大家好，我是硬件微講堂。很高興能分享我的第3篇原創(chuàng)文章。
上周發(fā)了關(guān)于信號(hào)振鈴(一) 的文章，正好這周在一個(gè)微信群里看到小張問到有關(guān)振鈴的波形問題。
小李說是阻抗不匹配(不連續(xù))導(dǎo)致產(chǎn)生振鈴。
另外，小王也發(fā)出來之前遇到過的類似波形，予以求證原因。而小趙站出來說，這個(gè)并不是阻抗不匹配，不能用這個(gè)理論解釋。
可以看出，大家對(duì)這個(gè)現(xiàn)象還是很感興趣，同時(shí)也有很大疑慮，所以我覺得有必要再聊一聊。
SW在什么情況下會(huì)出現(xiàn)振鈴？
既然小張說是電源上的SW，那么我們就找個(gè)電源分析下這個(gè)SW。
下圖是用TI的LMR14020搭建的Buck電路。仿真軟件是TINA-TI。Vin=20V，Vout=3.3V，Imax=2A。
(點(diǎn)擊可查看高清大圖)
當(dāng)我們把負(fù)載Rload設(shè)置為3.3Ω，即輸出電流為1A時(shí)，獲得的VSW和Iinductor波形如下圖所示：
當(dāng)我們把負(fù)載Rload設(shè)置為66Ω，即輸出電流50mA(輕載)時(shí)，獲得的VSW和Iinductor波形如下圖所示：
看著下面的Vsw是不是有點(diǎn)像小王發(fā)出來的SW波形，由于這個(gè)仿真波形是用放大后的截圖，不可避免的有些波形細(xì)節(jié)不能體現(xiàn)。我們?cè)儆梅抡媸静ㄆ骺纯碫sw實(shí)時(shí)的波形，如下圖所示：
Vsw仿真的示波器波形非常接近小王發(fā)出來的實(shí)際示波器波形，如下圖。
通過這個(gè)對(duì)比，我們基本可以得出階段性結(jié)論：Vsw上的振鈴波形是在電源負(fù)載輕載下獲得的。在正常負(fù)載或重載下，則不會(huì)出現(xiàn)振鈴。
但是，如果你要問多大算輕載，多大算重載，這是個(gè)好問題，但不好意思，我無法回答。因?yàn)槊總€(gè)電源系統(tǒng)帶載能力不同，負(fù)載屬性也不同(有的純阻性，有的偏感性)，所處工作環(huán)境不同，對(duì)電源系統(tǒng)的狀態(tài)也有影響。
SW為什么會(huì)出現(xiàn)振鈴？
說到為什么SW會(huì)出現(xiàn)振鈴，上周的文章中講到振鈴可以從兩個(gè)維度來分析。
維度1：從傳輸線理論維度，信號(hào)反射，是阻抗不連續(xù)導(dǎo)致的！
維度2：從LC諧振維度，LC有發(fā)生串聯(lián)諧振，LC諧振的選頻特性將信號(hào)狀態(tài)切換時(shí)的高次諧波頻率分量選出并放大，疊加到基波上進(jìn)而形成振鈴。
前面小李說的“阻抗不匹配”，這個(gè)不能說沒道理，只是我個(gè)人覺得，在這里用傳輸線的理論來解釋不合適，而從LC諧振維度去分析更為合適。
細(xì)心的小伙伴會(huì)發(fā)現(xiàn)，在上面仿真的Vsw和Iinductor波形之間存在對(duì)應(yīng)關(guān)系。如下圖所示：
紅色區(qū)域，標(biāo)記為①，Vsw為高電平，此時(shí)Buck的MOS管(上管)導(dǎo)通，Vin給電感L和負(fù)載充電，所以電感電流Iinductor上升。
通過電感的公式，也可以理解，此時(shí)電感電流以一定斜率(di/dt)上升，所以電感上表現(xiàn)的電壓Vsw為一個(gè)固定值。
藍(lán)色區(qū)域，標(biāo)記為②，Vsw為低電平，測試Buck的MOS管(上管)關(guān)斷，由電感儲(chǔ)存的能量來給負(fù)載供電，并靠二極管來續(xù)流，完成通路。所以此時(shí)電感電流Iinductor下降。
同樣結(jié)合公式，電感電流以一定斜率(di/dt)下降，所以Vsw也表現(xiàn)為一個(gè)固定值。
橙色區(qū)域，標(biāo)記為③，Vse表現(xiàn)為振蕩，此時(shí)電感內(nèi)儲(chǔ)存的能量已釋放完，電流已基本為零，引起二極管續(xù)流截止。理論上此時(shí)回路斷開，不存在閉合回路。但是由于電感周圍存在很多寄生電容，如PCB的分布電容、二極管的寄生電容等，形成了LC振蕩回路。
同樣結(jié)合公式，電感電流Iinductor降為0，對(duì)于di/dt卻是發(fā)生了巨變。L恒定，則V也發(fā)生巨變，產(chǎn)生很大的反向電動(dòng)勢。由于電感回路存在阻抗，所以這個(gè)振蕩表現(xiàn)為帶阻尼的振蕩，由此振鈴出現(xiàn)！
總 結(jié)
1、SW在什么情況下出現(xiàn)振鈴：Vsw上的振鈴波形是在電源負(fù)載輕載下獲得的。在正常負(fù)載或重載下，則不會(huì)出現(xiàn)振鈴。
2、SW為什么會(huì)出現(xiàn)振鈴：在這里用傳輸線的理論來解釋不合適，而從LC諧振維度去分析更為合適。
闡述了Vsw和Iinductor波形曲線的三個(gè)區(qū)域，并分析了各自出現(xiàn)的原因。其中區(qū)域③出現(xiàn)振蕩，是因?yàn)榧纳碾娙菖c電感形成LC振蕩回路，產(chǎn)生很大的反向電動(dòng)勢。同時(shí)由于回路中存在阻抗，所以表現(xiàn)在帶阻尼的振蕩，即振鈴出現(xiàn)。
怎么樣？一個(gè)簡短的問題，給出的回答可淺可深，就看你對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？
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文章中的搭建的仿真工程文件，詳見附件，可免費(fèi)獲取。仿真軟件：TINA-TI。