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一文看看如何解决BUCK电路尖峰过大的问题？
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buck电路是初学电路设计最常接触，也是最容易上手的电路。设计过程中难免会遇到各种问题。其中buck电路尖峰过大，下管尖峰高就是其中最关键的问题。本文主要针对buck电路尖峰过大的问题，对解决方案进行了详解。希望能对初学者有所帮助。
图1 首先让我们先来看例子，图1只是用来说明拓扑，参数请不要作为参考。图2为测试图片，其中黄色通道为下管应力，绿色的为上管开通的时刻，尖峰随功率的增加而增加。
图2 现在能验证的是10Ω+1nF的RC吸收对尖峰基本不起作用，改变下管的驱动电阻没有作用，只有把上管的驱动电阻增加到100Ω，下管的尖峰才会有所减少，在功率部分，电压尖峰和PCB布局有很大关系。画出把两个功率回路就能非常清晰的看到。这里指的是需要考虑功率回路的杂散电感等参数的影响。还有一个就是需要考虑上下MOSFET驱动直通的风险。
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对于上管的DS上升过快，对下管驱动造成的干扰，如果没有超过下管gs开通门限是没有问题的。增加死区并不会减少干扰，只减慢关断速度，或者对尖峰进行钳位增加死区时间是没有用的，通过硬件调节电容把死区时间由原来的1uS增加到2.5us，带来的只是一个震荡，尖峰并没有减小的趋势，这个震荡有办法消除嘛？图3是下管的对应的GS和DS。 A: ^0 |* n3 v) |# K
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图3 增加上管的驱动电阻，要80Ω以上，DS上升时间要达到3us左右，对应的下管尖峰才会有明显改善，但损耗会变得较大。同时驱动电阻加大，关断速度变慢，从而使DI/DT变小，由寄生电感导致的电压尖峰也自然变小。不过驱动电阻增加，效率会有所降低，所以需要特别关注管子的热问题。 - ^# g _# f+ k9 P
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可以看到硬件调节电容是并在下管的G极上，这个电容要并在上管上才有消除尖峰的作用。实际上加电容实现的是移相，一边死区大了另一边的直通也大了所有最好还是通过软件调真正的死区，最终要实现的是下管先关断并延迟1-3us后上管再开启。
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总的来说，Buck续流管存在的这种尖峰问题可以通过以下三个方法来解决。第一、可通过并联TVS管解决（简单有效，但是要牺牲效率）；第二、可通过加有源吸收的方式解决（线路要复杂一点，但基本不会牺牲效率）。第三、加RCD无源吸收（简单，但参数需要优化）。- Y$ ?& H2 a$ X ?5 \
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从效果和成本上来看，方法一最简单省事，方法二效果最好，方法三最便宜。
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4 R' J" r. }. `! M/ o本质上这个尖峰是上管source到续流管之间的杂散电感L,与续流管ds之间的杂散电容C，还有上管的导通电阻R，产生的RLC谐振，阻尼系数为ξ＝0.5*R*√C/L，当阻尼系数ξ＜0.01时，那个尖峰的峰值接近输入电压的两倍，从RLC入手，朝阻尼系数增大的方向努力，比如增大R,减小L,增大C（改善布局，续流管并电容，换导通电阻大一点的上管）。2 T: _' J3 D3 s g
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其实只要尖峰电压不超过管子的安全电压，就是安全的，但EMI就会较差。% B2 M: q. Z7 O" A" H
( S! e) S6 C+ ?! P. b5 r本篇文章介绍了buck电路中的电路尖峰问题解决，并通过举例的方式帮助广大读者进行理解。希望大家在阅读过本篇文章之后能够有所收获，运用文章中的知识去解决实际中遇到的问题。
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发表于 2020-1-21 09:08
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