DCDC電源SW電壓尖峰過(guò)沖問(wèn)題解析

BUCK電源SW電壓尖峰過(guò)沖問(wèn)題

產(chǎn)生原因：

(示波器正常測(cè)試時(shí)須關(guān)閉20M帶寬限制)

① 器件本身的寄生電感以及寄生電容造成的，主要是電感電容器件的諧振頻率。

② 功率電感自身的參數(shù)，如果過(guò)沖振蕩頻率和電感自諧頻率相同，基本可以確定為電感自身引起，但過(guò)沖振蕩頻率一般是百兆量級(jí)，所以電感自身引起的可能性會(huì)很小。

③ MOS開(kāi)關(guān)管的柵極G、源極S、漏極D上面有寄生電感存在，我們所用的DCDC框架圖中，以下圖SGM61720為例，開(kāi)關(guān)管狀態(tài)等效為下圖所示。在開(kāi)關(guān)導(dǎo)通之后，SW從0V電壓開(kāi)始上升，那么C2在被充電，電源需要通過(guò)L1提供功率電感L3的續(xù)流以及對(duì)C2的充電，由于L1的電流>功率電感電流，所以SW達(dá)到Vin電壓之后，SW電壓繼續(xù)上升，會(huì)大于Vin，此時(shí)電感L1兩端的電壓反向，電流開(kāi)始減小。隨著SW電壓上升，那么C2繼續(xù)被充電。直到L1的電流=功率電感L3的電流+C2的充電電流。那么意味著C2的充電電流為0，就不能通過(guò)L1接著對(duì)C2進(jìn)行充電了。此時(shí)SW的電壓大于Vin，電感L1的電流要繼續(xù)減小。而功率電感L3的電流不變，所以功率電感必須從C2抽取電流，這意味著C2開(kāi)始放電。C2開(kāi)始放電后，SW電壓開(kāi)始降低，然后SW的電壓降低到Vin，此時(shí)L1的電流達(dá)到最小。再之后C2繼續(xù)放電(因?yàn)長(zhǎng)1電流小，不足以提供功率電感的續(xù)流)，SW電壓繼續(xù)降低，L1兩端電壓反向，L1的電流開(kāi)始增大，直到L1電流大小達(dá)到功率電感的電流。此時(shí)C2停止放電，SW電壓達(dá)到最低，然后C2開(kāi)始被充電，SW電壓開(kāi)始升高，如此循環(huán)往復(fù)，SW處電壓看起來(lái)就是振蕩了。當(dāng)然整個(gè)過(guò)程中因?yàn)橛?a target="_blank">電阻分量，所以振蕩幅值是越來(lái)越小的，本質(zhì)就是LCR阻尼振蕩。下圖仿真圖形比較直觀(更好的了解在那里產(chǎn)生)。

因此結(jié)論為：

(1)上管L1到輸入濾波電容之間的電感量對(duì)上升沿尖峰的大小起了決定性的作用。

(2)下管L2到輸入濾波電容之間的電感量對(duì)下降沿沿尖峰的大小起了決定性的作用。

(3)負(fù)載電流越大，參與振蕩的能量越多，那么產(chǎn)生的尖峰也是越高的。

解決方法：

1、降低轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)切換速度：在自舉電路增加串聯(lián)電路，如下圖紅色所示。

2、抑制振鈴現(xiàn)象：增加RC snubber電路，如下圖藍(lán)色所示：

參數(shù)選擇：

(1) ,其中，ξ是抑制因子。通常， ξ 的取值在 0.5(輕微抑制)到 1(重度抑制)之間。寄生參數(shù) Lp 和 Cp 的值: ，其中信號(hào)上升沿測(cè)量原始振鈴信號(hào)的頻率 fRING;原始電容 Cp 的值便是新增電容量的 1/3。

(2)RC 緩沖電路中的串聯(lián)電容 Cs 需要足夠大，以便讓抑制電阻能在電路諧振期間表現(xiàn)出穩(wěn)定的諧振抑制效果。所以，Cs的取值通常以電路寄生電容的值的3~4 倍為宜。

3、抑制振鈴現(xiàn)象：增加RL抑制電路，如下圖27綠色所示：添加此電路的目的是要在諧振電路中引入少量的串聯(lián)阻抗，但卻足夠提供部分抑制作用。抑制電阻 Rs 可以用得很小，大概是1Ω或是更小的量級(jí)。電感 Ls 的選擇依據(jù)是比諧振頻率低的頻段，提供很低的阻抗，需要使用的電感也就可以很小，大概就是幾個(gè)nH的量級(jí)，甚至可用幾個(gè)mm長(zhǎng)的PCB銅箔路徑代替。

審核編輯：湯梓紅