MOS驱动电路在输出短路状态,关断会SW节点振荡是怎么回事?

面包板社区 2025-08-17 19:17

当同步整流MOSFET电路的输出对地短路时,电路进入了一种非常态的工作模式。在这种情况下,振荡通常会更加剧烈,因为功率回路中的电流、电压变化率(di/dt、dV/dt)达到了极端值。

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那短路状态下SW节点振荡的机理是怎么样的呢?

在正常工作模式下,电感电流在死区时间内会流过下管,同步整流MOSFET的体二极管。当短路发生时,这个过程被放大,其影响也更加恶劣。

我们来分解一下这个过程:

1.输出短路:当输出端对地短路时,输出电压Vout几乎为0V。这意味着电感两端的电压差VL=Vsw - Vout ≈ Vsw。

2.上管导通时:上管导通,SW节点电压被拉到接近输入电压Vin。由于Vout为0,电感两端电压为Vin,电感电流呈线性上升趋势,且上升速度非常快(di/dt=Vin/L)。

3.上管关断时,也就是振荡发生时刻:

电感电流突然被切断:上管关断,试图切断电感电流。由于电感的阻碍,电流不能瞬间为零,它会寻找新的通路。此时,电感电流会流过同步整流MOSFET的体二极管。接着体二极管发生反向恢复,这是问题的核心!在正常工作时,体二极管导通的电流相对较小。但在短路状态下,电感电流已经上升到了一个极高值。当体二极管导通后,控制器会驱动同步整流MOSFET导通。为了关断体二极管,它会产生一个巨大的反向恢复电流。这个反向恢复电流是尖峰电压和振荡的直接激励源。

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这个巨大的反向恢复电流会流过功率回路中的各种寄生电感,比如MOSFET引脚电感、PCB走线电感。根据V=L·di/dt的关系,这个极大的di/dt会在寄生电感上感应出非常高的电压尖峰。这个电压尖峰与寄生电容,如下管的Coss,起形成一个高频、高能量的LC振荡回路。

如何优化这个问题呢?

极致地减小功率回路面积,将输入电容、上管、下管之间的连接走线做到最短、最宽,以最大限度地减小寄生电感,这是解决所有高速开关振荡问题的首要且最重要的手段。

增加Snubber缓冲电路,在SW节点和地之间并联一个RC缓冲电路。在短路这种极端情况下,缓冲电路可以吸收振荡能量,显著降低振荡峰值电压。虽然会增加损耗,但在保护MOSFET方面非常有效。需要根据短路时观察到的振荡频率来选择合适的R和C值,以达到最佳的阻尼效果。

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