snubber电路总结1

电阻的用法一、RC-SNUBBER电路Snubber电路中文为吸收电路。公司的板子上，其最常应用场合如下图所示。R492.21K1%UGATE_UE1C3622uF25V1C540.01uF50V1C460.1uF16V1C4710uF16VLGATE_UE1C3522uF25VVCC1_8DDRR48X_10K1%R462.2Ω5%+CE36470uF4V1C370.1uF16VR440Ω5%1C49X_0.01uF25V1C4522uF25VR5033K5%R511.78K1%+CE35470uF4V+CE34220uF10VMAX:11A1C481000PF50VUD_COMPOCP:13A1C5212PF50VDSGQ15FDD8896143VCC5+CE33220uF10V1C401000PF50VDSGQ14FDD8880143R398.2K1%21L41.7uH,13A,DCR6.36mΩ为了便于说明问题，将上图简化。实际的没有snubber的电路中各点的波形如下图所示。从上图的波形即客观现象表明在PHASE点会出现电压尖峰。这种尖峰会对L-MOS造成威胁，根据电源组同事的观察，有些板子的L-MOS经常烧坏或寿命大幅缩短，就是PHASE点电压尖峰造成的。实际测量没有SNUBBER的PHASE点波形如图所示（上图红圈内的波形放大）。造成电压尖峰及其危害的原因是什么呢？为了更严谨更准确说明电路的工作情况设想模型如下。上图分别是电路中寄生电感和MOS管极间等效电容的示意图。简化之后如下图。+-vMOS管的等效电容寄生电感线路上的等效电阻PHASE储能大电感滤波电容负载I上图虚线框内的是PHASE后的线路，由于有储能大电感的存在，瞬时变化的电流I不能通过进入虚线框内。所以对瞬时（高频）电压电流而言，其路径只能是通过L-MOS。为了验证这种设想的真实性，本文建立仿真模型进行验证。500p12L12nV1TD=30nsTF=PW=PER=V1=0TR=V2=5000V0V0VR10.10VIVV电压源是一个上升沿模仿H-MOS导通的动作。电容模仿L-MOS的等效电容大概有500pF。电感模仿电路上的寄生电感。电阻模仿线路上的等效电阻。仿真波形如下。红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。和实际没有snubber电路的PHASE点波形比较。可以发现两者在波形特征是很相似的。所以可以基本认为，设想的模型是能说明问题的。分析产生电压尖峰的原因。将上图放大。得下图。红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。时间段1（30ns~A）：H-MOS管导通，5V电压输入。寄生电感中的电流以正弦波的形式增大。同时这个增大的电流给L-MOS的等效电容充电，使得PHASE点的电压上升。时间段2（A~B）：当PHASE点电压达到5V时，则寄生电感两端的电压开始反向。但寄生电感中的电流不能瞬变，而是以正弦波的形式减小。这时这个减小的电流也在给L-MOS的等效电容充电，使得PHASE点的电压继续上升。时间段3（B~C）：当寄生电感中的电流减小到0时，L-MOS的等效电容刚好充电到最多的电荷形成PHASE点的电压极大值。此时PHASE点的电压大于输入电压，则电容开始放电PHASE点电压开始减小，电感的电流反向开始增大。时间段4（C~D）：当PHASE点电压减小到5V时，电感两端的电压有反向了，电流（标量）开始减小，电容中的点放完，但由于电感中的电流还存在，电容被反向充电。PHASE点电压继续下降。综上所述，电压尖峰是由于寄生电感不能瞬变的电流给L-MOS等效电容充电造成的。而振荡是由于电感和电容的谐振造成的。实际电路中多余的能量大部分是由L-MOS的内阻消耗的。这部分多余的能量等于PHASE点电压为5V时，电流在电感中对应的电磁能。由于等效电容很小，所以多余能量（电荷）能够在电容两端造成较大的电压。所以减小电压尖峰的方法是减小流入等效电容的电荷数量。对于振荡则可以选择阻尼电阻一方面减少振荡次数，一方面减小L-MOS的消耗能量。因此设计出了snubber电路。如图所示。+-vMOS管的等效电容寄生电感线路上的等效电阻PHASESnubber电容Snubber电阻IRC-snubber电路从两个方面去解决电压尖峰的问题。