什么是寄生效应？功率级寄生效应详解-KIA MOS管

寄生效应：就是本来没有在那个地方设计电容或电感甚至电阻，然而因为某些因素如结构之间、PCB布线、管脚引线、通孔质量、焊盘到地距离、焊盘到电源平面距离、和焊盘到印制线之间、材料差异、器件封装、封装引脚和印制线过长等，特别是在高速电路中而表现出来的呈容性、感性、阻性。DC/DC转换器中半导体器件的高频开关特性是主要的传导和辐射发射源。

在电磁干扰（EMI）测试期间，如果将总噪声测量结果细分为DM 和CM噪声分量，可以确定DM和CM两种噪声各自所占的比例，从而简化 EMI 滤波器的设计流程。高频下的传导发射主要由 CM 噪声产生，该噪声的传导回路面积较大，进一步推动辐射发射的产生。

文章将全面介绍降压稳压器电路中影响 EMI 性能和开关损耗的感性和容性寄生元素。通过了解相关电路寄生效应的影响程度，可以采取适当的措施将影响降至最低并减少总体 EMI 信号。

检验具有高转换率电流的关键回路

根据电源原理图进行电路板布局时，其中一个重要环节是准确找到高转换率电流（高 di/dt）回路，同时密切关注布局引起的寄生或杂散电感。这类电感会产生过大的噪声和振铃，导致过冲和地弹反射。

图 1 中的功率级原理图显示了一个驱动高侧和低侧 MOSFET（分别为 Q1 和 Q2）的同步降压控制器。以 Q1 的导通转换为例。在输入电容 CIN 供电的情况下，Q1 的漏极电流迅速上升至电感电流水平，与此同时，从 Q2 的源极流入漏极的电流降为零。

MOSFET 中红色阴影标记的回路和输入电容（图 1 中标记为“1”）是降压稳压器的高频换向功率回路或“热”回路。功率回路承载着幅值和 di/dt 相对较高的高频电流，特别是在 MOSFET 开关期间。

寄生效应

图 1：具有高转换率电流的重要高频开关回路

图1中的回路“2”和“3”均归类为功率 MOSFET 的栅极回路。具体来说，回路 2 表示高侧 MOSFET 的栅极驱动器电路（由自举电容 CBOOT 供电）。回路 3 表示低侧 MOSFET 栅极驱动器电路（由 VCC 供电）。这两条回路中均使用实线绘制导通栅极电流路径，以虚线绘制关断栅极电流路径。

寄生组分和辐射 EMI

EMI 问题通常涉及三大要素：干扰源、受干扰者和耦合机制。干扰源是指 dv/dt 和/或 di/dt 较高的噪声发生器，受干扰者指易受影响的电路（或 EMI 测量设备）。

耦合机制可分为导电和非导电耦合。非导电耦合可以是电场（E 场）耦合、磁场（H 场）耦合或两者的组合 - 称为远场 EM 辐射。近场耦合通常由寄生电感和电容引起，可能对稳压器的 EMI 性能起到决定性作用，影响显著。

功率级寄生电感

功率MOSFET 的开关行为以及波形振铃和 EMI 造成的后果均与功率回路和栅极驱动电路的部分电感相关。图 2 综合显示了由元器件布局、器件封装和印刷电路板（PCB）布局产生的寄生元素，这些寄生元素会影响同步降压稳压器的 EMI 性能。

寄生效应

图 2：降压功率级和栅极驱动器的“剖析原理图”（包含感性和容性寄生元素）

有效高频电源回路电感（LLOOP）是总漏极电感（LD）、共源电感（LS）（即输入电容和 PCB 走线的等效串联电感（ESL））和功率 MOSFET 的封装电感之和。按照预期，LLOOP 与输入电容 MOSFET 回路（图 1 中的红色阴影区域）的几何形状布局密切相关。与此同时，栅极回路的自感 LG 由 MOSFET 封装和 PCB 走线共同产生。

从图 2 中可以看出，高侧 MOSFET Q1 的共源电感同时存在于电源和栅极回路中。Q1 的共源电感产生效果相反的两种反馈电压，分别控制 MOSFET 栅源电压的上升和下降时间，因此降低功率回路中的 di/dt。然而，这样通常会增加开关损耗，因此并非理想方法。

功率级寄生电容

寄生电容一般是指电感电阻,芯片引脚等在高频情况下表现出来的电容特性实际上，一个电阻等效于一个电容，一个电感,和一个电阻的串连在低频情况下表现不是很明显而在高频情况下,等效值会增大不能忽略在计算中我们要考虑进去ESL就是等效电感ESR就是等效电阻不管是电阻电容,电感,还是二极管，三极管,MOS管,还有IC，在高频的情况下我们都要考虑到它们的等效电容值电感值。

公式 1 为影响 EMI 和开关行为的功率 MOSFET 输入电容、输出电容和反向传输电容三者之间的关系表达式（以图 2 中的终端电容符号表示）。在 MOSFET 开关转换期间，这种寄生电容需要幅值较高的高频电流。

寄生效应