snubber電路總結(jié)完整版

1、snubber電路總結(jié)電阻的用法一、 RC- SNUBBER 電路S nubber 電路中文為吸收電路。公司的板子上，其最常應(yīng)用場合如下圖所示。為了便于說明問題，將上圖簡化。實(shí)際的 沒有 snubber 的 電路中各點(diǎn)的波形如下圖所示。從上圖的波形即客觀現(xiàn)象表明在 PHASE 點(diǎn)會出現(xiàn)電壓尖峰。這種尖峰會對 L-MOS 造成威脅，根據(jù)電源組同事的觀察，有些板子的 L-MOS 經(jīng)常燒壞或壽命大幅縮短，就是 PHASE 點(diǎn)電壓尖峰造成的。 實(shí)際測量 沒有 SNUBBER 的 PHASE 點(diǎn)波形如圖所示 （上圖紅圈內(nèi)的波形放大） 。造成電壓尖峰及其危害的原因是什么呢？ 為了更嚴(yán)謹(jǐn)更準(zhǔn)確說明電路的工作

2、情況設(shè)想模型如下。上圖分別是電路中寄生電感和 MOS 管極間等效電容的示意圖。簡化之后如下圖。上圖虛線框內(nèi)的是 PHASE 后的線路，由于有儲能大電感的存在，瞬時變化的電流 I 不能通過進(jìn)入虛線框內(nèi)。所以對瞬時（高頻）電壓電流而言，其路徑 只能 是 通過 L-MOS 。為了驗(yàn) 證這種設(shè)想的真實(shí)性，本文建立仿真模型進(jìn)行驗(yàn)證。電壓源是一個上升沿模仿 H-MOS 導(dǎo)通的動作 。電容模仿 L-MOS 的等效電容大概有 500pF 。電感模仿電路上的寄生電感。電阻模仿線路上的等效電阻。仿真波形如下。 紅色為 PHASE 點(diǎn)電壓，黃色為 PHASE 點(diǎn)電流，綠色為輸入電壓。和實(shí)際沒有 snubber 電路

3、的 PHASE 點(diǎn)波形比較?？梢园l(fā)現(xiàn)兩者在波形特征是很相似的。所以可以基本認(rèn)為，設(shè)想的模型是能說明問題的。分析產(chǎn)生電壓尖峰的原因。將上圖放大。得下圖。 紅色為 PHASE 點(diǎn)電壓，黃色為 PHASE 點(diǎn)電流，綠色為輸入電壓。時間 段 1 （ 30nsA ）： H-MOS 管導(dǎo)通， 5V 電壓輸入。寄生電感中的電流以正弦波的形式增大。同時這個增大的電流給 L-MOS 的等效電容充電，使得 PHASE 點(diǎn)的電壓上升。時間段 2 （ AB ）：當(dāng) PHASE 點(diǎn)電壓達(dá)到 5V 時，則寄生電感兩端的電壓開始反向。 但 寄生電感中的電流 不能瞬變，而是 以正弦波的形式 減小 。 這 時這個 減小 的電流

4、 也在 給 L-MOS 的等效電容充電，使得 PHASE 點(diǎn)的電壓 繼續(xù) 上升。時間段 3 （ BC ）：當(dāng)寄生電感中的電流減小到 0 時， L-MOS 的等效電容剛好充電到最多的電荷形成 PHASE 點(diǎn)的電壓極大值。此時 PHASE 點(diǎn)的電壓大于輸入電壓，則電容開始放電 PHASE 點(diǎn)電壓開始減小，電感的電流反向開始增大。時間段 4 （ CD ）：當(dāng) PHASE 點(diǎn)電壓減小到 5V 時，電感兩端的電壓有反向了，電流 （標(biāo)量） 開始減小 ，電容中的點(diǎn)放完，但由于電感中的電流還存在，電容被反向充電。 PHASE 點(diǎn)電壓繼續(xù)下降。綜上所述，電壓尖峰是由于寄生電感不能瞬變的電流給 L-MOS 等效電

5、容充電造成的 。 而振蕩是由于電感和電容的諧振造成的。實(shí)際電路中多余的能量大部分是由 L-MOS 的內(nèi)阻消耗的。 這部分多余的能量等于 PHASE 點(diǎn)電壓為 5V 時，電流在電感中對應(yīng)的電磁能。由于等效電容很小，所以多余能量（電荷）能夠在電容兩端造成較大的電壓。所以減小電壓尖峰的方法是減小流入等效電容的電荷數(shù)量。對于振蕩則可以選擇阻尼電阻一方面減少振蕩次數(shù)，一方面減小 L-MOS 的消耗能量。 因此設(shè)計出了 snubber 電路。如圖所示。RC-snubber 電路從兩個方面去解決電壓尖峰的問題。 1 、 對 PHASE 點(diǎn)電壓等于輸入電壓時的電感電流分流，這樣使得流入 L-MOS 等效電容的

