snubber电路总结.docx

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snubber电路总结

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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。

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。

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。

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。

RC-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

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。

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。