安森德丨浅谈开关电源中MOSFET的VDS电压尖峰形成与处理
电压尖峰的形成机理
ASDsemi
这主要和电路中的寄生参数有关，比如变压器漏感、PCB布线电感，以及MOS管的寄生电容。
当MOS管快速关断时，电流变化率(di/dt)很高，这些寄生电感上会产生感应电压，叠加在原本的电压上，形成尖峰。
开关电压尖峰是如何形成的?
MOSFET
根本原因是电路中的寄生电感与MOSFET快速的电流变化(di/dt)相互作用。
具体过程：
1
关断尖峰(最常见)
当MOSFET快速关断时，主回路电流(如变压器漏感、布线电感中的电流)在极短时间内(di/dt很高)降到零。根据电感特性 V = L × (di/dt) ，寄生电感L上会产生感应电压，其极性与原电压相反(反向电动势)，叠加在关断时的漏极电压上，形成高于输入电压+反射电压的尖峰。
2
开通尖峰
反向恢复电流或寄生电容放电也可能引起较小幅度的尖峰，但通常关断尖峰更危险。
3
关键寄生元件
变压器漏感
PCB布线形成的寄生电感(特别是漏极、源极回路)
封装引线电感
开关电压尖峰如何抑制?
MOSFET
这通常是工程设计中的重点。常见的方法包括：
使用RCD或LCD吸收电路来消耗漏感能量;
优化栅极驱动电阻来减慢开关速度(但需要在效率和尖峰之间权衡);
改进PCB布局，减小功率回路面积以降低寄生电感;
选择更低寄生电容或更优特性的MOS管;
以及增加RC缓冲电路等。
1
消耗漏感能量
方法一：RCD吸收电路
在MOSFET漏-源间(或变压器初级绕组两端)并联电阻、电容、二极管网络。关断时，尖峰能量经二极管对电容充电，再通过电阻消耗。
优缺点：
最常用、成本低。需调试RC值，会消耗少量效率。
方法二：LCD无损吸收
用电感、电容、二极管组成吸收网络，将尖峰能量回馈到输入或输出。
优缺点：
效率更高，但电路复杂，适用于中大功率。
2
降低开关速度
适当增大栅极驱动电阻(Rg)，降低di/dt和dv/dt。
优缺点：
简单有效，但会增大开关损耗，需折中。
3
优化PCB布局
减小功率回路面积，缩短漏极、源极走线，使用多层板或铺铜降低寄生电感。
优缺点：
根本性措施，无效率损失，但需设计经验
4
增加磁珠
在栅极串接铁氧体磁珠，高频阻尼振荡。
优缺点：
抑制高频振铃，可与Rg配合。
5
RC缓冲电路
在漏-源间直接并联RC。
优缺点：
适合抑制高频振荡，但电阻发热较大。
示波器测试MOSFET电压尖峰
用20MHz还是100MHz带宽?
必须使用100MHz带宽(或更高)，不能用20MHz。
原因如下：
尖峰是高频信号:
电压尖峰的上升沿极快，其能量分布在几十MHz甚至更高频率。20MHz带宽会严重衰减高频分量，导致测得的尖峰幅值比实际低很多，可能误以为余量足够而损坏器件。
行业标准要求：
几乎所有电源设计指南及EMC调试规范，在测量开关管的Vds尖峰时，均明确要求示波器带宽不低于100MHz。20MHz带宽仅用于测量输出纹波等低频信号。
实际后果：
若用20MHz测得尖峰为500V(600V MOS管似乎安全)，而真实尖峰可能达580V，高温或极限工况下极易击穿。
操作建议
示波器带宽设置为100MHz(若可关闭带宽限制，则设为全带宽)。
探头使用高压无源探头(如100×，带宽100MHz以上)，或差分探头。
关键技巧：去掉探头标配的地线夹，改用接地弹簧针(地环)，直接接触MOSFET的源极引脚。这能极大减小地线环路引入的假振铃，测量更真实。
总结
尖峰成因：
寄生电感 × 高di/dt
抑制方法：
RCD吸收、降低开关速度、优化布局(三者最常用)
测试带宽：100MHz及以上(禁用20MHz限制)
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