本發(fā)明主要涉及cpu電源設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，尤其涉及一種改善mosfet振鈴電源效率的方法。

背景技術(shù)：

隨著服務(wù)器cpu對(duì)運(yùn)算性能的提高，其功率要求也越來(lái)越大，隨之帶來(lái)的就是對(duì)cpu供電的buck線路中功率器件性能的提升，控制管能夠以大于10kv/us的速度進(jìn)行電壓切換。然而，開關(guān)速度越快，開關(guān)噪聲則越大。特別是當(dāng)控制管打開而同步管關(guān)閉時(shí)，環(huán)路電感，環(huán)路電阻以及同步管的輸出電容組成一個(gè)rlc回路，并會(huì)在諧振頻率下震蕩。震蕩會(huì)導(dǎo)致電壓的過(guò)沖以及在開關(guān)節(jié)點(diǎn)上的振鈴。而在設(shè)計(jì)中一般都傾向于百分之八十的電壓裕量，這就意味著mosfet源極和漏極之間的最大電壓不應(yīng)該超過(guò)其擊穿電壓的80％。比如，擊穿電壓為25v的mosfet，在任何時(shí)候其漏源兩端的電壓不應(yīng)該超過(guò)20v。所以，電源設(shè)計(jì)者需要對(duì)電路進(jìn)行特別設(shè)計(jì)，防止振鈴造成的電壓尖峰超過(guò)電壓裕度的要求。

在現(xiàn)有的設(shè)計(jì)中，為了降低在mosfet開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的振鈴現(xiàn)象，主要通過(guò)使用門級(jí)電阻來(lái)降低開關(guān)管的開關(guān)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的,但同時(shí)也會(huì)降低關(guān)斷速度，造成不必要的開關(guān)損耗,嚴(yán)重影響了系統(tǒng)功耗。尤其是對(duì)服務(wù)器這種大功率，不間斷使用的設(shè)備，1％的系統(tǒng)功耗就意味著幾萬(wàn)的損失，而在大的服務(wù)器需求商的招標(biāo)中，服務(wù)器功耗每增加1萬(wàn)，競(jìng)價(jià)價(jià)格就要降低100元以上，這就意味著一臺(tái)服務(wù)器競(jìng)價(jià)要比競(jìng)爭(zhēng)對(duì)手低幾百元，大大降低了自身的競(jìng)爭(zhēng)力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種改善mosfet振鈴電源效率的方法，通過(guò)給門級(jí)電阻并聯(lián)一個(gè)二極管，在不影響降低buck線路mosfet振鈴效果的情況下，提高了buck線路的整體效率，大大增強(qiáng)了服務(wù)器的競(jìng)爭(zhēng)力。

本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：

一種改善mosfet振鈴電源效率的方法，其特征在于，在門級(jí)電阻r1處并聯(lián)一個(gè)反向的二極管d2，所述的門級(jí)電阻r1位于buck線路上mosfet的gate極。

進(jìn)一步的，門級(jí)電阻r1阻值的選擇標(biāo)準(zhǔn)為：振鈴情況的嚴(yán)重程度與門級(jí)電阻r1的阻值大小成正比，即振鈴情況越嚴(yán)重，選取門級(jí)電阻r1的阻值越大。

進(jìn)一步的，所述的門級(jí)電阻r1的阻值不大于3.3歐姆。

優(yōu)選的，所述的門級(jí)電阻r1為以下阻值中的一種：1.1歐姆、2.2歐姆、3.3歐姆。

進(jìn)一步的，當(dāng)buck線路上沒(méi)有振鈴情況時(shí)，門級(jí)電阻r1選用0歐姆電阻。

進(jìn)一步的，所述的二極管d2滿足以下條件：二極管d2的正向?qū)妷翰淮笥?.5v、耐電流大于0.5a。

進(jìn)一步的，二極管d2的正向?qū)妷簼M足以下選擇標(biāo)準(zhǔn)：在滿足電路導(dǎo)通要求的情況下，二極管d2的正向?qū)妷涸叫≡胶谩?/p>

本發(fā)明的有益效果是：

1、通過(guò)給門級(jí)電阻r1處并聯(lián)一個(gè)反向的二極管d2，在增加的生產(chǎn)成本基本上可以忽略不計(jì)的情況下，不僅沒(méi)有影響buck線路mosfet振鈴效果的，反而提高了buck線路的整體效率近0.4％，降低了系統(tǒng)損耗，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

2、設(shè)定了r1阻值選取范圍并提供了1.1歐姆，2.2歐姆，3.3歐姆三種具體的阻值，在振鈴越嚴(yán)重時(shí)選取阻值越大的電阻，減少了阻值選取的時(shí)間，提高了設(shè)計(jì)效率，同時(shí)，3.3歐姆的上限設(shè)計(jì)，減小了電阻太大對(duì)于功耗損失的影響，避免由于電阻過(guò)大，讓q1的開啟過(guò)緩而造成q1長(zhǎng)時(shí)間工作在半導(dǎo)通狀態(tài)，降低了q1燒毀的風(fēng)險(xiǎn)。

3、設(shè)計(jì)了二極管d1的具體要求，在正向?qū)妷翰怀^(guò)0.5v的情況下，選取正向?qū)妷焊〉亩O管，從而提高功耗節(jié)省效果，同時(shí)限定了耐電流的下限為0.5a，以保證足夠的回流路徑。

