我们期我们提到了buck电路开关振铃波形的根本原因是LC阻尼振荡。文章偏理论，那么
要把这个问题问题，所以
本期主要分析：
我们，一步一步来，先看。
为了能更好的看buck电路各点的电压电流，我选择的电源芯片没有内部集成开关管，使用。
使用，电路图如下：
如果对BUCK的拓扑有了解的话，上面这个电路一眼应该就看明白了，是一个同步buck，二极管没有使用。
这个电路的。现在我们直接在电感面前看电感SW如下图所示：
我们可以看到这个波形很漂亮，看起来像一个很好的矩形波，没有向上的振铃。
唯一美中不足的是。
如果你仔细观察，这个，没有振荡波形，所以猜测应该是二极管的导电压。
为了验证这个想法，我们比较了两个MOS管道驱动电压Vgs，然后看电感电流。
从上图可以看出，，也就是说，电感的电流总是流向负载的方向，不会反向，最小电流也有2A。
但是，如果我们比较两者呢？NMOS管的Vgs，会发现同时有低的情况，也就是说两根管子同时不导通，这段时间是。
我们通常分析BUCK拓扑结构时，常认为只有一根管子导通，要么上管，要么下管(连续模式)。
而实际MOS切换导通状态时，MOS管道必然存在，半导通时的MOS管道的导电阻发生了变化，大到接近0。如果两根管道同时切换，必然会处于半导电状态，电路电阻很大，因此功率电感电流无法继续。
所以呢，。
不仅如此，如果两根管道同步切换，有点不同步，那么肯定会导致两根管道，这相当于电源直接短路，这是一场灾难。
现在看来，为了安全起见，只需错开时间。每次切换时，两根管子都不会导通一段时间，这样两根管子就不会同时导通。
但在这种情况下，我们必须找到一种方法来继续电感电流。
这种续流方式很容易想到，是的。两根管子关闭时，可通过体二极管续流。
写在这里，我突然想起了一些同步的东西DCDC芯片推荐的电路会有，比如这个MP1484的D1。
看到这个图
其实MP1484芯片手册里面也有写。
。
该装置为硅芯片，因此很明显，体二极管，即硅二极管，导电压自然高于肖特基二极管，因此使用肖特基二极管可以降低功耗。
然而，我认为降幅应该非常有限，因为上下管的转换时间非常短，只占开关周期的一部分，即使使用小特基二极管，仍然有导电压，只是比以前小一点。
我头正好有MP1484板，我用示波器测试了一下，波形如下图所示:
奇怪的是，只有一个0出现在下降的边缘.7V下冲台阶，上升时底部没有下冲台阶。
为此，我猜负载电流可能太小，上升时的死区时间相对较短，MOS管的的。
在开关切换之前，下管是导通的，等于接地，寄生电容两端电压约为0V，二极管也是0V。
在切换过程中，体二极管一开始没有导通，因此首先放电电容器，使电压变为-0.7V，此时，二极管将被引导。如果死区时间太短，或者电感需要更新的电流很小，电容器可以在死区时间结束时提供足够的更新，电压下降很小。
为了证实我的猜测，我改变了负载电阻，因为我不能延长死区的时间，，。
再次测试后，能量确实达到了上升边缘的死区时间，如下图所示
可以看出，上升边缘也有一个向下的尖端，时间很短。打开示波器的时间尺度约为13ns(不要截图)。下降沿线的冒尖时间约为100ns。也就是说MP1484的两个死区时间是13ns和100ns。
从前面的模拟波形可以看出，死区时间会导致开关管切换SW处出现0.7V负压台阶左右，但完全看不到尖峰。
而
我们接着看。
当然，我上图中测量的尖峰也很小，因为我做的板已经尽可能优化了PCB所以尖峰效果不明显，如果板做得不好，可能如下。
打开可以看到高频振荡
我们知道，这个，这意味着高频剧烈变化的电流，，同时，如果太高的话，。
如果我们想降低峰值，最好的方法是，然后对症下药。
功率电感FCUL1060-H-R56M我使用的是LTspice库里自带。
寄生参数很少，我只看到了Rser，寄生电容器看不见，所以。
既然有疑问，独测试电感的阻抗曲线。
