解析 MOS 驱动电路输出短路，关断 SW 节点振荡的技术难题

在电子电路的实际应用中，MOS 驱动电路扮演着至关重要的角色。然而，当 MOS 驱动电路处于输出短路状态，关断时 SW 节点出现振荡的情况，一直是困扰工程师们的一个技术难题。2025 年 8 月 17 日，这一问题再次引发了行业内的关注与深入分析。
当同步整流 MOSFET 电路的输出对地短路时，电路便进入了一种非常态的工作模式。在这种特殊工况下，振荡通常会变得更加剧烈。这是因为功率回路中的电流、电压变化率（di/dt、dV/dt）达到了极端值，对电路的稳定性产生了极大的挑战。


那短路状态下 SW 节点振荡的机理究竟是怎样的呢？在正常工作模式下，电感电流在死区时间内会流过下管，也就是同步整流 MOSFET 的体二极管。当短路发生时，这个过程被显著放大，其影响也更加恶劣。
下面我们来详细分解一下这个过程：

1. 输出短路：当输出端对地短路时，输出电压 Vout 几乎为 0V。这意味着电感两端的电压差 VL = Vsw - Vout ≈ Vsw。此时，电路的工作状态发生了根本性的改变，为后续的振荡埋下了隐患。

2. 上管导通时：上管导通，SW 节点电压被迅速拉到接近输入电压 Vin。由于 Vout 为 0，电感两端电压为 Vin，电感电流呈线性上升趋势，且上升速度非常快（di/dt = Vin/L）。这种快速的电流变化会在电路中产生较大的电磁干扰，进一步影响电路的稳定性。

3. 上管关断时（振荡发生时刻）：

• 电感电流突然被切断：上管关断，试图切断电感电流。由于电感的阻碍，电流不能瞬间为零，它会寻找新的通路。此时，电感电流会流过同步整流 MOSFET 的体二极管。

• 接着体二极管发生反向恢复，这是问题的核心！在正常工作时，体二极管导通的电流相对较小。但在短路状态下，电感电流已经上升到了一个极高值。当体二极管导通后，控制器会驱动同步整流 MOSFET 导通。为了关断体二极管，它会产生一个巨大的反向恢复电流。这个反向恢复电流是尖峰电压和振荡的直接激励源。

这个巨大的反向恢复电流会流过功率回路中的各种寄生电感，比如 MOSFET 引脚电感、PCB 走线电感。根据 V = L?di/dt 的关系，这个极大的 di/dt 会在寄生电感上感应出非常高的电压尖峰。这个电压尖峰与寄生电容，如下管的 Coss，一起形成一个高频、高能量的 LC 振荡回路，从而导致 SW 节点出现振荡现象。
那么如何优化这个问题呢？

• 减小功率回路面积：极致地减小功率回路面积，将输入电容、上管、下管之间的连接走线做到最短、最宽，以最大限度地减小寄生电感。这是解决所有高速开关振荡问题的首要且最重要的手段。因为寄生电感越小，在电流变化时产生的电压尖峰就越小，从而减少振荡的可能性。

• 增加 Snubber 缓冲电路：在 SW 节点和地之间并联一个 RC 缓冲电路。在短路这种极端情况下，缓冲电路可以吸收振荡能量，显著降低振荡峰值电压。虽然会增加一定的损耗，但在保护 MOSFET 方面非常有效。需要根据短路时观察到的振荡频率来选择合适的 R 和 C 值，以达到最佳的阻尼效果。

通过对 MOS 驱动电路输出短路时 SW 节点振荡问题的深入分析和优化，能够提高电路的稳定性和可靠性，为电子设备的正常运行提供有力保障