RCスナバ計算ツール — 2回の測定からスイッチノードのリンギングを抑える

MOSFETやダイオードがオフになると、その両端の電圧にリンギングが発生します。スイッチを含むループの寄生インダクタンス（配線パターン、パッケージのリード、トランスの漏れインダクタンス）が、スイッチ両端の容量（スイッチの出力容量、ダイオードの接合容量、レイアウトによる容量）とエネルギーをやり取りし、このループには抵抗成分がほとんどないため、リンギングは何サイクルも続き、電源電圧を超えるオーバーシュートを生じてノイズを放射します。スイッチの両端に接続したRCスナバがこれを減衰させます。ループの特性インピーダンスに等しい抵抗がエネルギーを吸収し、それと直列のコンデンサが、抵抗が直流で電力を消費するのを防ぎます。

寄生ループの測定

このインダクタンスと容量が計算できるほど正確にわかっていることはまれですが、測定で求めることはできます。スナバを付けない状態でリンギング周波数 $f_0$ を読み取り、次に既知のコンデンサ $C_{add}$ をスイッチの両端に接続して、新しい周波数 $f_1$ を読み取ります。インダクタンスは変わらないので、

追加したコンデンサで周波数が半分になれば、回路の容量は4倍になっており、$C_p$ はちょうど $C_{add}$ の3分の1です。これは、ToddがUnitrodeの「Snubber Circuits: Theory, Design and Application」（1993年）で示している手順です。インダクタンスと特性インピーダンスは次のように求まります。

スナバ定数の決め方

スナバ抵抗を $Z_0$ に設定すると、ループは $Q = 1$ 近くまで減衰します。抵抗がリンギングを抑えられるようにするには、スナバコンデンサが $C_p$ より大きくなければなりません。Toddは $C_p$ の2～4倍を推奨しています。コンデンサを大きくすると減衰は強くなりますが、電力を消費します。コンデンサは1サイクルごとにスイッチ電圧 $V$ まで1回充電されて1回放電し、そのたびにエネルギー $\tfrac{1}{2}C_sV^2$ が抵抗で失われるためです。

この電力は抵抗値に依存しません。損失を決めるのが抵抗ではなくコンデンサであるのはこのためです。抵抗には低インダクタンスのものを使う必要があります。巻線抵抗はリンギング周波数ではインダクタンスが大きすぎます。

適用範囲

この測定は、寄生インダクタンスと寄生容量がそれぞれ1つだけで、テストコンデンサを追加してもインダクタンスが変わらないことを前提としています。計算ツールは、コンデンサの倍率がToddの推奨範囲である $C_p$ の2～4倍を外れると警告を表示します。また、時定数 $\tau = R_sC_s$ が長すぎて最小オン時間内にコンデンサが放電しきれないスナバにも警告を表示します。Severns（Cornell Dubilier「Design of Snubbers for Power Circuits」）は時定数の2倍までを許容しており、その時点で元の電圧の0.14倍が残ります。これらの範囲外でも、値は警告付きで表示されます。また、電力の見積もりは、コンデンサがスイッチ電圧までしか充電されないことを前提としています。減衰後もオーバーシュートが残っていれば、その分だけ電力は増えます。