스너버와 클램프

목표

피크 전압을 제한하고 누설 에너지를 흡수하는 클램프(clamp)와, 링잉(ringing)을 감쇠시키는 스너버(snubber)를 구별합니다.
두 번의 측정으로 링잉하는 노드의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)와 기생 인덕턴스(parasitic inductance)를 구하고, 이로부터 RC 스너버의 값을 정합니다.
클램프와 스너버가 소산하는 전력을 추정합니다.

이론

클램프

플라이백의 스위치가 턴오프(turn-off)하면 누설 인덕턴스(leakage inductance)가 전류를 계속 흘리면서, 클램프가 제한할 때까지 드레인 전압을 입력 전압과 반사된 출력 전압(반사 전압)의 합보다 높이 밀어 올립니다 [Kollman 2024](클램프된 스위치 전압). 클램프는 누설 에너지보다 많은 에너지를 흡수하며, 클램프 전압이 반사 전압(reflected voltage)에 가까울수록 누설 전류가 리셋(reset)되는 데 더 오래 걸리고(리셋 시간) 클램프가 더 많이 소산합니다(클램프 전력) [Kollman 2024]. RCD 클램프의 전압은 그 저항이 클램프의 전력을 소산하는 값에서 정해집니다(RCD 클램프 전압). TVS는 항복 전압(breakdown voltage)에 동저항(dynamic resistance)과 전류의 곱을 더한 전압에서 클램프합니다(TVS 클램핑 전압) [STMicroelectronics 2022]. 클램프 점검 도구는 두 클램프를 모두 계산합니다.

링잉과 기생 성분

스위치나 다이오드의 도통이 멈추면 노드의 기생 인덕턴스와 기생 커패시턴스가 링잉합니다. 그 값은 링잉 주파수를 두 번, 즉 만든 그대로의 상태에서 한 번, 값을 아는 커패시터를 노드 양단에 추가한 상태에서 한 번 측정하여 구합니다 [Nexperia 2024].

C_\mathrm{par} = \frac{C_\mathrm{add}}{\left(\frac{f_{r0}}{f_{r1}}\right)^{2} - 1}

$C_\mathrm{par}$: 노드의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)
$C_\mathrm{add}$: 측정을 위해 더한 커패시턴스
$f_{r0}$: 원래 회로의 링잉 주파수
$f_{r1}$: C_add를 더했을 때의 링잉 주파수

두 링잉 주파수로 구한 기생 커패시턴스✓ 테스트 8개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

감쇠 없는 L-C 공진
추가한 커패시터가 링잉하는 인덕턴스를 바꾸지 않음

비고

C_\mathrm{par}

와 비슷한 크기의 커패시턴스를 더하면 주파수가 뚜렷이 내려갑니다(

C_\mathrm{par}

의 세 배를 더하면 절반이 됩니다). 훨씬 작은 커패시턴스는 주파수를 측정할 수 있을 만큼 바꾸지 못합니다

출처

Nexperia 2024, Sec. 3 (Determining C_LK and L_LK): the ringing frequency before and after a known capacitor is added; derived here

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

snub.C_par · equations.yaml 항목

L_\mathrm{par} = \frac{1}{4 \pi^{2} f_{r0}^{2} C_\mathrm{par}}

$L_\mathrm{par}$: 기생(링잉) 인덕턴스
$C_\mathrm{par}$: 노드의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)
$f_{r0}$: 원래 회로의 링잉 주파수

링잉 노드의 기생 인덕턴스✓ 테스트 8개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

감쇠 없는 L-C 공진

출처

Nexperia 2024, Sec. 3 (Determining C_LK and L_LK): the inductance from the ringing frequency and the capacitance; derived here

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

snub.L_par · equations.yaml 항목

RC 스너버

노드 양단에 커패시터와 직렬로 연결한 저항이 링잉을 감쇠시킵니다. AN11160은 두 소자를 차례로 정합니다 [Nexperia 2024].

