mos管在高頻開(kāi)關(guān)變換器中，設(shè)計(jì)人員面臨著處理開(kāi)關(guān)噪聲的共同挑戰(zhàn)。特別是當(dāng)高側(cè)Mosfet打開(kāi)時(shí)，之前處于導(dǎo)電狀態(tài)的低側(cè)FET的體二極管關(guān)閉。在關(guān)閉過(guò)程中，體二極管產(chǎn)生峰值反向恢復(fù)電流，然后突然斷開(kāi)。
mos管由于電路中寄生電感雖小但有限，反向恢復(fù)電流會(huì)在電路中循環(huán)，直至損耗。這將導(dǎo)致mos管電壓超調(diào)和振鈴的相位節(jié)點(diǎn)，這是非常不可取的。如果超調(diào)足夠嚴(yán)重，低側(cè)FFT可能再次打開(kāi)或進(jìn)入雪崩擊穿。另一方面，振鈴可能會(huì)導(dǎo)致相對(duì)于地面的負(fù)尖峰，這些尖峰可能會(huì)耦合到負(fù)載中的敏感電子元件上，導(dǎo)致故障。一個(gè)明顯的解決方案是使用一個(gè)集成肖特基的低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管如 SR-FET。肖特基的反向恢復(fù)電流要小得多，這就減少了電路中的循環(huán)能量。
在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，降低開(kāi)關(guān)噪聲的最佳方法是減小寄生電感。mos管寄生電感的來(lái)源是輸入電容和開(kāi)關(guān)器件之間的長(zhǎng)徑跡，此外，功率包內(nèi)的連接線也造成了不需要的電感。應(yīng)該遵循良好的布局實(shí)踐，例如將旁路電容器非常靠近開(kāi)關(guān)設(shè)備的引線，將主電流回路的面積最小化。低源電感的封裝，如Ultra SO-8，應(yīng)該用于開(kāi)關(guān)噪聲是主要考慮的地方。
然而，在實(shí)際mos管電路中，寄生電感不能完全消除。在大型復(fù)雜系統(tǒng)(如計(jì)算機(jī)主板)中實(shí)現(xiàn)理想的布局可能并不容易。在這些情況下，一個(gè)實(shí)際的解決振鈴問(wèn)題的辦法是一個(gè)緩沖器跨相位節(jié)點(diǎn)到地面。在這里，我們將考慮簡(jiǎn)單的RC緩沖器，并描述如何設(shè)計(jì)一個(gè)最佳性能。
上面的原理圖是一個(gè)同步降壓變換器的簡(jiǎn)化圖。所有的寄生電感被集中在一起，顯示為L(zhǎng)ckt。如上所述，它們包括微量電感和封裝電感。帶Lck環(huán)的寄生電容主要來(lái)自于處于關(guān)斷狀態(tài)的低側(cè)場(chǎng)效應(yīng)晶體管的輸出電容Coss。我們的目標(biāo)是計(jì)算Rsnub和Csnub的值以及緩沖電阻的額定功率。該方法將通過(guò)一個(gè)實(shí)例加以說(shuō)明。這些波形是在主板上的一個(gè)輔助同步降壓轉(zhuǎn)換器中得到的，該轉(zhuǎn)換器為DDR存儲(chǔ)器供電。輸入5V，輸出1.8V/5A。FET在D-Pak中是AOD484。下圖顯示電路中沒(méi)有任何緩沖器的嚴(yán)重鈴聲。峰值超調(diào)是輸入電壓的三倍。
特性阻抗
從經(jīng)典電路理論可知，緩沖電阻m的最優(yōu)值等于LC電路的特性阻抗。在這種情況下，電容值是knov從FET數(shù)據(jù)表，但電感分布在整個(gè)pc板，很難預(yù)測(cè)。確定Lckt的一種實(shí)用方法是詳細(xì)觀察振鈴波形并測(cè)量其頻率。上圖右上角的波形顯示了118m或8.5 nS周期的振鈴頻率。
Tring = 2 * π * SQRT (Lckt * Coss) or, having measured Tring Lckt = Tring2 / (4 * π2 * Coss)
mos管AOD44數(shù)據(jù)表給出了在VDS＝15V時(shí)COS值為142 pF。然而，COSs是一個(gè)函數(shù)。在較低的電源電壓下，VDS和VDS會(huì)顯著升高。在我們的5V電源下，它接近220 pf，從特征曲線上看。使用該值，計(jì)算LCKT為8.3 NH自由振蕩電路的特性阻抗為sqrt（lckt/coss）6 ohm。這是衰減振蕩所需電阻的有效值。考慮到一些電路中已經(jīng)存在電阻，我們可以選擇5歐姆作為緩沖電阻。
緩沖電容值是一種折衷。較大的電容器將提供過(guò)阻尼。減少振蕩次數(shù)。但電容器也能儲(chǔ)存1/2的CV2和每一個(gè)周期都會(huì)對(duì)效率產(chǎn)生邊際效應(yīng)。一個(gè)有用的參數(shù)是sNub xCSub時(shí)間常數(shù)，表示為振鈴周期Trp的倍數(shù)。這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)做法是使用3或更高的倍數(shù)。
Csnub = 3 x Tring / Rsnub
在我們的mos管例子中，csnub的最小值是4.7nf。在主板中，10 nF的值是選擇提供額外的阻尼。因?yàn)檩斎胫挥?伏，所以不會(huì)造成過(guò)大的損耗在減震器里。下面左邊的圖片顯示了一個(gè)低值緩沖器2nf+1的效果歐姆。將其與右側(cè)的減震器進(jìn)行比較，減震器的優(yōu)化值為10 nF+5 Ohm
最后，緩沖電阻的大小應(yīng)能耗散電容器中儲(chǔ)存的能量Psnub = ½ * Csnub * Vin2 * Fsw
記住，fsw是轉(zhuǎn)換器的開(kāi)關(guān)頻率，而不是響鈴的開(kāi)關(guān)頻率。在我們的例子中開(kāi)關(guān)頻率為300 kHz，使功率損耗為37毫瓦，小于0.5%。輸出功率。
結(jié)論
值得重復(fù)的是，電路中的寄生電感分布在整個(gè)印刷電路板上并包括包裝導(dǎo)入。而緩沖元件的計(jì)算是假設(shè)的它們的有效值，沒(méi)有辦法把它們放在電路中提供理想的阻尼。減少過(guò)沖和響鈴的最好方法是將電路中的不良電感具有良好的布局實(shí)踐。選擇右下側(cè)具有低電感封裝和/或集成肖特基體二極管的FET將提供額外的好處。
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