图7:在自举电路上增加串联电阻
通过降低上桥MOSFET开关的导通速度可使Buck转换器开关波形和电流脉冲的上升时间增加,这可通过给Cboot增加一只串联电阻Rboot来实现,如图7所示。Rboot的取值与上桥MOSFET的尺寸有关,对于大多数应用来说,5~10Ω就足够了。对于较小的MOSFET,它们具有较高的Rdson,较大的Rboot值是容许的。在高占空比的应用中,太大的Rboot值可能导致Cboot充电不足,甚至可能导致电流检测电路的不稳定。另外,较低的MOSFET导通速度也将增加开关损耗,从而导致效率的下降。
在MOSFET外置的设计中��电阻�可被串接到上桥MOSFET的栅极上,这就可以同时增加上桥的导通时间和截止时间。
当上桥MOSFET Q1被关断的时候,电感电流会对Q1的寄生输出电容进行充电,同时对Q2的寄生输出电容进行放电,直至开关切换节点电位变得低于地电位并使Q2的体二极管导通。因此,下降时间基本上是由电感峰值电流和开关节点上的总寄生电容所决定的。
图8显示出了一个常规设计中的Buck转换器IC中的寄生元件。
图8
这��寄生电容�是由MOSFET的Coss和相对于基底之间的电容共同构成的,另外还有寄生电感存在于从IC引脚��晶圆�内核之间的连接线上,这些寄生元件和PCB布局所导致的寄生电感与输入滤波电容上的ESL一起将导致开关切换波形上的高频振铃信号。当MOSFET Q1导通时,开关节点信号上升沿的振铃信号主要就由Q2的Coss和MOFET开关切换路径上的总寄生电感(LpVIN LpGND LpLAYOUT ESLCIN)导致。当MOFET Q1截止时,开关节点信号下降沿的振铃信号主要由Q1的Coss和下桥MOSFET源极到地之间的寄生电感(LpGND)导致。
图9
图9显示了一个具有快速上升时间和下降时间的开关节点波形,其上升沿和下降沿都存在振铃信号。由于寄生电感中的储能等于½∙I2∙Lp,所以振铃信号的幅度将随负载电流的增加而增加。此信号的频率范围通常在200~400MHz之间,可导致高频EMI辐射。过度的振铃信号通常意味着较大的寄生电感,说明需要对PCB布局设计进行检查、修正,以便对环路较大或对VIN和/或地线路太窄的问题予以修正。元件的封装也会影响振铃状况,打线方式的封装会有比晶圆倒装方式的封装更大的寄生电感存在,因为邦定线的电感会大于焊点的电感,其表现就会更差一些。
RC缓冲抑制电路添加RC缓冲电路可有效地抑制振铃现象,同时会造成开关切换损耗的增加。
RC缓冲电路应当放置在紧靠开关节点和功率地处。在使用外部MOSFET开关的Buck转换器中,RC缓冲电路应当直接跨过下桥MOSFET的漏极和源极放置。图10示范了RC缓冲电路的放置位置。
图10
缓冲电阻Rs的作用是对寄生LC振荡电路的振荡过程施加足够的抑制能力,其取值取决于意欲施加的抑制强度和L、C寄生元件的参数,可由下式予以确定 :