升压转换器开关节点的振铃最小化-PMP-便携式电源应用

展示了升压转换器开关节点上的实测曲线，时间刻度 (time scale) 为 5 ns/div。测量所使用的示波器及
示波器探针具有至少 500 MHz 的带宽，近似为所估算的 200 MHz 振铃频率的 2 倍。示波器探针的接地环
路做了最小化，以避免感应拾取(inductive pick-up)造成测量结果的失真。由于 VIN = 3.3 V 且 VOUT = 5 V，因
此转换节点的峰值电压不应大于 VOUT + VDIODE≈5.7 V，但是开关节点上振铃的峰值幅度为 9.8 V，有可能损
坏低侧开关。
在设计方面，电源设计人员具有多种方法来实现振铃的最小化。如果采用控制器，设计人员应同时选用具
有最小寄生电容的 FET 及二极管，并通过板载布线，最大程度的减小两个开关与电感之间的距离，从而使
LPAR2 和 LPAR3 最小化。此外，设计人员还可以通过减小 FET 电源引脚与电源接地点或接地层之间的距离来实
现 LPAR1 的最小化。通过将大输出电容尽可能地靠近二极管的阴极和接地电源放置，还将使得 LPAR4 及 LPAR5
最小化。介于输出值（0.01 mF – 2.2 mF）和接地电源之间的高频旁路电容 (COUT-BYP) 来最小化振铃。在输出
与电源地之间连接0.01 mF – 2.2 mF 的高频旁通电容[COUT-BYP]也是推荐的方法。
由于电路板的尺寸限制或是由于集成 FET 电源 IC 所具有的内部 CPAR#、LPAR1、LPAR2 及 LPAR3，改进板载布线
的方法不一定可行，因此需要一个缓冲电路(snubber)——由 RSNUB 及 CSNUB 组成，从开关节点至电源地。该
缓冲电路是一个能量吸收电路，用于消除开关闭合时电路寄生电感所引起的电压毛刺。当开关闭合时，缓
冲电路为流经电路寄生电感的电流提供一条替代的接地通路，从而抑制了电压瞬变并降低了寄生电容上的
后继起振铃。
该应用报告的其余部分逐步讲述了在无明显减少开关关断的上升时间或降低整体效率的情况下，如何确定缓冲电路元件的大小以抑制振铃。

在确定了由寄生电感 [LΣPAR#] 及寄生电容 [CΣPAR#] 所引起的振铃频率（fINIT = 217 MHz）之后（如图 2 的实
测波形所示），在开关节点与接地之间连接适当的电容[CADD]，可降低振铃频率至?。如图 3所示，在添加
了 300 pF 电容后，振铃频率为 113 MHz。

4. Boost Converter Switch Node After Snubber is Added
Note that the ringing now is gone, the peak amplitude of the ringing is reduced by 1.8 V to 8 V, a 20%
reduction, and the switch turnoff time was decreased by only 2 ns. The designer could incrementally
increase CSNUB until the switch node corner begins to round (implying that the LΣPAR#, CSNUB, and RSNUB
circuit is critically damped with a Q = 1). However, as CSNUB increases, the energy absorbed by the
snubber increases, and therefore the power that RSNUB must dissipate increases, while the boost
converter efficiency decreases. The power that RSNUB must dissipate is computed as PSNUB = ? CSNUB×
VPK
2× fSW where VPK is the reduced peak amplitude and fSW is the boost converter switching frequency.
The designer must ensure that the RSNUB’s package is large enough to dissipate this power. In general,
choosing CSNUB at the next standard value above the amount needed to reduce the oscillation frequency
by ? [CADD] results in approximately a 20% reduction in peak amplitude while only decreasing peak
efficiency by a few percent.
4 Minimizing Ringing at the Switch Node of a Boost Converter SLVA255–September 2006
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图 . 添加缓冲器之后升压转换器开关节点上的振铃曲线
可以看到现在振铃基本消除，振铃的最大振幅降低至8V，降幅1.8V，缩减比例为20%，并且开关关断时间
仅缩短 2ns。设计人员可逐步地增加 CSNUB 值，直到开关节点振铃曲线的拐点幅度逐渐逼近地电平（即在
Q=1 时，LΣPAR#，CSNUB，以及 RSNUB 电路实现了有效的抑制）。然而随着 CSNUB 值的增加，缓冲电路所吸收
的能量相应的增加， RSNUB 所消耗的功率也相应增大，降低了升压转换器的效率。RSNUB 的功耗可由公式计
算得出 PSNUB = ? CSNUB×VPK
2×fSW，其中，VPK 为减少后的峰值振幅，fSW为升压转换器的转换频率。设计人
员必须确保 RSNUB 的封装 (package) 足够大以满足散热需求。总的来说，以大于振荡频率减半 (1/2 [CADD]) 所
需的下一标准值为标准来选取 CSNUB，既可使峰值振幅降低 20% 左右，峰值效率的降幅也不会特别明显。

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