解析開關電源中的振鈴-KIA MOS管
信息來源：本站 日期：2021-03-11
在開關電源的應用電路中，我們測試MOS管或者二極管兩端的電壓，經(jīng)常能夠觀測到其在開關狀態(tài)下的“振鈴”現(xiàn)象。
如下圖，CH4為 某個BOOST電路二極管兩端的電壓，當MOS關閉的瞬間，二極管兩端產(chǎn)生的嚴重的振鈴現(xiàn)象。
振鈴信號一般頻率較高，會對周圍的器件產(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候將振鈴控制在一個合理的范圍內(nèi)。這里需要注意區(qū)分的是“振鈴”還是“超調”，當開關電源出現(xiàn)負載突變，通過反饋回路對輸出電壓進行動態(tài)調節(jié)，此時可能會產(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，振蕩一般是由于開關回路中的寄生參數(shù)引起的；
下圖展示了BOOST關鍵回路中的寄生參數(shù)，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(shù)的水平也決定了開關器件工作頻率的上限。
我們在設計電源的時候要盡量減小關鍵路徑上的長度，同時要選用合適的開關器件。
問題的等效
這樣我們可以把“振鈴”問題等效成一個LCR串聯(lián)諧振的問題，L主要存在于Layout的關鍵路勁中，C存在于開關器件的結電容，R主要為關鍵路徑內(nèi)的采樣電阻。
我們知道存在三種阻尼狀態(tài)過阻尼、欠阻尼和臨界阻尼。我們最希望調節(jié)到的狀態(tài)是稍微有一點點欠阻尼即可，這樣兼顧了響應時間和穩(wěn)定性。
其中：
最后，對振鈴的抑制就是轉化成對阻尼系數(shù)的調節(jié)。
1、控制關鍵路徑上的寄生參數(shù)通過合理的布局器件和Layout將環(huán)路的寄生參數(shù)降到最低。
2、采用寄生參數(shù)更小的器件。
3、提高采樣電阻值，增大阻尼系數(shù)，該方法會增加采樣電阻上的損耗。
4、增大驅動電阻，減緩開關器件的速度，該方法會增加開關管上的損耗。
5、通過RC-snubber 吸收電路減緩振鈴，該方法會增加開關管上的損耗。
以上的幾種方法需要根據(jù)電路的實際情況進行靈活應用，同時要評估對整機的效率以及散熱的影響。
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