커패시터. $C_\mathrm{par}$ 의 한 배에서 두 배가 좋은 출발점이며, 손실과 피크 전압 사이의 절충입니다. 또한 기생 인덕턴스의 에너지를 받아낼 만큼 커야 하고, 온 시간(on-time) 안에 방전될 만큼 작아야 합니다.
저항. 기생 인덕턴스, 저항, 스너버 커패시터를 직렬로 본 감쇠 계수(damping factor)로 정합니다. 감쇠 계수가 0.5에서 1 사이이면 피크 전압이 가장 낮으며, 그 범위에서 가장 좋은 값은 몇 가지를 시험해 찾습니다.

R_\mathrm{snub} = 2 \zeta \sqrt{\frac{L_\mathrm{par}}{C_\mathrm{snub}}}

$R_\mathrm{snub}$: 스너버 저항
$C_\mathrm{snub}$: 스너버 커패시턴스
$L_\mathrm{par}$: 기생(링잉) 인덕턴스
$\zeta$: 감쇠 계수(damping factor)

감쇠 계수로 정한 RC 스너버 저항✓ 테스트 8개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

감쇠 없는 L-C 공진

비고

AN11160은 기생 인덕턴스, 저항, 스너버 커패시터를 직렬로 본 감쇠 계수를 쓰며, 피크 전압이 가장 낮도록 이를 0.5에서 1 사이로 잡습니다. 저항은

\sqrt{L_\mathrm{par}/C_\mathrm{snub}}

와 그 두 배 사이에 있고, 그 범위에서 가장 좋은 값은 시험을 반복해 찾습니다. 노드 자체의 커패시턴스는 이 감쇠 계수에 들어가지 않습니다

출처

Nexperia 2024, Sec. 2 (Designing the snubber - theory): the damping factor and the range of the snubber resistor; Sec. 4: the best value by trials

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

snub.R · equations.yaml 항목

에지(edge)마다 스너버 커패시터가 충전되거나 방전됩니다. 이로 인해 더해지는 손실은 저항값과 관계없으며, 기생 인덕턴스의 에너지는 스너버가 있든 없든 손실됩니다 [Nexperia 2024].

P = C_\mathrm{snub} V_\mathrm{snub}^{2} f_s

$P$: 전력
$C_\mathrm{snub}$: 스너버 커패시턴스
$V_\mathrm{snub}$: 스위칭 에지마다의 전압 변화폭
$f_s$: 스위칭 주파수

RC 스너버가 더하는 손실✓ 테스트 7개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

스너버 커패시터가 한 에지에서 저항을 통해 V까지 충전되고 다른 에지에서 저항을 통해 방전됨(스위칭 주기마다 한 번)

비고

저항을 통해 스너버 커패시터를 충전하면 저장되는 만큼(½ C V²)의 에너지를 잃고, 다음 에지에서 저항과 켜지는 스위치를 통해 방전하면서 저장된 에너지를 잃습니다. 저항값과 무관하게 한 주기에 C V²입니다. 기생 인덕턴스의 에너지는 스너버가 있든 없든 손실됩니다. 스너버 커패시터가 클수록 가장 좋은 저항으로 얻을 수 있는 피크 전압은 낮아지지만 손실은 커집니다

출처

Nexperia 2024, Sec. 2 (Designing the snubber - theory): the average power loss due to the snubber; derived here; Erickson & Maksimović 2020, Ch. 4 (Switch Realization: the energy of a capacitance charged at each switching edge is dissipated)

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

snub.P · equations.yaml 항목

커패시터가 클수록 가장 좋은 저항으로 얻을 수 있는 피크 전압은 낮아지지만 손실은 커집니다. 스너버는 감쇠와 손실 사이의 절충입니다 [Nexperia 2024].

저항에는 따로 정격이 필요합니다. 커패시터를 충전하는 에지에서 저항은 커패시터가 저장하는 만큼의 에너지와 기생 인덕턴스의 에너지를 함께 받으며, AN11160은 이 둘로 저항의 정격을 정합니다 [Nexperia 2024].

