什么是寄生效應(yīng)？功率級寄生效應(yīng)詳解-KIA MOS管

寄生效應(yīng)：就是本來沒有在那個(gè)地方設(shè)計(jì)電容或電感甚至電阻，然而因?yàn)槟承┮蛩厝缃Y(jié)構(gòu)之間、PCB布線、管腳引線、通孔質(zhì)量、焊盤到地距離、焊盤到電源平面距離、和焊盤到印制線之間、材料差異、器件封裝、封裝引腳和印制線過長等，特別是在高速電路中而表現(xiàn)出來的呈容性、感性、阻性。DC/DC轉(zhuǎn)換器中半導(dǎo)體器件的高頻開關(guān)特性是主要的傳導(dǎo)和輻射發(fā)射源。

在電磁干擾（EMI）測試期間，如果將總噪聲測量結(jié)果細(xì)分為DM 和CM噪聲分量，可以確定DM和CM兩種噪聲各自所占的比例，從而簡化 EMI 濾波器的設(shè)計(jì)流程。高頻下的傳導(dǎo)發(fā)射主要由 CM 噪聲產(chǎn)生，該噪聲的傳導(dǎo)回路面積較大，進(jìn)一步推動輻射發(fā)射的產(chǎn)生。

文章將全面介紹降壓穩(wěn)壓器電路中影響 EMI 性能和開關(guān)損耗的感性和容性寄生元素。通過了解相關(guān)電路寄生效應(yīng)的影響程度，可以采取適當(dāng)?shù)拇胧⒂绊懡抵磷畹筒p少總體 EMI 信號。

檢驗(yàn)具有高轉(zhuǎn)換率電流的關(guān)鍵回路

根據(jù)電源原理圖進(jìn)行電路板布局時(shí)，其中一個(gè)重要環(huán)節(jié)是準(zhǔn)確找到高轉(zhuǎn)換率電流（高 di/dt）回路，同時(shí)密切關(guān)注布局引起的寄生或雜散電感。這類電感會產(chǎn)生過大的噪聲和振鈴，導(dǎo)致過沖和地彈反射。

圖 1 中的功率級原理圖顯示了一個(gè)驅(qū)動高側(cè)和低側(cè) MOSFET（分別為 Q1 和 Q2）的同步降壓控制器。以 Q1 的導(dǎo)通轉(zhuǎn)換為例。在輸入電容 CIN 供電的情況下，Q1 的漏極電流迅速上升至電感電流水平，與此同時(shí)，從 Q2 的源極流入漏極的電流降為零。

MOSFET 中紅色陰影標(biāo)記的回路和輸入電容（圖 1 中標(biāo)記為“1”）是降壓穩(wěn)壓器的高頻換向功率回路或“熱”回路。功率回路承載著幅值和 di/dt 相對較高的高頻電流，特別是在 MOSFET 開關(guān)期間。

寄生效應(yīng)

圖 1：具有高轉(zhuǎn)換率電流的重要高頻開關(guān)回路

圖1中的回路“2”和“3”均歸類為功率 MOSFET 的柵極回路。具體來說，回路 2 表示高側(cè) MOSFET 的柵極驅(qū)動器電路（由自舉電容 CBOOT 供電）。回路 3 表示低側(cè) MOSFET 柵極驅(qū)動器電路（由 VCC 供電）。這兩條回路中均使用實(shí)線繪制導(dǎo)通柵極電流路徑，以虛線繪制關(guān)斷柵極電流路徑。

寄生組分和輻射 EMI

EMI 問題通常涉及三大要素：干擾源、受干擾者和耦合機(jī)制。干擾源是指 dv/dt 和/或 di/dt 較高的噪聲發(fā)生器，受干擾者指易受影響的電路（或 EMI 測量設(shè)備）。

耦合機(jī)制可分為導(dǎo)電和非導(dǎo)電耦合。非導(dǎo)電耦合可以是電場（E 場）耦合、磁場（H 場）耦合或兩者的組合 - 稱為遠(yuǎn)場 EM 輻射。近場耦合通常由寄生電感和電容引起，可能對穩(wěn)壓器的 EMI 性能起到?jīng)Q定性作用，影響顯著。

功率級寄生電感

功率MOSFET 的開關(guān)行為以及波形振鈴和 EMI 造成的后果均與功率回路和柵極驅(qū)動電路的部分電感相關(guān)。圖 2 綜合顯示了由元器件布局、器件封裝和印刷電路板（PCB）布局產(chǎn)生的寄生元素，這些寄生元素會影響同步降壓穩(wěn)壓器的 EMI 性能。

寄生效應(yīng)

圖 2：降壓功率級和柵極驅(qū)動器的“剖析原理圖”（包含感性和容性寄生元素）

有效高頻電源回路電感（LLOOP）是總漏極電感（LD）、共源電感（LS）（即輸入電容和 PCB 走線的等效串聯(lián)電感（ESL））和功率 MOSFET 的封裝電感之和。按照預(yù)期，LLOOP 與輸入電容 MOSFET 回路（圖 1 中的紅色陰影區(qū)域）的幾何形狀布局密切相關(guān)。與此同時(shí)，柵極回路的自感 LG 由 MOSFET 封裝和 PCB 走線共同產(chǎn)生。

從圖 2 中可以看出，高側(cè) MOSFET Q1 的共源電感同時(shí)存在于電源和柵極回路中。Q1 的共源電感產(chǎn)生效果相反的兩種反饋電壓，分別控制 MOSFET 柵源電壓的上升和下降時(shí)間，因此降低功率回路中的 di/dt。然而，這樣通常會增加開關(guān)損耗，因此并非理想方法。

功率級寄生電容

寄生電容一般是指電感電阻,芯片引腳等在高頻情況下表現(xiàn)出來的電容特性實(shí)際上，一個(gè)電阻等效于一個(gè)電容，一個(gè)電感,和一個(gè)電阻的串連在低頻情況下表現(xiàn)不是很明顯而在高頻情況下,等效值會增大不能忽略在計(jì)算中我們要考慮進(jìn)去ESL就是等效電感ESR就是等效電阻不管是電阻電容,電感,還是二極管，三極管,MOS管,還有IC，在高頻的情況下我們都要考慮到它們的等效電容值電感值。

公式 1 為影響 EMI 和開關(guān)行為的功率 MOSFET 輸入電容、輸出電容和反向傳輸電容三者之間的關(guān)系表達(dá)式（以圖 2 中的終端電容符號表示）。在 MOSFET 開關(guān)轉(zhuǎn)換期間，這種寄生電容需要幅值較高的高頻電流。

寄生效應(yīng)

公式 2 的近似關(guān)系表達(dá)式表明，COSS 與電壓之間存在高度非線性的相關(guān)性。公式3給出了特定輸入電壓下的有效電荷 QOSS，其中 COSS-TR 是與時(shí)間相關(guān)的有效輸出電容，與部分新款功率 FET 器件的數(shù)據(jù)表中定義的內(nèi)容一致。

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