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如何解決BUCK電路尖峰過(guò)大的問(wèn)題?

發(fā)布時(shí)間:2015-08-11 責(zé)任編輯:echolady

【導(dǎo)讀】buck電路是初學(xué)電路設(shè)計(jì)最常接觸,也是最容易上手的電路。設(shè)計(jì)過(guò)程中難免會(huì)遇到各種問(wèn)題。其中buck電路尖峰過(guò)大,下管尖峰高就是其中最關(guān)鍵的問(wèn)題。本文主要針對(duì)buck電路尖峰過(guò)大的問(wèn)題,對(duì)解決方案進(jìn)行了詳解。希望能對(duì)初學(xué)者有所幫助。

如何解決BUCK電路尖峰過(guò)大的問(wèn)題?
圖1
 
首先讓我們先來(lái)看例子,圖1只是用來(lái)說(shuō)明拓?fù)?,參?shù)請(qǐng)不要作為參考。圖2為測(cè)試圖片,其中黃色通道為下管應(yīng)力,綠色的為上管開通的時(shí)刻,尖峰隨功率的增加而增加。

如何解決BUCK電路尖峰過(guò)大的問(wèn)題?
圖2
 
現(xiàn)在能驗(yàn)證的是10Ω+1nF的RC吸收對(duì)尖峰基本不起作用,改變下管的驅(qū)動(dòng)電阻沒(méi)有作用,只有把上管的驅(qū)動(dòng)電阻增加到100Ω,下管的尖峰才會(huì)有所減少,在功率部分,電壓尖峰和PCB布局有很大關(guān)系。畫出把兩個(gè)功率回路就能非常清晰的看到。這里指的是需要考慮功率回路的雜散電感等參數(shù)的影響。還有一個(gè)就是需要考慮上下MOSFET驅(qū)動(dòng)直通的風(fēng)險(xiǎn)。

對(duì)于上管的DS上升過(guò)快,對(duì)下管驅(qū)動(dòng)造成的干擾,如果沒(méi)有超過(guò)下管gs開通門限是沒(méi)有問(wèn)題的。增加死區(qū)并不會(huì)減少干擾,只減慢關(guān)斷速度,或者對(duì)尖峰進(jìn)行鉗位增加死區(qū)時(shí)間是沒(méi)有用的,通過(guò)硬件調(diào)節(jié)電容把死區(qū)時(shí)間由原來(lái)的1uS增加到2.5us,帶來(lái)的只是一個(gè)震蕩,尖峰并沒(méi)有減小的趨勢(shì),這個(gè)震蕩有辦法消除嘛?圖3是下管的對(duì)應(yīng)的GS和DS。

如何解決BUCK電路尖峰過(guò)大的問(wèn)題?
圖3
 
增加上管的驅(qū)動(dòng)電阻,要80Ω以上,DS上升時(shí)間要達(dá)到3us左右,對(duì)應(yīng)的下管尖峰才會(huì)有明顯改善,但損耗會(huì)變得較大。同時(shí)驅(qū)動(dòng)電阻加大,關(guān)斷速度變慢,從而使DI/DT變小,由寄生電感導(dǎo)致的電壓尖峰也自然變小。不過(guò)驅(qū)動(dòng)電阻增加,效率會(huì)有所降低,所以需要特別關(guān)注管子的熱問(wèn)題。

可以看到硬件調(diào)節(jié)電容是并在下管的G極上,這個(gè)電容要并在上管上才有消除尖峰的作用。實(shí)際上加電容實(shí)現(xiàn)的是移相,一邊死區(qū)大了另一邊的直通也大了所有最好還是通過(guò)軟件調(diào)真正的死區(qū),最終要實(shí)現(xiàn)的是下管先關(guān)斷并延遲1-3us后上管再開啟。

總的來(lái)說(shuō),Buck續(xù)流管存在的這種尖峰問(wèn)題可以通過(guò)以下三個(gè)方法來(lái)解決。第一、可通過(guò)并聯(lián)TVS管解決(簡(jiǎn)單有效,但是要犧牲效率);第二、可通過(guò)加有源吸收的方式解決(線路要復(fù)雜一點(diǎn),但基本不會(huì)犧牲效率)。第三、加RCD無(wú)源吸收(簡(jiǎn)單,但參數(shù)需要優(yōu)化)。

從效果和成本上來(lái)看,方法一最簡(jiǎn)單省事,方法二效果最好,方法三最便宜。

本質(zhì)上這個(gè)尖峰是上管source到續(xù)流管之間的雜散電感L,與續(xù)流管ds之間的雜散電容C,還有上管的導(dǎo)通電阻R,產(chǎn)生的RLC諧振,阻尼系數(shù)為ξ=0.5*R*√C/L,當(dāng)阻尼系數(shù)ξ<0.01時(shí),那個(gè)尖峰的峰值接近輸入電壓的兩倍,從RLC入手,朝阻尼系數(shù)增大的方向努力,比如增大R,減小L,增大C(改善布局,續(xù)流管并電容,換導(dǎo)通電阻大一點(diǎn)的上管)。

其實(shí)只要尖峰電壓不超過(guò)管子的安全電壓,就是安全的,但EMI就會(huì)較差。

本篇文章介紹了buck電路中的電路尖峰問(wèn)題解決,并通過(guò)舉例的方式幫助廣大讀者進(jìn)行理解。希望大家在閱讀過(guò)本篇文章之后能夠有所收獲,運(yùn)用文章中的知識(shí)去解決實(shí)際中遇到的問(wèn)題。

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