电源开关的电阻电容RC缓冲器设计

电源开关的电阻电容RC缓冲器设计电源开关是每个电源转换器的核心，其运作状况会直接决定产品的可靠度与效率为了增强电源转换器切换电路的效能，电源开关上设有缓冲器，以抑制电压尖波，并且降低开关开启时电路电感所产生的振铃正确设计缓冲器能提高可靠度、效率并且降低EMI在众多类型缓冲器中，电阻电容RC缓冲器是最常用的缓冲器电路本文说明电源开关为何需要缓冲器，并且会提供如何达到最佳化缓冲器设计的实用诀窍　　　　四种基本电源切换电路的图片　　图1四种基本的电源切换电路　　电源转换器、马达驱动器和电灯安定器使用的拓扑有相当多种图1指出四种基本的电源切换电路在这四种基本电路以及绝大多数的电源切换电路中，都有相同的开关、二极体、电感组成的网路，位於图中蓝色框线中此网路的特性在所有这些电路中都相同因此，即可使用如图2所示的简化电路，针对切换暂态期间的电源开关进行切换效能分析由於电感中的电流在切换暂态期间几乎不会改变，因此采用电流源取代电感，如图中所示此电路的理想电压和电流切换波形如图2所示　　　　简化的电源切换电路图片　　　　图2简化的电源切换电路及其理想的切换波形MOSFET开关关闭时，其电压会上升但电流IL会继续流通MOSFET，直到电源电压达到Vol为止二极体导通後，电流IL就会开始下降MOSFET开关导通时，情况则会相反，如图所示此类型切换称为「硬切换」在切换暂态期间，必须同时支援最大电压和最大电流因此在「硬切换」下，MOSFET会暴露在高应力中　　　　MOSFET开关关闭暂态下的电压过冲示意图　　图3MOSFET开关关闭暂态下的电压过冲示意图在实际电路中，因为有寄生电感Lp和寄生电容Cp所以切换应力会更高，如图4所示由於PCB布局和安装，Cp包含开关的输出电容和杂散电容Lp含有PCB布线的寄生电感和MOSFET引线电感来自电源元件的寄生电感和电容会形成滤波器，在发生关闭暂态後立即产生共振，因此会将过多电压振铃叠加到元件上，如图3所示为了抑制峰值电压，会在开关上采用典型RC缓冲器，如图4所示电阻值必须接近需减幅的寄生共振阻抗值缓冲器电容必须大於共振电路的电容，但也必须低至能将电阻的功率耗散维持在最小的程度　　　　电阻电容缓冲器的配置图　　　　图4电阻电容缓冲器的配置图　　有一个快速的RC缓冲器设计方法，可用於较不注重功率耗散的应用凭过往经验，选择等於开关输出电容加上预估安装电容之总和两倍的缓冲器电容Csnub选择缓冲器电阻Rsnub，使得Rsnub在指定切换频率fs下的功率耗散可依此估计　　若此简易且实际的设计不会明显限制峰值电压，即可套用最佳化程序　　RC缓冲器最佳化在注重功率耗散的情况下，则需使用更显着最佳化的设计方式首先需测量MOSFET开关节点SW在关闭时的振铃频率Fring在MOSFET上焊接100pF低ESR薄膜电容提高电容，直到振铃频率达到初始测量值的一半现在，由於振铃频率与电路的电感和电容乘积的平方根成反比，开关的输出电容总值（增加的电容加上原本的寄生电容）增加四倍因此寄生电容Cp则为外部附加电容值的三分之一现在，即可使用下列方程式求得寄生电感Lp　　求得寄生电感Lp和寄生电容量Cp後，即可依据下列计算方式选择缓冲器电阻Rsnub和电容Csunb　若有需要，可进一步微调缓冲器电阻以降低振铃　Rsunb在指定切换频率fs下的功率耗散为　　透过这些计算值，即可完成电源供应器开关缓冲器的设计，并在应用中实施本文引用自集合在线前沿论坛http://bbs.jhbom.com/showtopic-

94.aspx。