(DC/DC) 开关节点的振铃

跳跃的开发板

在探讨DC/DC转换器的PCB板布局之前，需要了解实际的印刷电路板中存在寄生电容和寄生电感。它们的影响之大超出想象，即使电路没错，因布局而产生无法按预期工作的情况，往往是因为对它们的考虑不足。本次就“开关节点的振铃”来验证其主要原因。在设计实际的布线图形时，对寄生成分等的处理无处不在。
本章中还就以下项目进行说明，要理解各项目需要参考前后相关项目，因此下面列出包括计划在内的项目一览。
                       

                       

• 降压型转换器工作时的电流路径                       
  
• 开关节点的振铃                       
  
• 输入电容器和二极管的配置                       
  
• 散热孔的配置                       
  
• 电感的配置                       
  
• 输出电容器的配置                       
  
• 反馈路径的布线                       
  
• 接地                       
  
• 铜箔的电阻和电感                                               
  
• 噪声对策：拐角布线、传导噪声、辐射噪声                       
  
• 噪声对策：缓冲电路、自举电阻、栅极电阻               
  

       

实际的电路模型和开关节点的振铃
下图表示同步整流型降压型DC/DC转换器电路的寄生电容和寄生电感。即蓝色的C和L。在实际的电路中，存在印刷电路板的寄生电容和寄生电感，开关ON时及OFF时产生如示意图所示的高频振铃。

印刷布线的电感值每1mm约1nH左右。也就是说，如果布线过长（多余布线），布线电感值将增高。此外，开关用MOSFET的上升（tr）及下降（ｔf）时间一般为数ns。因寄生成分而产生的电压和电流可通过以下公式计算。

另外，10nH约10mm。看似很小的距离，但电流越大产生的电压也越大。

此外，由公式可知，MOSFET的tr和tf越短，电流和电压都越大。tr和tf越快速，过渡损耗越低，可提高效率，但更容易产生振铃。
振铃的频段可按 ｆ＝1/小时 来计算。假设tr和tf为5ns，则周期可认为是10ns，频段为100MHz，一般的开关频率多为500kHz～1MHz，因此产生其100～200倍的高频。

接下来介绍因本电路模型的寄生成分产生怎样的电流。首先是高边MOSFET导通时的示意图。寄生电容C2被充电，寄生电感L1～L5积蓄能量，当开关节点的电压等于VIN时，积蓄于L1～L5的能量与C2产生谐振，发生较大振铃。

其次，高边MOSFET关断时，同样寄生电容C2被充电，寄生电感L1～L5积蓄能量，当开关节点的电压几乎接近GND水平时，积蓄于L1～L5的能量此次与C1产生谐振，发生较大振铃。寄生电感中积蓄的能量和谐振频率可按右下公式进行计算。

电感L4由CBYPASS的特性决定。另外，L3和L5受PCB板布局的影响很大。本电路是开关晶体管外置型的电路示例，使用开关晶体管内置型IC时，L1、L2、C2取决于其IC，为固定值，与PCB板布局无关。
综上所述，实际的印刷电路板中存在电路图中没有的成分，因此，比如开关节点中如果布局不当，会随着开关而产生较大振铃，可能导致无法正常工作或噪声较多等问题。现在应该明白关于PCB板布局经常提到的“布线要短”的原因了。后续将介绍具体的配置和布线方法。

＜ 相关产品信息 ＞
                               

                                       

• 开关稳压器
  
• MOSFET                               
  

关键要点:

・实际的印刷电路板中，存在电路图中没有的寄生电容和寄生电感。
・寄生成分可能引发振铃等问题。
・PCB板布局要记住这些要点，争取最佳布局。

fidjia

学习了，解决了不少实际应用过程中的疑问