Buck電源的SW振鈴產(chǎn)生原因是什么？如何抑制呢？

正好手上有一塊電源板，一時興起，點了下SW節(jié)點。如下圖所示，振鈴還是很明顯的，最高達(dá)到18.4V。

注意：這里的SW振鈴不是前面文章中提到的電源DCM模式下的SW振鈴，而是上管MOS在導(dǎo)通瞬間的SW振鈴。振鈴所處位置不同，注意區(qū)分。

SW振鈴有哪些危害？

把SW波形適當(dāng)放大，再看看。

如上圖所示，這里面包含的信息還挺多的：

①是振鈴；

②是死區(qū)時間；

③下管MOS管導(dǎo)通時的壓降；

另外，②還可以反映出內(nèi)置MOS管體二極管的導(dǎo)通壓降。

如果要研究這個波形，可以展開討論的東西太多，今天我們討論下①。有同學(xué)不禁要問，都說振鈴不好，那SW振鈴有什么危害？

好問題！

在回答這個問題前，我們不妨把振鈴波形展開看一下。

（1）輻射EMI問題。如上圖，這里振鈴的第一個振蕩波形的頻率達(dá)到151MHz，而我們再看下這個Buck電路的開關(guān)頻率才520kHz左右，如下圖。很明顯，振鈴的頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于開關(guān)頻率。頻率越高，通過等效天線輻射出去的概率越大，進(jìn)而會帶來EMI輻射問題。

（2）傳導(dǎo)EMI問題。SW波形電壓發(fā)生劇烈跳變，這里面包含很高的dV/dt，會產(chǎn)生高頻共模噪聲，可以通過寄生電容和參考地流過LISN，進(jìn)而使得傳導(dǎo)測試fail，帶來EMI傳導(dǎo)問題。

（3）開關(guān)管電氣應(yīng)力。從上面圖中可以看出，在發(fā)生振鈴時，SW電壓波形最大可以達(dá)到18.4V。這無疑給MOS管造成了一定的電氣應(yīng)力。如果振鈴電壓超出了MOS的耐壓值，那么很可能發(fā)生MOS源極和漏極擊穿的情況。即便不超出要求范圍，MOS管長期工作在電氣應(yīng)力下，對其可靠性和壽命也有一定的影響。

SW振鈴如何產(chǎn)生？

SW振鈴是如何產(chǎn)生的呢？

關(guān)于這個問題，網(wǎng)上說法很多。這里我只說下我個人的看法，上管MOS在導(dǎo)通瞬間，SW節(jié)點的電位瞬間發(fā)生階躍變化。學(xué)過傅里葉變換的同學(xué)，這點應(yīng)該很清楚，這其中蘊(yùn)含著非常豐富的高頻分量。而Buck電路中的寄生電感和寄生電容會形成LC諧振電路，通過其選頻特性把高頻分量中的特定頻率選出來并進(jìn)行若干倍的放大，再和其他分量進(jìn)行疊加，表現(xiàn)出來就成為振鈴波形。

SW振鈴如何抑制？

如何抑制SW振鈴？有同學(xué)可能會說：增加Snubber電路。

可是你有沒有考慮過，為什么Snubber電路可以抑制SW振鈴呢？內(nèi)部邏輯是什么？

如果你不清楚Snubber電路的內(nèi)部邏輯，你可以繼續(xù)往下看。如果你已知曉，也可以看下理解是否一致。

在文章開頭給出的第5篇《RLC串聯(lián)諧振的概念，并通過引入恰當(dāng)阻值的R來扭轉(zhuǎn)系統(tǒng)的阻尼狀態(tài)，使得整個系統(tǒng)盡快進(jìn)入臨界阻尼和過阻尼狀態(tài)，并搭建模型進(jìn)行了一系列仿真。今天我們還用TINA-TI分析下Snubber電路如何抑制SW振鈴的。

必要說明：增加Snubber電路只是抑制SW振鈴的一種方式，并不是唯一方式。而且這里也只是“抑制”，并不是“消除”。多種方式，多管齊下，效果更優(yōu)。其他還有什么手段呢？

①減小SW節(jié)點面積；

②降低SW開關(guān)頻率；

③增加展頻FSS；

④優(yōu)化PCB板器件布局；

……上述手段，每一條都可以專門寫一篇“小作文”。這里只是提一下，不做展開，感興趣的同學(xué)自行研究內(nèi)部邏輯。

搭建仿真模型

上圖即為Buck電路模型，各位很熟悉了。為了更有利于分析SW振鈴，我們需要對該電路模型進(jìn)行簡化。

①黃色部分：SW是在上管MOS導(dǎo)通后出現(xiàn)振鈴的，所以此時T1已導(dǎo)通，T2已關(guān)斷。那我們可以認(rèn)為T1是短路狀態(tài)，T2是開路狀態(tài)。看過米勒效應(yīng)系列文章的同學(xué)，應(yīng)該清楚MOS管有輸出電容Coss（=Cds+Cgd），在T1導(dǎo)通時Coss會被短路，在T2關(guān)斷時Coss是需要考慮的，特別是在高頻條件下。

②藍(lán)色部分：由于MOS管的開關(guān)過程很短（ns級），而Buck電路中的儲能電感L1取值相對較大（uH級）。在如此短的時間內(nèi)，開關(guān)管完成開關(guān)動作，而電感L1上的電流根本來不及變化，因為電感上的電流不能突變。所以，我們可以認(rèn)為電感L1沒有參與振鈴活動。

③寄生電感：器件會有雜散電感，PCB走線會有寄生電感，在高頻條件下，這些已需要考慮。由于電感L1沒有參與振鈴，那么我們可以大膽認(rèn)為電感L1和其右側(cè)器件及PCB的寄生電感沒有振鈴活動。但是電感L1左側(cè)部分的寄生電感和雜散電感參與了振鈴，需要考慮，我們可以統(tǒng)一記作Lp。

基于上述分析，我們可以把Buck電路中有關(guān)SW振鈴的模型做進(jìn)一步簡化，如下圖。

簡化后最終模型如上右圖，這不就是妥妥的LC電路么？再配合階躍的信號源，富含各種高頻分量，這能不諧振么？？？

如果此時我們把Snubber電路的C1和R1去加上去，會怎么樣？

審核編輯：劉清