1、对PHASE点电压等于输入电压时的电感电流分流，这样使得流入L-MOS等效电容的电流大大减小。而snubber电容的容值选取较大，吸收了多余的能量后产生的电压不会太大。这样使得PHASE点的电压尖峰减小。2、RC中的电阻起到阻尼作用，将谐振能量以热能消耗掉。仿真结果如下500p12L12nV1TD=30nsTF=PW=PER=V1=0TR=V2=5000V0V0VR10.10V3000pR22.20VIIVV红色为PHASE点电压，黄色为PHASE点电流，绿色为输入电压。天蓝色为snubber分流的电流。所以RC-snubber电路的好处有：1、增强phase点的信号完整性。2、保护L-MOS提高系统可靠性。3、改善EMI。坏处：1、PHASE点电压等于输入电压时需要更多的能量，所以在每次开关时都要消耗更多的能量，降低了电源转换效率。2、RC选取不好就会起反作用。Snubber电路的位置选择。大家都知道snubber电路的摆放应该靠近PHASE点。但是有一个细节很有意思。看下图。图中的寄生电感共4个，给L-MOS造成影响的是上面3个，snubber电路接在PHASE点上。现在有两个问题1、H-MOS管的等效电容也应该有相似的电压尖峰效应怎么办？2、snubber电路无法保护第三个寄生电感的造成的过压，可是为什么实际上的吸收效果却很好？解释上面的问题，可以看一下这里用的MOS管封装便可知道。在电容总结里讲过，寄生电感主要分布在引脚和走线上。在电源线路的PCB走线是又宽又短的，所以这里的寄生电感主要来源于引脚封装。MOS管的漏极宽大的设计就是为了能够减小寄生电感（当然也可以利于散热），而源极寄生电感在正向导通时不会对MOS管的等效电容造成威胁。Snubber器件的选取。首先是电容，snubber电容的作用是为L-MOS等效电容分流而不产生大的过压，所以选取的容值要大于等效电容。但是它使得PHASE点电压等于输入电压时需要更多的能量，所以太大会降低电源的转换效率。这里需要折中考虑。下面是EC4-1811上1.8V的BUCK电路snubber电路的实验。如图所示。上图的snubber电路PHASE点波形（黄色）容值1000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。显然振荡减小了，可是电压尖峰去除的效果不好。所以我们将电容增大。上图PHASE点波形（黄色）容值2000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和上图比较电压尖峰去除的效果好了一些。再增大电容。上图PHASE点波形（黄色）容值3000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和上图比较电压尖峰去除的效果又好了一些。再增大电容。上图PHASE点波形（黄色）容值4000pF，电阻2.2欧姆。和没有snubber电路的PHASE点波形（白色）的比较。和所以上图比较电压尖峰去除的效果最好。波形较理想。电阻的选取。Snubber电阻的作用是阻尼作用。选小了，则PHASE点振荡会不容易消除。选大了，则会阻碍snubber电路吸收电流的能力，使得等效电容承受的电流增加，增大PHASE点的电压尖峰。下面是具体实验。电容都是4000pF，电阻分别是0；2.2；5；10。上图是2.2欧姆的PHASE点波形。上图是5欧姆的PHASE点波形。上图是10欧姆的PHASE点波形。从实验可以很清楚的看出snubber电阻取得大了会使snubber电路的功能丧失。其次，关于L-MOS内肖特基二极管的问题。如下图。body二极管肖特基二极管0.7V管压降0.3V管压降PHASE在H-MOS关断到L-MOS打开的死区内。续流是通过L-MOS旁并联的肖特基二极管实现的。负压尖峰是由于瞬时电流对L-MOS反向充电造成的。大概持续了25ns的-0.7V是因为肖特基二极管没有导通，电流从L-MOS的体内二极管通过的管压降。之后的-0.3V左右的负压是因为肖特基二极管导通的管压降造成的。之后L-MOS导通，管压降几乎为0。回顾之前的MOS总结，L-MOS往往两个并联的目的除了减小导通电阻外，还有减小电压尖峰（正；负）对L-MOS管的损伤，同时还起到备用的作用。