6、電流大大減小。而 snubber 電容的容值選取較大， 吸收了多余的能量后產(chǎn)生的電壓不會太大。這樣使得 PHASE 點(diǎn)的電壓尖峰減小。 2 、 RC 中的電阻起到阻尼作用，將諧振能量以熱能消耗掉。 仿真結(jié)果如下紅色為 PHASE 點(diǎn)電壓，黃色為 PHASE 點(diǎn)電流，綠色為輸入電壓。天藍(lán)色為 snubber 分流的電流。 所以 RC-snubber 電路的好處有： 1 、增強(qiáng) phase 點(diǎn)的信號完整性。 2 、 保護(hù) L-MOS 提高 系統(tǒng)可靠性。 3 、改善 EMI 。 壞處： 1 、 PHASE 點(diǎn)電壓等于輸入電壓時需要更多的能量，所以 在每次開關(guān)時都要消耗 更多的 能量 ， 降低 了 電

7、源轉(zhuǎn)換效率。 2 、 RC 選取不好就會起反作用 。S nubber 電路的位置選擇 。 大家都知道 snubber 電路的擺放應(yīng)該靠近 PHASE 點(diǎn)。但是有一個細(xì)節(jié)很有意思?？聪聢D。圖中的寄生電感共 4 個，給 L-MOS 造成影響的是上面 3 個， snubber 電路接在 PHASE 點(diǎn)上?，F(xiàn)在有兩個問題 1 、 H-MOS 管的等效電容也應(yīng)該有相似的電壓尖峰效應(yīng)怎么辦？ 2 、 snubber 電路無法保護(hù)第三個寄生電感的造成的過壓，可是為什么實(shí)際上的吸收效果卻很好？解釋上面的問題，可以看一下這里用的 MOS 管封裝便可知道。在電容總結(jié)里講過，寄生電感主要分布在引腳和走線上。在電源線

8、路的 PCB 走線是又寬又短的，所以這里的寄生電感主要來源于引腳封裝。 MOS 管的漏極寬大的設(shè)計就是為了能夠減小寄生電感（當(dāng)然也可以利于散熱），而源極寄生電感在正向?qū)〞r不會對 MOS 管的等效電容造成威脅。 S nubber 器件的選取。首先是電容， snubber 電容的作用是為 L-MOS 等效電容分流而不產(chǎn)生大的過壓，所以選取的容值要大于等效電容。但是 它使得 PHASE 點(diǎn)電壓等于輸入電壓時需要更多的能量，所以太大會降低電源的轉(zhuǎn)換效率 。這里需要折中考慮。下面是 EC4-1811 上 1.8V 的 BUCK 電路 snubber 電路的實(shí)驗(yàn)。如圖所示。上圖 的 snubber 電路

9、 PHASE 點(diǎn)波形（黃色）容值 1000pF ，電阻 2.2 歐姆。和沒有 snubber 電路的 PHASE 點(diǎn)波形（白色）的比較。顯然振蕩減小了，可是電壓尖峰去除的效果不好。所以我 們 將電容增大。上圖 PHASE 點(diǎn)波形（黃色）容值 2 000pF ，電阻 2.2 歐姆。和沒有 snubber 電路的 PHASE 點(diǎn)波形（白色）的比較。 和上圖比較 電壓尖峰去除的效果好 了一些 。 再 增大 電容 。上圖 PHASE 點(diǎn)波形（黃色）容值 3000pF ，電阻 2.2 歐姆。和沒有 snubber 電路的 PHASE 點(diǎn)波形（白色）的比較。和上圖比較電壓尖峰去除的效果又好了一些。再增大電

10、容。上圖 PHASE 點(diǎn)波形（黃色）容值 4000pF ，電阻 2.2 歐姆。和沒有 snubber 電路的 PHASE 點(diǎn)波形（白色）的比較。和所以上圖比較電壓尖峰去除的效果最好。波形較理想。 電阻的選取。 S nubber 電阻的作用是阻尼作用。選小了 ， 則 PHASE 點(diǎn)振蕩 會不容易消除。選大了，則會阻礙 snubber 電路吸收電流的能力，使得等效電容承受的電流增加，增大 PHASE 點(diǎn)的電壓尖峰。下面是具體實(shí)驗(yàn)。電容都是 4000pF ，電阻分別是 0 ； 2.2 ； 5 ； 10 。上圖是 2.2 歐姆的 PHASE 點(diǎn)波形。上圖是 5 歐姆的 PHASE 點(diǎn)波形。上圖是 10 歐姆的 PHASE 點(diǎn)波形。 從實(shí)驗(yàn)可以很清楚的看出 snubber 電阻取得大了會使 snubber 電路的功能喪失。其次，關(guān)于 L-MOS 內(nèi)肖特基二極管的問題 。如下圖。在 H-MOS 關(guān)斷到 L-MOS 打開的死區(qū)內(nèi)。續(xù)流是通過 L-MOS 旁并聯(lián)的肖特基二極管實(shí)現(xiàn)的。負(fù)壓尖峰是由于瞬時電流對 L-MOS 反向充電造成的。大概持續(xù)了 25ns 的 -0.7V 是因?yàn)?/p>