CCM和DCM模式下SW节点振铃的原因解析

本文摘要：（由ai生成）

本文通过两次问题投票活动，分析了Buck电路中SW节点振铃现象的主要原因。在问题1中，53%的同学认为振铃由寄生电感Lp引起，而正确答案是功率电感L不参与，振铃主要由寄生电感Lp在CCM模式下，下管关断至上管导通瞬时时段引起。问题2询问DCM模式下SW节点振铃的电感主要贡献者，正确答案是功率电感L。文章强调了高频振铃对EMI和MOS管电气应力的影响，并提供了相关学习资料链接。投票结果显示，对问题1的理解较为准确，而问题2的正确答案与投票结果有较大偏差。

近期，发起了两次问题投票活动，同学们踊跃参加，这里首先感谢下各位的积极配合。我们先来看下投票的情况，再来分析问题。

   

问题1投票情况

   

   

问题1：如下图所示，Buck电路的SW节点振铃是由LC谐振产生，问这里提到的“L”主要贡献者是谁？

53%的同学选择了B：寄生电感Lp（含PCB和器件的分布电感）；

27%的同学选择了C：功率电感L+寄生电感Lp，两者都是；

9.2%的同学选择了A：功率电感L；

剩下的同学吃瓜。

可以看出选B和C的同学，加起来占80%。B和C都有寄生电感Lp，说明80%的同学认为Lp有参与，纠结点就在于功率电感L到底有没有参与。相对应，有不到10%的同学认为只有L做贡献，没有Lp。

   

问题1的答案和解析

   

   

那答案到底是什么呢？答案应该是B。

分析这个问题，尤其要关注振铃出现的位置、时刻和所在回路。因为在Buck电源中出现振铃的位置有多种可能，如果处理不好，在驱动回路和功率回路都可以出现振铃。

通过波形分析，问题1中的振铃是功率回路，而且是发生CCM模式下，在下管关断，上管导通这段时间内，更精准的说法是下管关断，上管刚刚导通这个状态切换的瞬时时段，通常只有几ns。

出现振铃时，发生了LC谐振，是肯定的，必然有电感的参与。而问题1的重点就在于谁是主要贡献者。通过波形来看，振铃的振荡频率很高，通常在100~400MHz，上图示例在151MHz左右。在这几个ns时间内，上下开关管可以完成切换动作，电压可以完成从低到高的变化；但电感电流不能突变，功率电感L中的电流根本来不及变化。所以，V=Ldi/dt中的L，我们可以认为功率电感L没有参与。

那么，这里振铃的主要贡献者是谁呢？寄生电感Lp。如上图，带寄生参数的Buck电路模型，我们可以看到PCB走线有寄生电感LPB1、LPB2，LPB3、LPB，器件也存在寄生电感，这些综合起来组成了回路中的寄生电感Lp。

那LC谐振中的C呢，又是谁？如果是同步Buck，C就是MOS管的Coss；如果是异步Buck，C就是续流二极管的结电容。

如此，在本电路模型中，由寄生电感Lp和Coss共同形成了LC谐振，产生了SW节点上的高频振铃。所以，问题1的答案就是B。

这里重点说明下该振铃的影响。此处振铃频率很高，会引入EMI问题，同时会给MOS管一定的电气应力，需要注意。关于此处振铃危害、成因以及如何抑制的详细描述，感兴趣的同学可以拓展学习下面的文章（点击标题可跳转），里面有相应的仿真。

《Buck电源的SW振铃危害、产生原因、如何抑制及仿真验证》

   

问题2的投票情况

   

   

43.4%的同学选择了B：寄生电感Lp（含PCB和器件的分布电感）；

31.6%的同学选择了C：功率电感L+寄生电感Lp，两者都是；

15.5%的同学选择了A：功率电感L；

剩下的同学吃瓜。

从投票比例上看，可以看出选B和C的同学，加起来占75%，占了3/4。而选择A的同学仅有15.5%。这个结果有些出乎意料。

   

问题2的答案和解析

   

   

先说下答案，Buck电源DCM模式下，SW节点发生LC谐振产生振铃，此时SW振铃的电感主要贡献者是功率电感L，问题2的答案应该是A。

题目中提到几个关键词DCM、LC谐振、振铃、主要。我想这4个关键词拿掉任何一个，问题可能就会被挑战。比如“主要”，如果把这个词拿掉，题目答案可能就变成了C，但无论如何，答案都不会是投票占比43.4%的B。