cadd，如图 7 所示，因此新的可测得的振铃频率表达式为

 

 

以上两式中，仅 L R 和 CR 为未知量，故可通过两式联立，解得 L R 和CR .

 

 

第二步，选取合适的 R 值，使得 R 值近似于

 

 

注意，电阻的封装应考虑散热。使得电阻功率等级大于电阻上损耗。电阻损耗表达式为，

 

 

第三步，选择合适的电容值 Csnub。如前文所说，电容值的选择是振幅抑制和控制损耗的折中。可选择以式(11)作为起点，根据损耗情况和振幅抑制效果，进行进一步的调整：增大电容抑制振幅，减小电容提高效率。