有時,一個小小的降壓轉換器在開關MOSFET的關斷期間就可以引起像「教堂鐘聲一樣響亮的振鈴」,正如下圖中SPICE模型的上部波形所示。然而,只需要添加一個二極體即可輕鬆解決這個振鈴問題,如圖中下方的波形圖所示。

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有人擔心添加這個抗振鈴二極體會造成額外的功耗,確實如此。但是,任何設計都會有利弊權衡的問題,對吧。

在我以前的電路設計中,有時候也會適當地使用這種二極體。但這是否適合你的設計,還是由你自己來決定吧。

以下是EDN美國主編John Dunn和他的讀者之間的問答互動,本刊整理出來供大家參考。如果你有任何設計觀點,歡迎與EDN中文版的讀者分享。

@ apummer945 電路中那個C4是甚麼用途?只要去掉它,振鈴馬上就會消失。

@ dllaffer 我在設計中從來沒有遇到過由EMI效應引起的波形振鈴問題。除了使波形看起來更好些外,添加那個二極體是否還有其他用途?

@ John Dunn 在出現這個問題的實際元件中,振鈴非常強烈,使MOSFET體二極體將電流脈衝帶回到了直流輸入端。當時我們還沒有遇到EMI問題,但似乎是傳導輻射問題一個可能的原因,這比較容易避免。

另一個問題是,我們不確定是否應該允許MOSFET體二極體進行任何電流的傳輸。在一個與此無關的電路設計中,我們需要選擇MOSFET。一個MOSFET供應商提醒我們,在其三種不同系列的MOSFET產品中,其中兩種允許體二極體導通電流,第三個就不行。

俗話說得好,再謹慎也不為過。

@ tedMiller 1.我在琢磨介於D3和L2之間的節點(節點1?)會不會發生什麼。你已經阻止了存儲能量的路徑,所以電壓可能會更高。我會考慮在節點1和節點6(原供電端)之間添加一個二極體,這將鉗制節點1的峰值電壓,並可能會耗散一個電流信號中存儲的能量。

2.我想知道為什麼需要C6。根據我的經驗,應該最小化節點6和地之間的電容,因為這裡任何電容都有可能在某個時刻引起振鈴。另外,除非你的源端是感性的(當然你不希望這樣),否則你將會看到由Q1引起的電流脈衝。

@ Michael Dunn 確切地說,10nF是怎麼回事?除非它是一個諧振轉換器,否則我們不會在一個轉換器中使用LC儲能電容。而顯示出的振鈴正好是10nF和5uH的組合引起的。

@ John Dunn 那個10nF電容確實是一個製造麻煩的傢伙。它是振鈴的一部分,也代表開關MOSFET中的Ids脈衝,二者都不是我們想要的。

但是,當我嘗試去除它時,由EMI效應引起的各種不穩定性就出現了。即使沒有那個可惡的電容,仍然會有一些振鈴發生,可能是由MOSFET的節點電容引起的,這仍然需要增加二極體來抑制。

@ skal_jp 我的理解可能不正確,但這個設計給我的印象是,當降壓轉換器的負載很小時,在V1上就會發生振鈴,使轉換器進入「輕負載模式」。我在想,如果要避免這種振鈴,是不是應該根據負載大小來確定轉換器的合適大小。

你所描述的現象是不是這樣的?如果不是,通過增加二極體來改變正常行為,會不會有額外的風險?

@ John Dunn 那個客戶遇到的振鈴在任何負載情況下都存在。這是在MOSFET開關週期的關閉期間發生的,包括在功率高達100W的滿負荷情況下。

@ ebpDoug 要對這個電路有深入的理解,還有很多東西需要探討。

我經常使用降壓轉換器,電壓比這個高很多或低很多的情況都有,但從來沒有遇到過這種振鈴問題。

一個500V的FET是很不尋常的,除非電路的電壓比標明的要高得多。

增加一個二極體引起的功耗可能很小,絕對在容許範圍內,比如對於1A 100W的輸出功耗低於1W。但也可能很嚴重,比如在3.3V/30A情況下效率減損極大(在這種情況下440μF電容配上100毫歐ESR是很不合適的)。

在任何負載下出現這種振鈴現象都非常明顯地表明轉換器處於非連續工作模式,即使在全功率。這也很奇怪,除非有一些特別的原因,否則就表明電路中有不適當的元件,比如電感不足。

透過一個電阻將開關節點接地是不正確的。如果沒有這個電阻,而仍然存在不穩定的問題,原因肯定可以排查出來。正如其他人所提及的,RC緩衝電路snubBer是合適的,對功效應該沒什麼影響。應該檢查一下洩漏電感。線路佈局也應該仔細檢查,以確保環路面積最小化,而且要確保電源通路的電流沒有進入控制電路。還必須檢查柵極驅動通路,包括FET源極通路。

增加這個二極體可能是抑制振鈴的一個辦法,但我認為這不是一個好的解決辦法。

@ John Dunn 我想這個電路表明,我們生活在一個不完美的世界,無論是我們所做的事,還是對事情的描述,可能都是不完美的。

首先,這不是客戶的真實電路。我把這個電路類比放在一起,以顯示LC所發生的現象。振鈴就像大笨鐘一樣,是必須抑制的現象。增加一個二極體的作用就在於此。

IRF450不是客戶的MOSFET。我只是隨手拿來用於類比演示。

那個電容確實就在那裡。客戶已經把它放進電路設計中了,但是當我試圖將其拿掉時,出現了開關不穩定的現象。

如果要拿掉那個電容,重新設計電路的研發費用很高。

我在設計中看到了其他一些緩解因素,可能防止MOSFET不受電容脈衝電流影響,但我不敢完全確定這一點。不過,好像一切都還可以,轉換器工作也正常,所以就這樣啦。

(參考原文: Anti-Ringing Diode,by John Dunn)