测试方法很简单，用1A采用电流源AC通过频率扫描，可以测量电感两端的电压。
因为电流是1A，因此，阻抗值等于测得的电压，测试电路和结果如下图所示：
。
很显然，，或者不够准确，因为阻抗随频率的增加而增加，。
所以我从村田下载了FCUL1060-H-R56M的Spice文件，重建模型，再次测试阻抗曲线如下图所示：
注意，上图中，这个LTspice软件打开spice文件，然后自动创建的电感模型，所以在LTspice看来，它是一个模块，位号就成了U1，大家知道这是我生成的电感模型就好。
可以看到，这个模型应该是比较准确的，看起来是那么回事。
其实我们也可以从spice文件提取出这个电感的等效电路模型，spice文件本质来说就是个网表
上图是我根据spice文件画出的等效电路模型，仿真一下会发现阻抗曲线与前面的一模一样。
可以看到，这个官网提供的电感的spice文件还是挺复杂的，它创建的电感的模型应是更为准确的。
我们平时可能会说电感的高频模型是下图这样的。这也不能说错，只能说不够准确，因为我们平时也不需要那么精确，因此下图也就够用了。
而这次我们需要更精准的模型，所以用厂家官网提供的spice文件是最好的。
同样的方法，我从官网下载我使用的22uF和100uF电容的spice文件，构成新的模型，测试阻抗曲线如下图所示
使用新的电感和电容模型，放入到原来的电路中，电路如下所示：
电感和滤波电容均使用了从官网下载的spice文件构建的模型，仿真SW的波形如下图：
，这说明问题不在更新的模型上面。
LTC7803只是一个驱动芯片，产生Vgs信号，用作驱动MOS管开关，抛开开关速度不谈的话，应该跟尖峰关系不大。那就只剩下MOS管的原因了。
我们接着看
从前面知道，LTspice软件自带的模型很可能是简易的，也就是说是不够精确的，NMOS管很有可能也是如此。
电路图中MOS管使用的是BSC059N04LS6，厂家是Infineon，我从官网上面下载spice文件，根据spice构建新的模型，换到前面的电路中，电路更新如下图：
仿真SW波形如下图：
上下尖峰幅度差不多，大概有8V。
现在已经看到了类似于我们现实中的尖峰，那么问题来了，目前看到的就是我们换了一个MOS管的模型就出现了。
上图是官网下载的MOS管的spice文件，。
它的意思是，在MOS管的G，D，S极上面分别串联了电感。
。
之所以有此猜测，是因为振荡尖峰产生的原因一般就是因为LC阻尼振荡，MOS管的模型一般都不会少了电容，而电感却不一定有。
为了验证到底是不是这三个电感的原因，我将Lg，Ld，Ls都改成了1fH，1fH等于10的负六次方纳亨。其实我是想改为0的，只不过改为0后仿真出现不收敛的情况，因此就改成了1fh，这也足够小了。
将电感参数改为1fH。
创建一个新的模型，替换到电路中，再次仿真一下。
会看到SW的尖峰没有了，所以可以肯定的是，。
先来看产生尖峰的时候，两个开关管的开通与关闭情况。
以为例。
红色的波形是上管的Vgs电压，蓝色的是下管的Vgs电压，绿色的为SW电压，最下面的为电感电流。
MOS管使用的是BSC059N04LS6，我们查看芯片手册，会发现在Vgs的开启门限最大是2.3V。而在在SW处产生尖峰振荡的时候，Vgs都在3.5V以上，也就是说上管已经完全导通了，而此时下管是完全关闭的，这可以从上图中的波形中看出来。
也就是说，，不是在开关开始切换，半导体的时间段。
尽管上管有寄生电容，但是此时上管完全导通，导通电阻只有几毫欧，所以这个寄生电容也被短路了。
如果没有串联的寄生电感存在，那么就相当于是输入电源直接通过几毫欧的电阻接到了SW管脚，而输入电源电压可以认为是基本不变的。
所以没有电感的话，SW处不可能产生高达8V的尖峰振荡。
。
在上管导通之前，功率电感从下管的体二极管续流，下管的寄生电容C2电压为0。
