DCDC電源SW電壓尖峰過沖問題解析

BUCK電源SW電壓尖峰過沖問題

產(chǎn)生原因：

(示波器正常測試時須關(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，但過沖振蕩頻率一般是百兆量級，所以電感自身引起的可能性會很小。

③ MOS開關(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，開關(guān)管狀態(tài)等效為下圖所示。在開關(guān)導(dǎo)通之后，SW從0V電壓開始上升，那么C2在被充電，電源需要通過L1提供功率電感L3的續(xù)流以及對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，會大于Vin，此時電感L1兩端的電壓反向，電流開始減小。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L1接著對C2進(jìn)行充電了。此時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開始放電。C2開始放電后，SW電壓開始降低，然后SW的電壓降低到Vin，此時L1的電流達(dá)到最小。再之后C2繼續(xù)放電(因為L1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的電流開始增大，直到L1電流大小達(dá)到功率電感的電流。此時C2停止放電，SW電壓達(dá)到最低，然后C2開始被充電，SW電壓開始升高，如此循環(huán)往復(fù)，SW處電壓看起來就是振蕩了。當(dāng)然整個過程中因為有電阻分量，所以振蕩幅值是越來越小的，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: ，其中信號上升沿測量原始振鈴信號的頻率 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。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nH的量級，甚至可用幾個mm長的PCB銅箔路徑代替。

審核編輯：湯梓紅