當(dāng)同步整流MOSFET電路的輸出對(duì)地短路時(shí),電路進(jìn)入了一種非常態(tài)的工作模式。在這種情況下,振蕩通常會(huì)更加劇烈,因?yàn)楣β驶芈分械碾娏?、電壓變化率(di/dt、dV/dt)達(dá)到了極端值。
那短路狀態(tài)下SW節(jié)點(diǎn)振蕩的機(jī)理是怎么樣的呢?
在正常工作模式下,電感電流在死區(qū)時(shí)間內(nèi)會(huì)流過下管,同步整流MOSFET的體二極管。當(dāng)短路發(fā)生時(shí),這個(gè)過程被放大,其影響也更加惡劣。
我們來分解一下這個(gè)過程:
1.輸出短路:當(dāng)輸出端對(duì)地短路時(shí),輸出電壓Vout幾乎為0V。這意味著電感兩端的電壓差VL=Vsw - Vout ≈ Vsw。
2.上管導(dǎo)通時(shí):上管導(dǎo)通,SW節(jié)點(diǎn)電壓被拉到接近輸入電壓Vin。由于Vout為0,電感兩端電壓為Vin,電感電流呈線性上升趨勢(shì),且上升速度非???di/dt=Vin/L)。
3.上管關(guān)斷時(shí),也就是振蕩發(fā)生時(shí)刻:
電感電流突然被切斷:上管關(guān)斷,試圖切斷電感電流。由于電感的阻礙,電流不能瞬間為零,它會(huì)尋找新的通路。此時(shí),電感電流會(huì)流過同步整流MOSFET的體二極管。接著體二極管發(fā)生反向恢復(fù),這是問題的核心!在正常工作時(shí),體二極管導(dǎo)通的電流相對(duì)較小。但在短路狀態(tài)下,電感電流已經(jīng)上升到了一個(gè)極高值。當(dāng)體二極管導(dǎo)通后,控制器會(huì)驅(qū)動(dòng)同步整流MOSFET導(dǎo)通。為了關(guān)斷體二極管,它會(huì)產(chǎn)生一個(gè)巨大的反向恢復(fù)電流。這個(gè)反向恢復(fù)電流是尖峰電壓和振蕩的直接激勵(lì)源。
這個(gè)巨大的反向恢復(fù)電流會(huì)流過功率回路中的各種寄生電感,比如MOSFET引腳電感、PCB走線電感。根據(jù)V=L·di/dt的關(guān)系,這個(gè)極大的di/dt會(huì)在寄生電感上感應(yīng)出非常高的電壓尖峰。這個(gè)電壓尖峰與寄生電容,如下管的Coss,起形成一個(gè)高頻、高能量的LC振蕩回路。
如何優(yōu)化這個(gè)問題呢?
極致地減小功率回路面積,將輸入電容、上管、下管之間的連接走線做到最短、最寬,以最大限度地減小寄生電感,這是解決所有高速開關(guān)振蕩問題的首要且最重要的手段。
增加Snubber緩沖電路,在SW節(jié)點(diǎn)和地之間并聯(lián)一個(gè)RC緩沖電路。在短路這種極端情況下,緩沖電路可以吸收振蕩能量,顯著降低振蕩峰值電壓。雖然會(huì)增加損耗,但在保護(hù)MOSFET方面非常有效。需要根據(jù)短路時(shí)觀察到的振蕩頻率來選擇合適的R和C值,以達(dá)到最佳的阻尼效果。