解析開(kāi)關(guān)電源中的振鈴-KIA MOS管
信息來(lái)源：本站 日期：2021-03-11
在開(kāi)關(guān)電源的應用電路中，我們測試MOS管或者二極管兩端的電壓，經(jīng)常能夠觀(guān)測到其在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的“振鈴”現象。
如下圖，CH4為 某個(gè)BOOST電路二極管兩端的電壓，當MOS關(guān)閉的瞬間，二極管兩端產(chǎn)生的嚴重的振鈴現象。
振鈴信號一般頻率較高，會(huì )對周?chē)钠骷a(chǎn)生EMI干擾，影響其他器件的正常工作，甚至燒毀器件。
因此，需要我們在設計電路的時(shí)候將振鈴控制在一個(gè)合理的范圍內。這里需要注意區分的是“振鈴”還是“超調”，當開(kāi)關(guān)電源出現負載突變，通過(guò)反饋回路對輸出電壓進(jìn)行動(dòng)態(tài)調節，此時(shí)可能會(huì )產(chǎn)生一些超調，但是該超調并不等同于回路上的振鈴。
如下圖所示，左圖展示了高頻的振鈴疊加在輸出電壓上，而右圖展示了由于電源自身的反饋回路引起的超調。
我們知道，振蕩一般是由于開(kāi)關(guān)回路中的寄生參數引起的；
下圖展示了BOOST關(guān)鍵回路中的寄生參數，寄生的電容電感和采樣電阻構成了LCR串聯(lián)諧振，環(huán)路越長(cháng)寄生的電感也就越大；
寄生電容一般由半導體器件的結電容引起，MOS和二極管都存在這樣的寄生電容，因此，寄生參數的水平也決定了開(kāi)關(guān)器件工作頻率的上限。
我們在設計電源的時(shí)候要盡量減小關(guān)鍵路徑上的長(cháng)度，同時(shí)要選用合適的開(kāi)關(guān)器件。
問(wèn)題的等效
這樣我們可以把“振鈴”問(wèn)題等效成一個(gè)LCR串聯(lián)諧振的問(wèn)題，L主要存在于Layout的關(guān)鍵路勁中，C存在于開(kāi)關(guān)器件的結電容，R主要為關(guān)鍵路徑內的采樣電阻。
我們知道存在三種阻尼狀態(tài)過(guò)阻尼、欠阻尼和臨界阻尼。我們最希望調節到的狀態(tài)是稍微有一點(diǎn)點(diǎn)欠阻尼即可，這樣兼顧了響應時(shí)間和穩定性。
其中：
最后，對振鈴的抑制就是轉化成對阻尼系數的調節。
1、控制關(guān)鍵路徑上的寄生參數通過(guò)合理的布局器件和Layout將環(huán)路的寄生參數降到最低。
2、采用寄生參數更小的器件。
3、提高采樣電阻值，增大阻尼系數，該方法會(huì )增加采樣電阻上的損耗。
4、增大驅動(dòng)電阻，減緩開(kāi)關(guān)器件的速度，該方法會(huì )增加開(kāi)關(guān)管上的損耗。
5、通過(guò)RC-snubber 吸收電路減緩振鈴，該方法會(huì )增加開(kāi)關(guān)管上的損耗。
以上的幾種方法需要根據電路的實(shí)際情況進(jìn)行靈活應用，同時(shí)要評估對整機的效率以及散熱的影響。
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