P_{R,\mathrm{snub}} = \frac{f_s \left(C_\mathrm{snub} V_\mathrm{snub}^{2} + L_\mathrm{par} I_\mathrm{ring}^{2}\right)}{2}

$P_{R,\mathrm{snub}}$: 스너버 저항의 소산 전력
$C_\mathrm{snub}$: 스너버 커패시턴스
$I_\mathrm{ring}$: 링잉이 시작될 때의 전류
$L_\mathrm{par}$: 기생(링잉) 인덕턴스
$V_\mathrm{snub}$: 스위칭 에지마다의 전압 변화폭
$f_s$: 스위칭 주파수

RC 스너버 저항의 소산 전력✓ 테스트 8개로 검증됨

가정, 표기 규약, 출처

가정

스위칭 주기마다 한 번 스너버 커패시터를 충전하는 에지: 기생 인덕턴스에 I_ring이 흐르는 동안 노드 전압이 V_snub만큼 바뀜; 노드 자체의 커패시턴스는 무시함(AN11160)

비고

AN11160은 이 에지를 기준으로 저항의 정격을 정합니다. 저항은 커패시터가 저장하는 만큼의 에너지와 기생 인덕턴스의 에너지를 받습니다. 이 값은 스너버가 더하는 손실(`snub.P`)보다 클 수 있습니다. 그 손실에는 인덕턴스의 에너지가 빠져 있는데, 이 에너지는 스너버가 있든 없든 손실되기 때문입니다. 켜지는 스위치가 저항을 통해 커패시터를 방전하는 회로에서는 그 에지도 저항을 가열하므로(최대 커패시터에 저장된 에너지만큼) 정격에 이를 반영해야 합니다

출처

Nexperia 2024, Sec. 4 (Designing the snubber - in practice): the power dissipation in the snubber resistor; Sec. 2: the energy lost in the resistor at turn-off; derived here

유도

sympy 단계별 유도

수식 id

snub.P_R · equations.yaml 항목

켜지는 스위치가 저항을 통해 커패시터를 방전하는 회로에서는 그 에지도 저항을 가열하며, 이때 저항이 받는 에너지는 커패시터에 저장된 에너지까지 이를 수 있습니다.

풀이 예제

링잉하는 노드와 그 스너버의 예제입니다.

RC 스너버 예제

기호	값	구하는 방법
$f_{r0}$ 원래 회로의 링잉 주파수	20 MHz	주어진 값
$f_{r1}$ C_add를 더했을 때의 링잉 주파수	10 MHz	주어진 값
$C_\mathrm{add}$ 측정을 위해 더한 커패시턴스	150 pF	주어진 값
$C_\mathrm{snub}$ 스너버 커패시턴스	100 pF	주어진 값
$\zeta$ 감쇠 계수(damping factor)	0.75	주어진 값
$V_\mathrm{snub}$ 스위칭 에지마다의 전압 변화폭	100 V	주어진 값
$f_s$ 스위칭 주파수	100 kHz	주어진 값
$I_\mathrm{ring}$ 링잉이 시작될 때의 전류	500 mA	주어진 값
$C_\mathrm{par}$ 노드의 기생 커패시턴스(parasitic capacitance)	50 pF	두 링잉 주파수로 구한 기생 커패시턴스
$L_\mathrm{par}$ 기생(링잉) 인덕턴스	1.27 µH	링잉 노드의 기생 인덕턴스
$R_\mathrm{snub}$ 스너버 저항	169 Ω	감쇠 계수로 정한 RC 스너버 저항
$P$ 전력	100 mW	RC 스너버가 더하는 손실
$P_{R,\mathrm{snub}}$ 스너버 저항의 소산 전력	65.8 mW	RC 스너버 저항의 소산 전력

150 pF를 추가하면 링잉 주파수가 20 MHz에서 10 MHz까지 내려가므로, 노드 자체의 커패시턴스는 50 pF이고 인덕턴스는 1.27 µH입니다. $C_\mathrm{par}$ 의 두 배인 100 pF의 스너버 커패시터와, 범위의 가운데인 감쇠 계수 0.75로 정한 저항은 169 Ω입니다. 노드 전압이 100 kHz의 주파수로 100 V만큼 스윙(swing)하면 스너버는 100 mW의 손실을 더합니다. 링잉이 시작될 때 기생 인덕턴스에 500 mA가 흐르면, 저항은 커패시터를 충전하는 에지에서 65.8 mW를 소산하며, 다른 에지가 저항을 통해 커패시터를 방전하면 그보다 더 소산합니다.

