RC Snubber吸收電路原理詳解

在之前一篇文章中我們花了很大篇幅講述了串聯(lián)RLC的零輸入響應(yīng)和零狀態(tài)響應(yīng)的振蕩原理，這是因?yàn)?a target="_blank">電源相關(guān)的實(shí)際電路中存在的振蕩（或者說是振鈴）很多都是這個(gè)原因。比如前文中描述的BUCK電源電感在DCM模式下工作時(shí)，當(dāng)主開關(guān)管關(guān)斷，續(xù)流二極管工作時(shí)，電感電流為0時(shí)，開關(guān)節(jié)點(diǎn)處的電壓會(huì)存在一段時(shí)間的衰減振蕩；BUCK電源開關(guān)節(jié)點(diǎn)在主開關(guān)管導(dǎo)通，二極管（或同步開關(guān)管）關(guān)斷時(shí)的電壓尖峰振鈴；還有反激開關(guān)電源漏感導(dǎo)致的開關(guān)節(jié)點(diǎn)電壓尖峰振蕩等等。上述這幾種情形的本質(zhì)機(jī)理都是RLC的欠阻尼振蕩。

實(shí)際電路設(shè)計(jì)中需要對RC參數(shù)進(jìn)行合理選取，才能達(dá)到理想的效果。當(dāng)然如果規(guī)格書中有推薦值的話是最好的，可以先按照規(guī)格書確定參數(shù)，然后根據(jù)實(shí)際效果再進(jìn)行微調(diào)。但是我們有必要了解參數(shù)大小對實(shí)際效果的影響，才能使調(diào)試不至于盲目進(jìn)行。

以常見的BUCK電源開關(guān)節(jié)點(diǎn)處如圖1中紅圈所示，在主開關(guān)管SW導(dǎo)通，續(xù)流二極管D（或者M(jìn)OS管）關(guān)閉時(shí)會(huì)出現(xiàn)類似如圖2所示的尖峰振蕩波形。由于實(shí)際電路存在寄生電感（比如走線或者器件封裝等原因?qū)е拢?dāng)SW開關(guān)管導(dǎo)通時(shí)，等效電路如圖3所示，L1為寄生電感，C1為續(xù)流二極管的結(jié)電容或者下側(cè)MOS管的漏源極寄生電容，R1為走線電阻，值很小。R2和C2為RC Snubber吸收電路，虛線框內(nèi)的是BUCK電路本身的濾波電感電容和負(fù)載。由于濾波電感L2取值較大，并且開關(guān)頻率很高，開關(guān)管開通時(shí)間很短，所以可以近似認(rèn)為流經(jīng)L2大電感的電流不變。因此，在沒有RC吸收時(shí)的電路就可以等效為串聯(lián)RLC零狀態(tài)響應(yīng)，由于電源走線一般都比較粗短，走線電阻較小，就對電容形成了欠阻尼衰減振蕩充電。

圖1

圖2

圖3

在并聯(lián)RC吸收電路后，我們可以近似如下分析，來獲悉RC參數(shù)大小對振鈴抑制效果的影響：

確定電阻R2。首先，實(shí)際電源電路的走線都比較粗短，所以電阻R1較小，我們暫時(shí)先忽略不計(jì)；然后，先考慮只并聯(lián)電阻R2，這樣就形成了如圖4所示的RLC并聯(lián)電路（大電感L2的濾波電路形式也是這樣，包括開關(guān)電源的最后一級基本都可以等效為此電路），這是控制系統(tǒng)中典型的二階阻尼系統(tǒng)，其品質(zhì)因素

（串聯(lián)RLC的品質(zhì)因素Q為其倒數(shù)，等于），要想振鈴峰值越小，Q值應(yīng)該也越小，則R2值應(yīng)該較小。但R2不能太小，假設(shè)R2趨向于0，則RC吸收就只有電容C2了，就變成了C1和C2并聯(lián)，形成LC串聯(lián)振蕩了。因此，R2有一個(gè)相對值，TI參考文檔給出的意見是，可以先理論假設(shè)，然后再根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行微調(diào)。

圖4

確定電容C2。定好R2之后，暫時(shí)將其忽略不計(jì)，只考慮C2，C2和C1并聯(lián)最終還是RLC串聯(lián)電路，根據(jù)其品質(zhì)因素

可知，理論上電容C2越大，Q值越小，振蕩的抑制效果越好，從另一個(gè)角度也很容易理解，電容越大，電壓越不容易發(fā)生突變。但是當(dāng)C2值增大到一定程度之后，對應(yīng)的容抗值已經(jīng)很小，其值相對R2來說已經(jīng)不大，所以影響甚微。另一方面，C2越大，電源的效率會(huì)越低，因?yàn)殡娙軨2的充放電過程會(huì)在電阻R2上形成功率損耗。

知道了吸收電路參數(shù)對振蕩抑制效果的影響后，就可以設(shè)定一個(gè)初值，然后根據(jù)實(shí)際效果進(jìn)行調(diào)整，直到滿意為止。

TI的文檔有提供一個(gè)方法可以參考，現(xiàn)分享步驟如下：