什么是寄生电容？

1-1 功率 MOS 管动态寄生电容

图1：功率开关MOS管寄生电容模型

Ø   CISS(输入电容):

将漏极-源极短接，用交流信号测得的栅极和源极之间的电容就是输入电容。CISS 是由 栅漏电容 CGD 和栅源电容 CGS 并联而成，或者 CISS=CGD+CGS，当输入电容充电超过阀值电 压时 MOS 管才可以开通，放电低于阀值电压时 MOS 管才可以关断。故驱动电路和 CISS 参数 对 MOS 管开通和关断延时有直接影响。

Ø   COSS(输出电容):

将栅极-源极短接，用交流信号测得的漏极和源极之间的电容就是输出电容。COSS 是由 栅漏电容 CGD 和漏源电容 CDS 并联而成，或者 COSS=CGD+CDS，对于软开关的应用，COSS 非 常重要，可能引起电路的谐振。

Ø   CRSS(反向传输电容):

在源极接地的情况下，测得的漏极和栅极之间的电容称为反向传输电容，等同于栅漏 电容，即 CRSS=CGD。反向传输电容也称米勒电容。对于开关的上升和下降时间来说是一个 重要参数。

Ø   功率开关 MOS 管寄生电容辐射发射影响案例

某开关电源产品，批量生产时因 Boost PFC 电路 MOS 管缺货，需要更换其它供应商的 产品，更换后发现辐射发射测试结果不满足余量管控要求，使用最初设计时的器件，辐射 发射测试是满足余量管控要求

Ø   COSS(输出电容):

某开关电源产品，批量生产时因 Boost PFC 电路 MOS 管缺货，需要更换其它供应商的 产品，更换后发现辐射发射测试结果不满足余量管控要求，使用最初设计时的器件，辐射 发射测试是满足余量管控要求，具体辐射发射测试数据如下:

图2：更换开关 MOS 管前辐射测试数据

图3：更换 MOS 管后辐射测试数据(同块开关电源板)

问题原因分析:

通过对比分析发现不同品牌，不同型号的 MOS 管寄生电容差异很明显，原设计使用的 MOS 管 CISS 电容远大于替代物料的 CISS 电容，CISS 电容对 MOS 管的开通与关断均有影响， 电容越大开关速度越缓慢，产生的噪声能量就越小，反之，产生的噪声能量就越大。电容 越大在寄生电感不变的情况下，产生的振荡频率越低，峰值就越小。

1-2.功率二极管寄生电容

Ø二极管正向导通时，电子存储在 P 区，空穴存储在 N 区，此现象叫做电荷存储效应。外加反向电压时，电子和空穴分别往相反方向移动，形成反向漂移电流，同时与其它多数 载流子复合，待电子和空穴明显减小后，反向恢复过程完成，二极管截止。

图4: 二极管反向恢复电流图示

Ø电荷存储的多少决定反向恢复时间，存储电荷的多少是由反向恢复电容大小来决定。二极管反向恢复电容影响反向恢复时间，反向恢复时间影响二极管关断时产生的电压尖峰大小、以及二极管关断时产生的电流振荡。

图5: 二极管反向恢复电容图示

1-3.功率开关器件与散热片之间寄生电容

插件功率开关器件通常需要使用散热片来进行散热，功率器件本体与散热片之间就形成了分布电容，这个分布电容为高频噪声提供了耦合路径。使用贴片功率器件时，需使用 PCB 铺铜来进行散热，散热铜皮与参考地之间的分布电容，同样为高频噪声电流提供了耦合路径。

图6: 功率器件与散热片之间的寄生电容

1-4.磁性器件寄生电容

开关变压器绕组与绕组之间的分布电容、同绕组之间的分布电容，为高频噪声电流的耦合提供了耦合路径。电感器件、共模电感器件绕线之间的分布电容，高频噪声通过分布电容直接耦合到后端，将电感短路掉，失去高频滤波效果。应用与高压场合的磁性器件，磁芯本身就是良导体，磁芯与参考地之间的分布电容为高频噪声耦合提供了路径，使部分高频噪声未经过磁性器件滤波。

