RC緩沖電路常用在電源震蕩節點處理,例如boost,buck電路中。
一、使用的原因
由于寄生參數的存在,開關電源電路在開關動作瞬間會產生開關振鈴,振鈴的存在,可能使得開關管承受的電壓超過其耐壓值而發生擊穿,嚴重的還會帶來傳導輻射問題,導致系統不能正常工作。我們可以看到在SW節點的波形上升沿處測得的振鈴尖峰。
二、包含寄生參數的振鈴回路等效
展示了包含主要寄生電感和電容的buck電路,RCsnubber(R和 Csnub)放置在開關節點和GND 節點之間.
首先由于開關過程在極短時間(從數個納秒至數十個納秒)完成,在此過程中電感 L 的電流幾乎不變,故 L 和 L p2(包括串聯的 L p6)不參與振鈴。其次,在振鈴使得幅值超過 V i 后,上管 MOSFET 的溝道已完全打開,CQ 被短路,也不參與振鈴。故最終的振鈴回路由圖 3 左虛線方框中電路組成。該電路可等效成圖 3 中 LC 諧振電路,新的 L R 和 CR 為 L p1、Lp5,L p3, L p4, CD 等所有參與振鈴的寄生感容的復合值。通常 Snubber 的 Csnub 取值在數 nF 以上,在振鈴頻率 f R(加了 snubber 后)下的阻抗很小。以
Csnub=2.2nF, f R =150MHz 為例,阻抗為 1/(j*2πfR *Csnub)=-0.48j?。而 R 一般在數歐姆以上,故 figure 3左可進一步近似等效為 figure 3 右。
由于寄生參數的存在,開關電源電路在開關動作瞬間會產生開關振鈴
三、等效模型下的snubber參數計算
故為使電路電路為阻尼振鈴,R 的取值為
Figure 4 給出了不同電阻值的仿真對比。仿真條件為:L p1=L p5=10nH,L p3=L p4=2nH, Csnub=10nF,CD =200pF.當R等于時,電壓振幅最低。
同時,Csnub 越大,在 RC snubber 并聯到 CR 后,實際等效的 CR 會更大,意味著同樣的阻尼電阻對振 鈴抑制效果越好。
四、snubber 設計方法
第一步,需要確定圖 figure 3 中的 L R 和 CR。首先測量初始振鈴頻率。
然后在 snubber 將要放置的位置上,放置一個 Cadd,如圖 7 所示,因此新的可測得的振鈴頻率表達式為
以上兩式中,僅 L R 和 CR 為未知量,故可通過兩式聯立,解得 L R 和CR .
第二步,選取合適的 R 值,使得 R 值近似于
注意,電阻的封裝應考慮散熱。使得電阻功率等級大于電阻上損耗。電阻損耗表達式為,
第三步,選擇合適的電容值 Csnub。如前文所說,電容值的選擇是振幅抑制和控制損耗的折中??蛇x擇以式(11)作為起點,根據損耗情況和振幅抑制效果,進行進一步的調整:增大電容抑制振幅,減小電容提高效率。
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