在实际的开关电路中,会存在很多的寄生参数,当高边开关被打开或关闭时,在寄生电感器中积累的能量会在输入回路中引起共振,并且,寄生元件的非常小的值就可以使共振频率超过几百MHz,导致EMI的恶化,常用的解决措施是在开关节点上增加阻容缓冲电路-RC Snubber。
如下表所示的7个步骤使用了一种常见的方法(参考文献[1]),即改变振铃的谐振频率来计算电路的寄生电容(Co)和电感(L),进而就可以计算出snubber电路中的电容(Csnub)和电阻(Rsnub)。
一个典型案例描述如下(参考文献[2]):
用示波器测量开关节点处的谐振频率,在这个例子中,测量得到频率为217.4 MHz;
将开关节点与接地之间的电容CP0连接起来,如图所示,并确定一个使振铃频率可以降低2倍时的电容值,即217.4 MHz的一半频率,作为实验结果,观察到一个680 pF的CP0电容,可以使振铃频率降低到108.7 MHz;
由于CP0的引入,导致谐振频率降低了50%,根据Step 4的公式,可知寄生电容CP2的计算如下:
再根据Step 5的公式,可知寄生电感Lp的计算如下:
根据Step 7的公式,计算共振的特性阻抗,为了简化计算,不考虑任何线路的损耗,只使用理想的实际值:
为了减弱振铃,需要将缓冲电阻Rsnub设置为等于谐振Z的特性阻抗,在本例中,选择的值为3.3Ω。
根据Step 6的公式,选择比寄生电容CP2大3倍的缓冲电容Csnub,本例中,对1~4倍的电容进行了对比,由于实际选型的容值限制,最终选择470pF、680pF、1000pF进行了结果对比,结果显示RC snubber的应用可以抑制振铃,并且在电容为680 pF时得到了最好的波形改善效果。
最后,还需要对器件的功耗进行计算,在本例中,输入电压VIN为5V,开关频率fSW为1 MHz,Rsnub的消耗功率计算如下:
建议使用额定功率大于计算功率2倍的缓冲电阻。
参考文献
[1] Technical Article - Power Tips: Calculate an R-C Snubber in Seven Steps, TI;
[2] Switching Regulator Series - Snubber Circuit for Buck Converter IC, ROHM.