在上管导通之后，其导通电阻只有几毫欧，因此C1相当于被短路。下管完全断开，但是上面有寄生电容C2。
我们看SW节点，因为我们现在分析的是很小的一段时间，，电流方向流向负载。
。关于这一点，其实我也怀疑过，这也是我要更新模型的原因。
不过查看功率电感的电流波形，在振荡时间段，确实是基本不变的。
另外我们知道，振荡频率是百兆量级的，而我们查看这个功率电感的阻抗曲线，其自谐振频率就在100Mhz左右，此时阻抗最大，阻抗达到了上千欧姆，所以它是无法通过高频的电流的。
我们继续。
我们知道，。
在开关导通之后，SW从0V电压开始上升，那么C2在被充电，电源需要通过L1提供功率电感L3的续流以及对C2的充电。
也就是说：L1的电流=功率电感L3的电流+C2的充电电流
这是因为，也就是说在SW电压达到Vin之前，。
在SW电压达到Vin时，如果电压不再上升，那么意味着C2不再被充电，即流过C2的 电流为0，那么。
而事实是
所以在SW达到Vin电压之后，SW电压继续上升，会大于Vin，此时电感L1两端的电压反向，电流开始减小。
随着SW电压上升，那么C2继续被充电。
当L1的电流减小到和功率电感一样的时候。
因为。那么意味着C2的充电电流为0，就不能通过L1接着对C2进行充电了。
因为此时SW的电压大于Vin，电感L1的电流要继续减小。而功率电感L3的电流不变，所以功率电感必须从C2抽取电流，这意味着C2开始放电。
C2开始放电后，SW电压开始降低，然后SW的电压降低到Vin，此时L1的电流达到最小。再之后C2继续放电（因为L1电流小，不足以提供功率电感的续流），SW电压继续降低，L1两端电压反向，L1的电流开始增大，直到L1电流大小达到功率电感的电流。
此时C2停止放电，SW电压达到最低，然后C2开始被充电，SW电压开始升高，如此循环往复，SW处电压看起来就是振荡了。
当然整个过程中因为有电阻分量，所以振荡幅值是越来越小的，本质就是LCR阻尼振荡。
滤波电容的寄生电感，电阻，还有回路中的走线电感，电阻，都是处于振荡回路。
，因为尖峰的大小基本就等于L1的两端电压（忽略Ron两端的电压）。如果没有L1的存在，振荡虽然还存在，但是SW处的电压基本是不变的，就越等于Vin。
很明显，如果。
关系是有的，负载电流越大，那么意味着功率电感电流越大，在SW从0上升到Vin电压时，寄生电感L1得到的电流也越大，L1获得的用于振荡的能量也是越大的。用于振荡的能量越大，那么振荡尖峰自然也就越高。
也就是说。
同样的，，寄生电感电流上升的速度也越快，在SW从0上升到Vin电压时，寄生电感L1得到的电流也越大，参与振荡的能量也越多，
前面我们不是将Lg，Ld，Ls三个参数改成接近于0的值，重新构建模型，尖峰就消失了么？
我们继续使用该模型，然后。
可以看到此时上尖峰最高为4V，而下尖峰是没有的（负的电平为死区时间的0.7V体二极管压降）
。
可以看到上尖峰最高为8V，比原来4V高了不少，这说明
可以看到，上尖峰达到了19V，增大了很多。这说明了。
这跟前面分析是一致的，负载电流越大，上下管切换的时候，寄生电感获得的参与振荡的能量越高，尖峰也越大。
电路图如下图：
仿真的SW波形如下图：
可以看到，没有上尖峰，下尖峰大概有10.5V，这说明了。
电路图如下：
仿真的SW波形如下图：
这时，可以看到，上下尖峰同时存在。
上尖峰是14V左右，下尖峰是10V左右。
我同时查看Vgs与SW波形，发现，上尖峰振荡发生在的时间段
死区时间，意味着功率电感的续流是通过下管的体二极管，我们知道体二极管有压降，会损失能量。
所以说
我们接着看
可以看到，电流改小之后，上下尖峰都减小了，这也与前面的分析一致。
不过现在上下尖峰都是7V左右，二者差不多，
我们再打开功率电感电流和Vgs的波形
