降压转换器开关节点高频振荡抑制方法二
发表时间：2025-04-25 浏览次数：2
引言
在降压转换器中，MOSFET 开通与关断瞬间，由于 MOSFET 自身的寄生参数以及 PCB 走线的寄生参数，如寄生电 感和寄生电容等存在的原因，开关节点在开关动作瞬间会产生高频振荡，如图 1 所示。过高的振荡会增加损耗、加重 EMI 干 扰，甚至击穿芯片影响系统的稳定工作。本文介绍了另一种抑制开关节点高频振荡的方法。
RC 缓冲电路的引入
为了尽可能的抑制高频震荡，添加 RC 缓冲电路为最常用的方法之一。图 2 展示了包含主要寄生电感和电容的异步降压 转换电路，RC 缓冲电路放置在开关节点和 GND 节点之间。该电路主要用来抑制 Q1 开通瞬间的高频振荡，而该高频振荡 也是绝大多数过压问题和 EMI 问题的源泉。
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 上的电流可以认为几乎不变，所以 L 和Lp2 以及串联的Lp6 不参与振铃。其次，在高频振荡使得 SW 处的幅值超过Vi后，上管 MOSFET 的沟道已完全打开， C1 被短路，也不参与高频振荡。因此最终参与高频震荡的只有Lp1 ，Lp3 ，Lp4 ，Lp5 ，CD 这些寄生参数。
RC 缓冲电路的等效模型及参数计算
上述图 2 参与高频振荡的回路可等效成下图 3 中的 LC 谐振电路，LR 和CR 为Lp1 ，Lp3 ，Lp4 ，Lp5 ，CD 所有参与振铃 的寄生电感和寄生电容的复合值；通常 RC 缓冲电路中的 C 取值在数 nF 左右，在高频振荡的频率fR（加了 RC 缓冲电路后） 下的阻抗很小，因此图 3 可以进一步近似等效为图 4。由图 4 的等效电路，可得到，
（根据图 4 所示等效电路， 其中 UC 为 R 两端的电压），故为使图 4 电路为临界阻尼振荡，R 的取值为
同时，C 越大，意味着同样的阻尼电阻对高频振荡的抑制效果越好。但是当电容达到一定程度至后，电容的增加而高频振荡 抑制的效果提供却并不显著，究其原因，在 RC 缓冲电路支路，电路电抗为
时，此后 C 的进一步增大对电路可以忽略。同时 C 越大，BUCK 电路的损耗会越大，效率会越差，且 RC 缓冲电路中电阻 的损耗与 C 的大小有关，电阻的损耗计算公式为
结论
根据上文的等效模型，我们可以得出一个实用快捷的 RC 缓冲电路设计方法。第一步，需要确定图 4 中的LR 和CR 。首 先测量初始高频振荡频率，初次测得的频率的表达式为：
以DEMO 板为例，测试条件为 VIN=12V，VOUT=5V，IOUT=1A。第一步，通过示波器读出开关上升沿波形， 如图 6，可知f1 =79MHz；第二步，在 DEMO 板开关节点位置处对 GND 增加一个新的 100pF 的电容，新的开关上升沿 波形如图 7，可知f2 =68MHz，故可解得LR=15.3pH，CR =263.3nF。再根据式（5）算出R=3.8mΩ，故可取R=4mΩ，再 由式（6）选择接近的C=2.2nF。最后得到的振铃如图 8 所示，可见振铃幅度大大减弱。由于 RC 缓冲电路放置在开关节点和 GND 节点之间，在上电瞬间 RC 电路上是会产生一个高的瞬态冲击电流的，为了减小此处的瞬态冲击电流，通常情况下 我们推荐选择阻值较大的电阻。图 9 为 DEMO 板开关节点处添加 R=10Ω，C=2.2nF 后的开关波形。
在降压转换器中，MOSFET 开通与关断瞬间，由于 MOSFET 自身的寄生参数以及 PCB 走线的寄生参数，如寄生电 感和寄生电容等存在的原因，开关节点在开关动作瞬间会产生高频振荡，如图 1 所示。过高的振荡会增加损耗、加重 EMI 干 扰，甚至击穿芯片影响系统的稳定工作。本文介绍了另一种抑制开关节点高频振荡的方法。
RC 缓冲电路的引入
为了尽可能的抑制高频震荡，添加 RC 缓冲电路为最常用的方法之一。图 2 展示了包含主要寄生电感和电容的异步降压 转换电路，RC 缓冲电路放置在开关节点和 GND 节点之间。该电路主要用来抑制 Q1 开通瞬间的高频振荡，而该高频振荡 也是绝大多数过压问题和 EMI 问题的源泉。
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 上的电流可以认为几乎不变，所以 L 和Lp2 以及串联的Lp6 不参与振铃。其次，在高频振荡使得 SW 处的幅值超过Vi后，上管 MOSFET 的沟道已完全打开， C1 被短路，也不参与高频振荡。因此最终参与高频震荡的只有Lp1 ，Lp3 ，Lp4 ，Lp5 ，CD 这些寄生参数。
RC 缓冲电路的等效模型及参数计算
上述图 2 参与高频振荡的回路可等效成下图 3 中的 LC 谐振电路，LR 和CR 为Lp1 ，Lp3 ，Lp4 ，Lp5 ，CD 所有参与振铃 的寄生电感和寄生电容的复合值；通常 RC 缓冲电路中的 C 取值在数 nF 左右，在高频振荡的频率fR（加了 RC 缓冲电路后） 下的阻抗很小，因此图 3 可以进一步近似等效为图 4。由图 4 的等效电路，可得到，
（根据图 4 所示等效电路， 其中 UC 为 R 两端的电压），故为使图 4 电路为临界阻尼振荡，R 的取值为
同时，C 越大，意味着同样的阻尼电阻对高频振荡的抑制效果越好。但是当电容达到一定程度至后，电容的增加而高频振荡 抑制的效果提供却并不显著，究其原因，在 RC 缓冲电路支路，电路电抗为
时，此后 C 的进一步增大对电路可以忽略。同时 C 越大，BUCK 电路的损耗会越大，效率会越差，且 RC 缓冲电路中电阻 的损耗与 C 的大小有关，电阻的损耗计算公式为
结论
根据上文的等效模型，我们可以得出一个实用快捷的 RC 缓冲电路设计方法。第一步，需要确定图 4 中的LR 和CR 。首 先测量初始高频振荡频率，初次测得的频率的表达式为：
以DEMO 板为例，测试条件为 VIN=12V，VOUT=5V，IOUT=1A。第一步，通过示波器读出开关上升沿波形， 如图 6，可知f1 =79MHz；第二步，在 DEMO 板开关节点位置处对 GND 增加一个新的 100pF 的电容，新的开关上升沿 波形如图 7，可知f2 =68MHz，故可解得LR=15.3pH，CR =263.3nF。再根据式（5）算出R=3.8mΩ，故可取R=4mΩ，再 由式（6）选择接近的C=2.2nF。最后得到的振铃如图 8 所示，可见振铃幅度大大减弱。由于 RC 缓冲电路放置在开关节点和 GND 节点之间，在上电瞬间 RC 电路上是会产生一个高的瞬态冲击电流的，为了减小此处的瞬态冲击电流，通常情况下 我们推荐选择阻值较大的电阻。图 9 为 DEMO 板开关节点处添加 R=10Ω，C=2.2nF 后的开关波形。
