包含寄生参数的振铃回路等效分析

rc缓冲电路常用在电源震荡节点处理,例如boost,buck电路中。
一、使用的原因
由于寄生参数的存在,开关电源电路在开关动作瞬间会产生开关振铃,振铃的存在,可能使得开关管承受的电压超过其耐压值而发生击穿,严重的还会带来传导辐射问题,导致系统不能正常工作。我们可以看到在sw节点的波形上升沿处测得的振铃尖峰。
二、包含寄生参数的振铃回路等效
展示了包含主要寄生电感和电容的buck电路,rcsnubber(r和 csnub)放置在开关节点和gnd 节点之间.
首先由于开关过程在极短时间(从数个纳秒至数十个纳秒)完成,在此过程中电感 l 的电流几乎不变,故 l 和 l p2(包括串联的 l p6)不参与振铃。其次,在振铃使得幅值超过 v i 后,上管 mosfet 的沟道已完全打开,cq 被短路,也不参与振铃。故最终的振铃回路由图 3 左虚线方框中电路组成。该电路可等效成图 3 中 lc 谐振电路,新的 l r 和 cr 为 l p1、lp5,l p3, l p4, cd 等所有参与振铃的寄生感容的复合值。通常 snubber 的 csnub 取值在数 nf 以上,在振铃频率 f r(加了 snubber 后)下的阻抗很小。以
csnub=2.2nf, f r =150mhz 为例,阻抗为 1/(j*2πfr *csnub)=-0.48jΩ。而 r 一般在数欧姆以上,故 figure 3左可进一步近似等效为 figure 3 右。
由于寄生参数的存在,开关电源电路在开关动作瞬间会产生开关振铃
三、等效模型下的snubber参数计算
故为使电路电路为阻尼振铃,r 的取值为
figure 4 给出了不同电阻值的仿真对比。仿真条件为:l p1=l p5=10nh,l p3=l p4=2nh, csnub=10nf,cd =200pf.当r等于时,电压振幅最低。
同时,csnub 越大,在 rc snubber 并联到 cr 后,实际等效的 cr 会更大,意味着同样的阻尼电阻对振 铃抑制效果越好。
四、snubber 设计方法
第一步,需要确定图 figure 3 中的 l r 和 cr。首先测量初始振铃频率。
然后在 snubber 将要放置的位置上,放置一个 cadd,如图 7 所示,因此新的可测得的振铃频率表达式为
以上两式中,仅 l r 和 cr 为未知量,故可通过两式联立,解得 l r 和cr .
第二步,选取合适的 r 值,使得 r 值近似于
注意,电阻的封装应考虑散热。使得电阻功率等级大于电阻上损耗。电阻损耗表达式为,
第三步,选择合适的电容值 csnub。如前文所说,电容值的选择是振幅抑制和控制损耗的折中。可选择以式(11)作为起点,根据损耗情况和振幅抑制效果,进行进一步的调整:增大电容抑制振幅,减小电容提高效率。

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