附圖說(shuō)明

圖1是現(xiàn)有技術(shù)的電路原理圖；

圖2是本發(fā)明的電路原理圖；

圖3是現(xiàn)有技術(shù)下的振鈴效果圖；

圖4是應(yīng)用本發(fā)明后的振鈴效果圖；

圖5是本發(fā)明和現(xiàn)有技術(shù)下電源效率的對(duì)比效果圖。

具體實(shí)施方式

為了使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠更好地理解、實(shí)現(xiàn)本發(fā)明，下面通過(guò)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。

造成振鈴的主要原因是器件的高速開關(guān)使得過(guò)剩的能量注入到電路寄生的參數(shù)中。這種過(guò)剩能量是由快速的電流變化(di/dt)和快速的電壓變化(dv/dt)造成的。如圖1所示，在現(xiàn)有技術(shù)的設(shè)計(jì)中，為了降低在mosfet開關(guān)過(guò)程中產(chǎn)生的振鈴現(xiàn)象，主要通過(guò)使用門級(jí)電阻來(lái)降低開關(guān)管的開關(guān)速度來(lái)實(shí)現(xiàn)的。在驅(qū)動(dòng)和mosfet門級(jí)之間增加一個(gè)門級(jí)電阻是減慢開關(guān)最簡(jiǎn)單的方式。在同步buck變流器中，開關(guān)節(jié)點(diǎn)的上升沿是最應(yīng)該被減慢的，在控制管上加一個(gè)門級(jí)電阻會(huì)有所幫助。

如圖2所示，在現(xiàn)有的門級(jí)電阻r1上并聯(lián)一個(gè)反向的二極管d2，來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)mosfet的驅(qū)動(dòng)。這樣在mosfet開啟的時(shí)候，通過(guò)門級(jí)電阻r1實(shí)現(xiàn)對(duì)mosfet的驅(qū)動(dòng)，降低mosfet開啟時(shí)候的速度，從而降低電流變化(di/dt)和快速的電壓變化(dv/dt)的速度，實(shí)現(xiàn)對(duì)尖峰振鈴的降低。當(dāng)mosfet關(guān)閉時(shí)，電流直接通過(guò)二極管d2，能實(shí)現(xiàn)快速的關(guān)短，從而不影響mosfet關(guān)短時(shí)的功耗，實(shí)現(xiàn)對(duì)效率的優(yōu)化。

在實(shí)際的應(yīng)用中r1的阻值選取分別為1.1歐姆，2.2歐姆，3.3歐姆三種，振鈴越嚴(yán)重，選取的阻值越大。但最好不要大于3.3歐姆，電阻太大使功耗的損失影響太大，另外電阻過(guò)大讓q1的開啟過(guò)緩，可能會(huì)造成q1長(zhǎng)時(shí)間工作在半導(dǎo)通狀態(tài)，使q1有燒毀風(fēng)險(xiǎn)。d1的選擇應(yīng)選取正向?qū)妷涸叫≡胶茫畲蟛淮笥?.5v，以提高功耗節(jié)省效果，耐電流應(yīng)大于0.5a，以保證足夠的回流路徑。

如果并不確定需要增加門級(jí)電阻，或者砸初始階段并沒(méi)有振鈴現(xiàn)象，通?？梢圆⒙?lián)一個(gè)零歐姆的電阻和二極管在gate，在不影響整個(gè)電路的情況下，這樣可以預(yù)留位置，一旦出現(xiàn)振鈴現(xiàn)象，可以及時(shí)更換門級(jí)電阻的阻值。

為了進(jìn)一步的說(shuō)明本發(fā)明改進(jìn)的效果，以12v轉(zhuǎn)5v，頻率設(shè)計(jì)為500khz，門級(jí)電阻2.2歐姆為例，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試，圖3為現(xiàn)有技術(shù)下振鈴的波形圖，圖4為采用本發(fā)明技術(shù)下振鈴的波形圖，可以看出增加二極管d2對(duì)降低振鈴的效果基本沒(méi)有影響，測(cè)試波形與只加門級(jí)電阻r1時(shí)基本上完全一致。然后再做實(shí)際的效率對(duì)比測(cè)試，如圖5所示，使用了本發(fā)明的技術(shù)以后，整體效率相對(duì)于原來(lái)提高了大概0.4％。

盡管說(shuō)明書及附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造已進(jìn)行了詳細(xì)的說(shuō)明，但是，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，仍然可以對(duì)本發(fā)明創(chuàng)造進(jìn)行修改或者等同替換；而一切不脫離本發(fā)明創(chuàng)造的精神和范圍的技術(shù)方案及其改進(jìn)，其均涵蓋在本發(fā)明創(chuàng)造專利的保護(hù)范圍當(dāng)中。

技術(shù)特征：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供了一種改善MOSFET振鈴電源效率的方法，主要是在門級(jí)電阻R1處并聯(lián)一個(gè)反向的二極管D2，所述的門級(jí)電阻R1位于Buck線路上MOSFET的Gate極。在增加的生產(chǎn)成本基本上可以忽略不計(jì)的情況下，不僅沒(méi)有影響B(tài)uck線路MOSFET振鈴效果的，反而提高了Buck線路的整體效率近0.4％，降低了系統(tǒng)損耗，大大增強(qiáng)了產(chǎn)品的競(jìng)爭(zhēng)力。

技術(shù)研發(fā)人員：吳福寬
受保護(hù)的技術(shù)使用者：鄭州云海信息技術(shù)有限公司
技術(shù)研發(fā)日：2017.06.12
技術(shù)公布日：2017.09.22