电源设计

前言——开关节点振铃 为什么电源板子总炸？新焊好的电源，刚开始一段时间正常，但是用多一会，MOS 管就星火漫天，炸管不断。导致这个现象的部分原因，是这篇文章将要讲解的内容——开关节点振铃。DCDC 中，存在一个电流节点，开关过程中，这个节点存在大电流的电流换向，导致了电压过冲等现象的发生，容易烧坏器件。想要规避这类现象的发生，我们需要了解它的产生原理，发生场景等，再去想方设法地去解决。本文用 LTspice 仿真软件，详细探究振铃背后的秘密。 1 开关节点振铃是什么 下图是 BUCK（降压）电路的基本拓补，如红圈所示位置是开关节点。 在 DCDC 工作过程中，开关 S1 由 PWM 控制器控制，一开一关。电路有两种工作状态： S1 闭合，电流 I1 流进节点，I2 为 0 S1 开路，电流 I2 流进节点，I1 为 0 观察下面仿真波形图，理想状态下，I1 和 I2 应只有一条支路有电流，此时开关节点电压也为规整的方波。 但是正常来说，实际上我们制作出来的 DCDC，开关节点电压并不会这么规整，下图所示是振铃的仿真图形。 由上图，能看出，在开关电源的上升沿处出现了一个很高电压的尖峰，放大上升沿部分，可以发现上升沿出现了一个逐步衰减的高频震荡。相较于理想方波，这种现象对器件来说非常不友好，如果不加以控制，可能会导致 MOS 管或者二极管击穿烧毁的现象，影响电源的稳定性。 开关节点的振铃现象可以分为上冲和下冲，如上图所示是上冲现象，下冲现象也将在下文详细分析。 2 震荡如何产生 在电路里面，只要是震荡，基本都和 LC 回路有关，实际应用中震荡产生的原因基本都是由于电路布线布局瑕疵而产生的杂散电容电感引起。 如图所示 LC 震荡回路，当在电压源给予 LC 电路高频脉冲时，电路便会引发震荡，震荡的频率取决于 LC 回路的特征频率。 $$f=\frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$ DCDC 中，连续快速开关，开关的上升沿和下降沿相当于给整个电路一个高频激励，引发 LC 谐振回路震荡。接下来，要解析震荡产生的原因，只需在 BUCK 电路中找出存在 LC 杂散的回路即可。 ...