horoscope's blog

过冲的产生#

开关切换极快（大约几个纳秒），电流变化率 di/dt 巨大。而功率回路里到处存在寄生电感：PCB 走线、封装引脚、电容自身的等效串联电感（ESL），加起来构成一圈功率回路电感。根据公式：

$V_{\text{过冲}} = L_{\text{寄生}} \times \frac{di}{dt}$

巨大的电流变化率加在寄生电感上，就产生一个电压尖峰。

振铃的产生#

寄生电感（$L_{\text{寄生}}$）和 MOS 管的输出电容（$C_{OSS}$）组成一个 LC 谐振回路。开关跳变相当于给这个谐振回路一个激励，它就以固有频率来回振荡：

$f_{\text{振铃}} = \frac{1}{2\pi\sqrt{L_{\text{寄生}} \times C_{OSS}}}$

振铃频率通常在几十到几百 MHz。

• 寄生电感越大 → 过冲越高
• 开关速度越快（di/dt 越大）→ 过冲越高、振铃越严重

击穿 MOS 管#

过冲尖峰叠加在输入电压上。MOS 管的耐压需要留降额余量（通常按 80% 使用），过冲和振铃轻则加速 MOS 老化，重则直接击穿。

EMC 辐射超标#

几十到几百 MHz 的振铃，能量集中在高频，顺着 PCB 走线和器件引脚当天线往外辐射，导致辐射测试超标。它还会耦合进旁边的敏感电路变成噪声，导致射频灵敏度下降、音频出现底噪。

带宽要足够#

振铃频率在几十到几百 MHz，所以示波器和探头的带宽至少要 500 MHz ~ 1 GHz。带宽不够等于给信号加了低通滤波器，把尖峰衰减，测出来的过冲比真实值小很多。

使用短地弹簧（最关键）#

如果用探头自带的鳄鱼夹长地线去量开关节点，长地线本身就是一根大电感，它跟探头输入电容组成一个谐振回路，测出来的振铃不是电路本身的，而是由于测试方法不当造成的。

正确做法：用短地弹簧，笔尖点在开关节点上，弹簧就近点在最近的功率地上，让环路面积尽可能小。这样量到的才是真实过冲和振铃。

减小功率回路#

把输入端的高频陶瓷电容尽量贴近上下管放置，让开关回路的面积最小。回路面积小 → 寄生电感小 → 过冲和振铃从根本上减小。

增加 RC 缓冲电路（Snubber）#

在下管两端并联一个 RC 串联电路，给振铃提供阻尼，把谐振能量耗散掉。代价是产生少量额外功耗。

减慢开关边沿#

加大栅极驱动电阻，减小 di/dt。代价是开关损耗增加、效率下降。

更换元件#

选 $C_{OSS}$ 更小、封装寄生电感更低的 MOS 管，或者直接用集成功率模块。