探討DC/DC轉換器中實際電路模型和開關節(jié)點的振鈴

在探討DC/DC轉換器的PCB板布局之前，需要了解實際的印刷電路板中存在寄生電容和寄生電感。它們的影響之大超出想象，即使電路沒錯，因布局而產生無法按預期工作的情況，往往是因為對它們的考慮不足。本次就“開關節(jié)點的振鈴”來驗證其主要原因。在設計實際的布線圖形時，對寄生成分等的處理無處不在。

本章中還就以下項目進行說明，要理解各項目需要參考前后相關項目，因此下面列出包括計劃在內的項目一覽。

實際的電路模型和開關節(jié)點的振鈴

下圖表示同步整流型降壓型DC/DC轉換器電路的寄生電容和寄生電感。即藍色的C和L。在實際的電路中，存在印刷電路板的寄生電容和寄生電感，開關ON時及OFF時產生如示意圖所示的高頻振鈴。

印刷布線的電感值每1mm約1nH左右。也就是說，如果布線過長（多余布線），布線電感值將增高。此外，開關用MOSFET的上升（tr）及下降（ｔf）時間一般為數(shù)ns。因寄生成分而產生的電壓和電流可通過以下公式計算。

另外，10nH約10mm?？此坪苄〉木嚯x，但電流越大產生的電壓也越大。

此外，由公式可知，MOSFET的tr和tf越短，電流和電壓都越大。tr和tf越快速，過渡損耗越低，可提高效率，但更容易產生振鈴。

振鈴的頻段可按 ｆ＝1/小時 來計算。假設tr和tf為5ns，則周期可認為是10ns，頻段為100MHz，一般的開關頻率多為500kHz～1MHz，因此產生其100～200倍的高頻。

接下來介紹因本電路模型的寄生成分產生怎樣的電流。首先是高邊MOSFET導通時的示意圖。寄生電容C2被充電，寄生電感L1～L5積蓄能量，當開關節(jié)點的電壓等于VIN時，積蓄于L1～L5的能量與C2產生諧振，發(fā)生較大振鈴。

其次，高邊MOSFET關斷時，同樣寄生電容C2被充電，寄生電感L1～L5積蓄能量，當開關節(jié)點的電壓幾乎接近GND水平時，積蓄于L1～L5的能量此次與C1產生諧振，發(fā)生較大振鈴。寄生電感中積蓄的能量和諧振頻率可按右下公式進行計算。

電感L4由CBYPASS的特性決定。另外，L3和L5受PCB板布局的影響很大。本電路是開關晶體管外置型的電路示例，使用開關晶體管內置型IC時，L1、L2、C2取決于其IC，為固定值，與PCB板布局無關。

綜上所述，實際的印刷電路板中存在電路圖中沒有的成分，因此，比如開關節(jié)點中如果布局不當，會隨著開關而產生較大振鈴，可能導致無法正常工作或噪聲較多等問題?，F(xiàn)在應該明白關于PCB板布局經常提到的“布線要短”的原因了。后續(xù)將介紹具體的配置和布線方法。

關鍵要點：

?實際的印刷電路板中，存在電路圖中沒有的寄生電容和寄生電感。

?寄生成分可能引發(fā)振鈴等問題。

?PCB板布局要記住這些要點，爭取最佳布局。