スナバ回路の基礎から実測設計まで

（RCスナバ・L/C逆算・RCDクランプ・EMI理論）

後半

0. 本記事の位置づけ

本記事は、

• スナバ回路を
  「なんとなく定数を入れる部品」ではなく
• 寄生LC共振の減衰設計問題

として理解し、
実測波形から設計値を導くことを目的とする。

1. なぜスナバが必要か

1.1 スイッチング回路で何が起きているか

インダクタンス (L) を含む回路で電流を急変させると：

[ V = L\frac{di}{dt} ]

により、大きな電圧が発生する。

MOSFETのスイッチングでは：

• 配線・パッケージ・トランス漏れ
  → 寄生インダクタンス
• MOSFETの (C_{oss})、配線容量
  → 寄生容量

が不可避に存在し、
結果として 寄生LC共振 が励起される。

1.2 何が問題になるか

• MOSFET耐圧超過
• Vdsリンギング
• EMI（伝導・放射）増大
• デバイス信頼性低下

→ 共振を抑える必要がある

2. スナバ回路の基本構成

2.1 「何も入れない」場合

寄生LCのみが存在：

• 減衰が小さい
• 高Q共振
• リンギングが長く続く

2.2 Cだけを入れた場合（誤解されがち）

効果

• dv/dtは低下
• リンギング周波数は下がる

問題

• 減衰が増えない
• 共振エネルギーは逃げない
• リンギングがより低周波で長く続くこともある

→ 根本解決にならない

2.3 Rだけを入れた場合

効果

• 損失による減衰は増える

問題

• 高周波成分を直接吸収できない
• 電圧スパイク自体は抑えにくい

3. RCスナバの本質

3.1 RCは「減衰器」

RCスナバは以下を同時に行う：

• C：急峻な電圧変化を一時的に受け止める
• R：受け止めたエネルギーを熱として消費

→ 共振のQを意図的に下げる

3.2 等価回路での見方

寄生LCにRCが並列に入ると：

• 無限に続く振動 → 有限時間で収束
• 振幅が指数関数的に減衰

これは 2次系の減衰設計そのもの。

3.3 減衰条件と抵抗値

寄生LとスナバCを直列RLCとみなすと、
減衰係数 (\zeta) は：

[ \zeta = \frac{R}{2}\sqrt{\frac{C}{L}} ]

• (\zeta < 1)：不足減衰（リンギングあり）
• (\zeta = 1)：臨界減衰
• (\zeta > 1)：過減衰（遅いが振動なし）

臨界減衰条件より：

[ R_{opt} \approx 2\sqrt{\frac{L}{C}} ]

※ 実回路では「目安」

4. MOSFETスイッチング波形から L と C を逆算する

4.1 リンギング周波数の測定

Vds波形からリンギング周波数 (f_r) を読む。

[ \omega_r = 2\pi f_r ]

[ LC \approx \frac{1}{\omega_r^2} ]

4.2 既知容量追加法（推奨）

リンギングノードに既知容量 (\Delta C) を追加。

[ \left(\frac{f_1}{f_2}\right)^2 = 1 + \frac{\Delta C}{C} ]

[ C = \frac{\Delta C}{\left(\frac{f_1}{f_2}\right)^2 - 1} ]

[ L = \frac{1}{(2\pi f_1)^2 C} ]

4.3 測定上の注意

• プローブGNDは最短
• 測定点の寄生Lに注意
• 帯域制限をかけない

5. RCスナバ定数の実務的決定

5.1 初期値の決め方

• 上で求めた (L, C)
• スナバCは寄生Cと同程度から開始
• 抵抗は：

[ R \approx 2\sqrt{\frac{L}{C}} ]

5.2 スナバ損失

[ P_{snub} \approx \frac{1}{2} C V^2 f_{sw} ]

高周波では無視できないため要確認。

6. フライバック電源の RCD スナバ

6.1 漏れインダクタンスのエネルギー

[ E_{lk} = \frac{1}{2} L_{lk} I_{pk}^2 ]

6.2 クランプ電圧

[ V_{ds,max} \approx V_{in,max} + V_{ref} + V_{clamp} ]

6.3 クランプC

[ C \approx \frac{\frac{1}{2} L_{lk} I_{pk}^2} {V_{clamp}\Delta V} ]

6.4 クランプR

[ R \approx \frac{V_{clamp}^2}{E_{lk} f_{sw}} ]

7. スナバと EMI の理論的関係

7.1 立ち上がり時間と周波数

[ f \sim \frac{0.35}{t_r} ]

7.2 共振Qとスペクトル

• 高Q → 狭帯域ピーク
• RC → Q低下 → EMI低減

8. 全体まとめ

スナバ設計は：

寄生LC共振を
測り・理解し・減衰させる

アナログ設計そのものである。