图7: 变压器寄生电容模型

1-5.金属结构导体产生的寄生电容

彼此靠近且相互绝缘的两个金属导体之间就构成了分布电容，金属导体之间分布电容在噪声信号驱动下就构成电偶极子天线，高效的将噪声信号发射出去，而引发严重的辐射发射问题，金属导体靠近强电场源时，通过与噪声源之间的分布电容，同样可以高效发射电磁噪声。

图8: 金属结构体之间分布电容

1-6.PCB 布线之间的寄生电容

PCB 板上两个彼此靠近的布线之间也存在寄生电容，PCB 布线之间寄生电容是引发串扰问题的主要原因之一。PCB 布线与临近参考平面之间的分布电容是高频噪声耦合回源的主要 路径，缩小了信号的高频回流路径，降低高频噪声的发射能力。

图9: PCB Layout 布线之间寄生电容

1-7.其它类型的寄生电容

分布电容无处不在，除上面几种分布电容之外，还有很多其它形式的寄生电容:

Ø半导体芯片管脚之间的寄生电容

Ø线缆内部线与线之间的分布电容

Ø线缆内部线与金属屏蔽层之间的分布电容

Ø金属导体与磁性器件磁芯之间的分布电容

Ø半导体芯片与散热片之间的分布电容

ØPCB 叠层之间的分布电容

2-1.寄生电容改变信号回流路径

高频电流环路面积是影响辐射发射的重要因素，可控的电流环路面积是保证 EMC 性能 的重要前提。

寄生电容的存在会改变高频电流的回流路径，其环路面积也随之变大、失控引发严重的EMC问题。

图 10:寄生电容改变信号传输路径

2-2.寄生电容容性耦合串扰

在开关电源 EMC 问题分析与调试过程中，发现容性耦合是引发电源端传导骚扰测试不 达标的重要原因。

容性耦合往往发生在电位差比较大的两条布线之间，容性耦合会将滤波 器的性能降低，甚至旁路掉而失效。

图11: 寄生电容引发容性耦合

2-3.寄生电容产生寄生振荡

二极管、MOS 管、半导体芯片等功率器件引脚间的寄生电容与线路中电感器件、变压器、 磁珠、及 PCB Layout 布线的寄生电感之间往往会产生寄生振荡。开关电源产品中寄生振荡是EMI 测试不达标的重要原因之一，确很容易被设计工程师所忽略。

图12: 寄生电容产生的寄生振荡波形

2-4.寄生电容产生偶极子天线

金属导体经常用于电磁干扰屏蔽，金属导体之间良好搭接是保证实现高质量屏蔽效果的前提。而实际结构设计时考虑到金属导体的氧化问题，在金属表面喷涂绝缘漆避免金属氧化的问题。

喷完绝缘漆的两个金属搭接在一起的时候，不能够良好导通形成等电位体，当高频噪声电流流过其中的一个导体，就会在另个导体上产生感应电动势形成电偶极天线，将噪声辐射出去。

图13: 寄生电容形成电偶极子天线

3-1.功率器件寄生电容问题的解决

根据对功率器件寄生电容的影响分析，结合实际调试过程的可执行性，针对功率器件 寄生电容的问题，制定如下解决方案：

图14: 寄生电容产生的寄生振荡波形

图14: 功率二极管增加 RC 吸收改变寄生电容

图15: 功率器件环路串联磁珠抑制寄生振荡

3-2.磁芯器件寄生电容问题的解决

磁芯器件寄生电容主要与磁性器件的绕线方式、绕组之间的隔离度、磁芯对参考地的分布电容相关，制定如下解决方案:

3-3.如何降低金属结构体之间的寄生电容

对于金属结构体之间的寄生电容，主要考虑增大距离、低阻抗搭接的方式来降低寄生 电容的影响，制定如下解决方案:

3-4.如何 PCB 布线间的寄生电容

对于 PCB 布线间的寄生电容，主要考虑增大距离、增加屏蔽的方式来降低寄生电容的 影响，制定如下解决方案:

Ø   增大 PCB 布线间的距离，降低寄生电容

Ø   PCB 布线间增加地线屏蔽，降低寄生电容

Ø   增大层距，降低层于层之间的寄生电容

Ø   缩短 PCB 布线之间的平行距离，降低寄生电容

Ø   采用垂直交叉布线，降低寄生电容。