RC snubber即為電阻和電容組成的緩沖電路，它是Mosfet開關(guān)電路中極為常見的過沖和振鈴的解決方案。本文將按照下面的思路來探討下RC snubber的相關(guān)話題。
- Mosfet開關(guān)電路中的過沖和振鈴的影響及形成原因
- RC snubber電路的設(shè)計方法
- RC snubber電路的計算工具
一. Mosfet開關(guān)電路中的過沖和振鈴的影響及形成原因
在下面的Mosfet組成的半橋電路驅(qū)動感性負(fù)載時，經(jīng)常會在Vout上觀測到右側(cè)圖中的過沖和振鈴波形，這不期望的電壓不僅會對Mosfet及負(fù)載造成過壓的風(fēng)險，而且會增加Mosefet的開關(guān)損耗及電磁兼容中傳到及空間的輻射量。
要想解決這個問題，那么就要先了解過沖和振鈴的成因。實(shí)際應(yīng)用中，元件及電路的一些寄生效應(yīng)是不可忽視的，Mosfet中寄生的體二極管，PCB 走線電感和器件封裝電感等組成的寄生電感L_lk，以及Mosfet中C_oss等效出的寄生電容C_lk就是過沖和振鈴的罪魁禍?zhǔn)?。那么來看下他們是如?ldquo;作案”的？
電壓過沖的形成原因：
下面的電路的工作過程可以分解成幾個階段：
- T1之前：Mosfet M1由導(dǎo)通到關(guān)閉，體二極管D3進(jìn)入續(xù)流階段，體二極管中的電流IF為正，此時D3中的反向回復(fù)電荷增多。
- T1~T2：Mosfet M2導(dǎo)通，M2中電流升高，由于感性負(fù)載中的電流不能突變，所以體二極管中的電流IF下降。
- T2~T3：當(dāng)體二極管中的電流IF下降到零時，由于體二極管的方向恢復(fù)電荷需要重新組合，電流會繼續(xù)向負(fù)方向發(fā)展，直到重組完成，達(dá)到反向恢復(fù)最大電流I_rrm值。
- T3~T4：輸出電壓Vout將隨著Mosfet M2的完全導(dǎo)通而上升，M1體二極管D3的VF將達(dá)到最大，二極管反向截至，電流恢復(fù)到零，這一過程會引起輸出電壓的過沖。
- T4之后M1的提二極管D3完全關(guān)閉。
電壓振鈴的形成原因：
電路中寄生的電容C_lk和寄生的電感L_lk組成了LC震蕩電路，再加上體二極管產(chǎn)生的電壓過沖作為震蕩的激勵，所以輸出電壓將會出現(xiàn)文章開頭所示的振鈴現(xiàn)象。
二. RC snubber電路的設(shè)計方法
知道問題產(chǎn)生的機(jī)理，問題的解決就好辦的多了。我們可以選擇擁有較低反向恢復(fù)電荷的Mosfet元件，可以通過PCB走線的優(yōu)化降低寄生的電感，也可以通過RC snubber電路來快速將能量快速消耗掉。
加入RC snubber電路就是要調(diào)節(jié)LC振蕩器的阻尼系數(shù)，將能量快速釋放掉，縮短振鈴的幅值和時間。如下圖中，如果阻尼系數(shù)=0，則振蕩將無限期進(jìn)行下去，通常我們選擇阻尼系數(shù)=1進(jìn)行計算。
下面展示了不同RC的值對振鈴的抑制效果。PS：可以介紹LTspice仿真軟件進(jìn)行先期的調(diào)試，縮短問題解決時間。
可以根據(jù)下面表格中的“七步法”來進(jìn)行緩沖電路RC的確定。
三. RC snubber電路的計算工具
同時也提供了計算工具，為電路的設(shè)計帶來便捷，有需要的朋友在本文的下方下載。
希望本文的介紹能夠?qū)δ阌兴鶐椭?，歡迎在文章下方進(jìn)行留言討論。