Part 01 前言

在BUCK電路中，咱們硬件工程師們常常會遇到一個(gè)棘手的問題：開關(guān)節(jié)點(diǎn)SW在開關(guān)瞬間會產(chǎn)生劇烈的電壓振蕩和過沖，專業(yè)名稱振鈴Ringing。這種振鈴不僅是電磁干擾EMI的主要來源，其電壓尖峰還可能超過MOSFET或者BUCK芯片SW引腳的耐壓極限，導(dǎo)致器件損壞，危害不可謂不大。

接下來我們就結(jié)合理論分析以及仿真波形來驗(yàn)證解決SW節(jié)點(diǎn)振鈴的方法。

Part 02 SW節(jié)點(diǎn)振鈴的原因

要解決問題，必先溯其根源。SW節(jié)點(diǎn)的振蕩是怎么來的呢？其本質(zhì)是電路板上看不見的寄生電感Lp和寄生電容Cp形成了一個(gè)LC諧振回路，在開關(guān)管高速開關(guān)的激勵(lì)下產(chǎn)生的阻尼振蕩。

那寄生電感Lp是怎么來的呢？它主要來源于功率回路的PCB走線、元器件尤其是MOSFET的引腳和封裝。在高側(cè)MOSFET關(guān)斷、低側(cè)MOSFET導(dǎo)通的瞬間，環(huán)路電流的變化率di/dt極高，這條路徑上的寄生電感便被激發(fā)了。

寄生電容Cp怎么來的呢？它主要由低側(cè)MOSFET的輸出電容COSS和PCB的雜散電容構(gòu)成。當(dāng)高側(cè)MOSFET導(dǎo)通時(shí)，低側(cè)MOSFET處于關(guān)斷狀態(tài)，其COSS在SW節(jié)點(diǎn)和地之間尤為突出。

當(dāng)電源高速開關(guān)時(shí)，就會激勵(lì)這個(gè)由Lp和Cp組成的LC諧振，從而形成了我們觀測到的高頻振蕩。

下面是一個(gè)異步BUCK電源電路，輸出電壓是5V

通過仿真我們可以得到SW節(jié)點(diǎn)的仿真波形：

可以發(fā)現(xiàn)SW節(jié)點(diǎn)沒有出現(xiàn)振鈴，為了模擬出振鈴，我們在二極管上串聯(lián)一個(gè)電感，模擬寄生電感：

重新觀察SW節(jié)點(diǎn)波形：

可以發(fā)現(xiàn)SW節(jié)點(diǎn)明顯出現(xiàn)了振鈴。

Part 03 如何解決振鈴呢？

解決振鈴，大家相信第一反應(yīng)都是加個(gè)電容再串聯(lián)個(gè)電阻，也就是Snubber電路，那Snubber電路的電阻和電容該怎么選呢？有兩種方法，一種是試湊法，啥叫試湊法呢？就是放個(gè)10nF的電阻，再串聯(lián)個(gè)10nF的電容，看看效果，效果不好咱就接著換，一邊試，一邊觀察振鈴，直到湊出來一個(gè)有效果的電容值和電阻值，過程當(dāng)然是麻煩點(diǎn)。另一個(gè)方法就是理論計(jì)算方法，字?jǐn)?shù)較多，這里不做贅述，改日另開文章專門介紹。接下來我們就在SW節(jié)點(diǎn)放置一個(gè)10nF電容和10Ω的電阻：

看看SW節(jié)點(diǎn)波形的變化：可以看出SW節(jié)點(diǎn)負(fù)向的振鈴已經(jīng)沒了。

1nF電容和10Ω的電阻：SW節(jié)點(diǎn)負(fù)向的振鈴又出現(xiàn)了

20nF電容和10Ω的電阻：SW節(jié)點(diǎn)關(guān)斷時(shí)間增加了

修改電阻，效果似乎不大，Snubber對下面紅圈中的振鈴始終沒啥改善，大家有什么好方法嗎？歡迎評論，改天我們再聊聊這個(gè)問題。