开关电源SW节点振荡
输入回路
输入回路很多人都是按照传统的RLC串联谐振电路来分析(如上图),这个模型是不太合适的, 开关节点并不是常说的RLC串联谐振电路 而是一个带负载的二阶系统,
之所以有振荡是因为上下管的开通关断过程都有一定的时间,在这个时间内管子是一个动态的可变电阻, 也就是这个电阻和引脚的寄生电感,下管的寄生电容组成的二阶系统引起的振荡。
二阶系统导致振荡的原因就是阻尼比不合适,有人会说下管即将打开瞬间下管电阻很大,阻尼比岂不是很小,超调量岂不是很大,其实并不是,因为BUCK电源后面是一个LC,后面其实可以看作一个有占空比决定的动态负载,这个负载是负阻性的,其与下管的瞬态电阻共同作用来决定阻尼比的大小。
所以要避免振荡的关键就是增加阻尼比,增加阻尼比并不容易,因为开关电源生产好后其寄生参数是固定的,所以通常我们会在SW节点增加RC电路来调节这个最优阻尼比,具体怎么选择RC也可以通过振荡波形来算出一个大致值的值,再通过微调得到最优值。
这里补充一点,导致SW节点振荡的原因并不一定只是输入回路,电源输入引脚以外的干扰信号也会导致SW节点的振铃产生,譬如输入电容选择的不合适,尤其是BUCK,上管导通瞬间其上本身就有振荡源的存在,进入芯片后这个振荡源会被放大,导致SW节点处有振荡存在。
开关电源BUCK电路SW节点电压尖峰产生原因
如下,为典型BUCK电路等效电路图:
在主功率开关管Q1由关态进入开态时,Q1导通瞬间,正在导通的VD突然被加上反向电压,在瞬间会产生非常大的反向恢复电流,即从SW到GND会产生很大的di/dt,通过计生电感L2会产生很高的电压幅值(在SW节点)。
且,之后L1、L2与VD反向恢复时的等效电容C产生谐振,进而引发更高的电压尖峰,且伴随着振铃现象。
NOTE:本质上是因为1.寄生L和C(储能元件)的特点;2.体二极管正向续流阶段突然加上反向电压导致。
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