電力/功率開關(power switch)是每個電力/電源轉換器(power converter)的核心。它們的運行將直接決定產品的可靠性和效率。為提高電力/電源轉換器開關電路的性能，跨電力/功率開關放置阻尼電路以抑制電壓脈沖尖峰和開關時由電路寄生電感等寄生元件引起的振鈴。合適的阻尼電路將帶來高可靠性，高效率和低的EMI。多種不同的阻尼電路中RC阻尼電路最為流行。

半橋驅動電路中阻尼電路設計

如何設計如下圖半橋驅動電路中開關阻尼電路?

其中Q1和Q2為Power NMOSFET，Q1為同步續流器件。

Q2關閉時(負載)電感電流如紅色電流環路，電流流過Q1體二極管，當Q1打開時電流流過Q1 MOSFET溝道。為避免Q1和Q2同時導通的異常工作條件，Q1關斷和Q2打開之間會有一段時間間隔，稱為死區時間。這一段時間內電流仍然流過Q1體二極管。同步續流電路可降低發熱以提高整體效率。

當Q2打開時，電流換向至藍色環路，Q1會產生反向恢復效應。我們將在Q2 VDS 波形中觀察到Q1反向恢復效應感應振蕩(振蕩頻率f0=31.25MHz)如下圖。

識別造成Q1反向恢復效應感應振蕩的等效電路如下。

其中

LLK是總的寄生電感，包括PCB銅跡線電感，Q1封裝電感，Q2器件電感等。

CLK是總的寄生電容，主要包括Q1 COSS 和體二極管反向恢復效應電容。

Q2看作一個簡單的開關。

跨Q1 DS極放置RC電路振蕩將被抑制。包含RC snubber的等效電路如下圖。

上面兩幅圖僅為產生振蕩及抑制振蕩部分的等效電路。電容上下兩側均有寄生電感，也許寄生電感繪制到Q2下面更容易理解。

剛剛我們討論了Q2打開時，產生振蕩及增加阻尼電路。同樣Q2關閉時，也會產生振蕩及需要增加阻尼電路跨到Q2 DS極。盡管Q2關閉時寄生電容主要包含Q2 COSS，不存在二極管反向恢復效應電容，寄生電感也不盡相同，但產生振蕩的原理相同。

聚焦開關節點(大的dv/dt)，識別大的di/dt(大電流變化率)環路以確定是否需要增加阻尼電路。識別寄生電感，(寄生)電容等效電路以確定產生振蕩的原因，其中電感是寄生電感，包括漏感，不是負載電感，不是變壓器勵磁電感。對于負載電感有自己的消磁電路。

RC阻尼電路原理

分析下圖RLC電路。

圖中二階電路網絡系統的傳遞函數為

二階系統傳遞函數的一般形式為

其中ζ表示阻尼系數，ωn表示(電路)的固有振蕩頻率(或無阻尼頻率)，單位為弧度/秒。

比較上圖RLC電路的傳遞函數與二階系統傳遞函數的一般形式，得到，

電路的固有頻率(或無阻尼頻率)為，

電路中電阻會影響電路阻尼系數，電路的阻尼系數為，

對于各種阻尼系數RLC電路的響應如下圖

針對上述RLC電路，

電阻不存在時，R=∞，阻尼系數=0，即下圖電路情形，則電路不會出現損耗(無阻尼)，電路會永久振蕩。實際電路中總會存在串聯及并聯電阻，不會出現無阻尼電路。

阻尼系數=1，電路為臨界阻尼情形。

阻尼系數>1，電路為過阻尼情形，電路響應時間變長，波形需要更長時間才能達到穩定值。

所以我們選擇R值使電路為臨界阻尼情形。

某些電路中，僅使用Rs來抑制振蕩可行。但在開關電路中，若僅在開關器件兩端跨電阻則整個電路無法滿足預期功能，這里使用了如下圖RC阻尼電路。

則RC緩沖電路的截止頻率fC為,

選擇合適的fC值，太高不能有效地阻尼振蕩，太低則無法滿足開關預期功能。推薦電容選擇起始點使RC緩沖電路截止頻率fC=f0(文中半橋驅動電路例子中31.25MHz)。

RC阻尼電路元件值計算步驟

1 測量電路振蕩頻率f0，即上面31.25MHz的波形頻率。

2 測定等效電路中LLK，CLK

增加電容C1并聯開關器件并測量新的振蕩頻率。電容C1起始選擇可為開關器件輸出電容的3-5倍。注意增加電容時盡量減少其它寄生參數及影響LLK。兩個獨立方程(兩個振蕩頻率)計算得到兩個變量LLK及CLK。

3 令阻尼系數為1，通過下面方程式，得到RS初始值，選擇實際電阻得到實際RS值。

4 基于實際RS值，通過下列方程式，得到CS初始值，選擇實際電容得到實際CS初始值。

5 測量增加RC阻尼電路后開關節點電壓波形，進一步分析電路或通過測定EMI，確定最終RS及CS阻尼電路元器件值。

比較本文半橋驅動電路增加RC阻尼電路前后Q2 VDS 波形。

左圖增加RC阻尼電路前波形，右圖為增加RC阻尼電路后波形。

總結

理解RC阻尼電路原理及設計步驟。