，功率电感续流需要走上管，也就是说最终上管的0.8nH所需要的达到的电流较小，这会导致尖峰比较小。
，功率电感续流需要走下管，也就是说最终下管的0.8nH所需要的达到的电流较大。这会导致尖峰比较大。
。
我们极端一点，如果这个buck工作在断续模式，那么意味着上管导通时，功率电感电流是0，也就是说功率电感需要通过上管续的电流为0，
我们来看一下。
SW波形如下：
可以看到，上升沿尖峰并没有消失，好像与前面的分析不符啊，什么情况呢？
我们看一下上管0.8nH的电感电流，功率电感电流在上升沿时的情况。
可以看到，在上升沿时，功率电感的电流确实为0，但是上升尖峰还是存在，因为0.8nH的电感是有电流存在的。
这是因为的MOS管的DS的两端有寄生电容Coss，在上升沿之前，下管导通，Coss的电压为0V，而导通之后，最终Coss的电压是为12V的，这期间就构成了LC的振荡电路。
很容易想到的就是MOS管的开关速度，这个我们可以在栅极加电阻，来增加导通时间。导通时间增加，在开关管切换的时候，
在上下管串联0.8nh电感，负载电流为13.2A，MOS管栅极没有串联电阻时。
MOS导通时间大概是7ns左右，上尖峰高度为14V
我们在上管栅极添加10欧姆电阻，电路如下
运行，Vgs的电压与SW波形如下图。
可以看到，上MOS管栅极加了10欧姆电阻之后，从截止到导通的时间大概是13ns，比原来7ns时间更长，另外，SW的尖峰幅度也从14V降低了到9V
总的来说，BUCK上下尖峰的产生，与线路中的电感是密不可分的，电感越大，尖峰也就会越大。如果上下管没有电感的存在，是产生了尖峰的。
除此之外，还与开关管的开通速度也有很大的关系，开通越快，产生的振铃尖峰也越高。
这个我估计有人就说了，。
我们一般用的BUCK芯片都是集成的，内部集成了MOS管，我们在线路上面也不会额外加电感，
前面做的一系列实验，那个0.5nH/0.8nH电感，可以看作是。
实际电路很复杂，芯片内部引线电感，PCB走线电感，滤波电容的等效ESL等等。
当然，芯片内部我们没法改变，我们能改变的就是输入滤波电容的位置，芯片好好接地。通过。
可能有人就说了，
。
我上面，可以看到，引起的尖峰已经很大了。
如图所以，1盎司铜厚，线宽50mil，走线长度10mm的电感量是6.52nH。可能我们输入滤波电容会放得很近，但是一般距离也有个2mm左右吧，这样走线电感也差不多1nH。
所以呢，在研究。
而事实确实也是如此，我们用示波器测量实际电路的时候，都是会量到这个振荡尖峰的，只不过有大有小而已。
在设计中，选定了BUCK芯片之后，我们能做的其实不多。
就是。
这一点也应该是PCB layout里面吧。
有的DCDC芯片的管脚分布并不好，PCB layout时可能需要，这个时候就需要特别注意了，
自然是因为过孔的寄生电感也是不能忽略的。
从上图可以知道，，这电感量也是不小的。
所以我们在PCB layout的时候，如果是电容放置在背面，一定要多打些过孔，因为电感并联，总电感量是减小的。
在过流能力够的情况下，如果一个老工程师要求你打几个孔，或者把孔径加大。或许你认为是在为难你，也许是别人站的高度更高。
文章有点长，做了大量的仿真与分析，主要结论如下：
，如果用示波器测到在开关切换时，有个负压的台阶，请不要惊慌，那是正常现象
。在做电路设计时一定要注意减小寄生电感。
关于振荡尖峰的，我有看到一个非常好的资料，大家也可以看一看。里面有说如何加RC缓冲电路（Snubber电路），如何在自举电路上面串联电阻降低开关速度等，也做了较多实验。
文件是在Richtek网站上下载的，文件名是
需要注意，拿到我仿真文件直接运行可能不行，需要添加库的路径，修改下自荐模型的属性。
在我的回复“”，即可获得下载链接。
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