직접 해 보기

▶ 수식 탐색기에서 열기: 두 링잉 주파수로 구한 기생 커패시턴스
초기값을 가져온 예제 rc-snubber

$f_{r1}$ 을 $f_{r0}$ 쪽으로 스윕(sweep)하십시오. 주파수가 조금만 내려가도 $C_\mathrm{par}$ 가 크게 나오고, 두 주파수 중 어느 하나에 작은 오차가 있어도 그 값에 큰 오차가 생깁니다. 주파수가 분명히 내려갈 만큼 충분한 커패시턴스를 추가하십시오.

클램프 점검 도구는 누설 인덕턴스와 피크 전류로부터 플라이백의 TVS 또는 RCD 클램프를 계산합니다.

벤치 실습

짧은 접지 스프링(ground spring)으로 스위치 노드를 프로빙하고, 스위칭 에지(switching edge) 뒤의 링잉 주파수를 읽으십시오. 예상되는 기생 커패시턴스의 몇 배인 C0G 커패시터를 소자 가까이에 추가하고 주파수를 다시 읽으십시오. $C_\mathrm{par}$ 와 $L_\mathrm{par}$ 를 계산하고, 스너버 커패시터와 범위 안의 감쇠 계수에 맞는 저항을 정한 뒤, 그 근처 값의 저항 몇 개를 시험하십시오. 소산 전력에 맞는 정격의 저항으로 스너버를 만들고(스너버 저항의 소산 전력), 피크 전압과 저항의 온도를 확인하십시오.

주의할 점

TVS는 실제 전류에서의 클램핑 전압(clamping voltage)으로 판단하십시오. TVS의 클램핑 전압은 항복 전압만이 아니라, 항복 전압에 동저항과 전류의 곱을 더한 값입니다 [STMicroelectronics 2022].
반사 전압에 가까운 클램프 전압은 전력을 낭비합니다. 이때 클램프는 누설 에너지보다 훨씬 많은 에너지를 가져갑니다 [Kollman 2024].
스너버의 손실이 곧 저항의 정격은 아닙니다. 스너버가 더하는 손실은 저항과 관계없이 커패시터, 전압 스윙, 스위칭 주파수가 정하지만 [Nexperia 2024], 저항은 기생 인덕턴스의 에너지도 받습니다(스너버 저항의 소산 전력).

더 알아보기

응용 노트 Designing RC snubbers (AN11160) — Nexperia · 확인일 2026-09-24
커패시터를 더해 링잉 노드의 기생 커패시턴스와 인덕턴스를 구한 뒤, 피크 전압과 손실을 맞바꾸며 RC 스너버의 커패시터와 감쇠 계수로 정하는 저항을 고르는 방법.
기술 기사 Snubbing the flyback converter (SSZTCV6) — R. Kollman, Texas Instruments · 확인일 2026-09-24
플라이백의 누설 인덕턴스가 스위치 전압을 반사 전압보다 높이 밀어 올리는 과정, 그리고 클램프 전압과 클램프 손실 사이의 트레이드오프.
도서 챕터 Switch Realization (Ch. 4) — R. W. Erickson, D. Maksimović · 확인일 2026-09-23
트랜지스터와 다이오드로 이상적인 스위치를 구현하는 방법과 스위칭 손실의 원인.

퀴즈

어떤 노드가 20 MHz로 링잉하고, 노드 양단에 $150\,\mathrm{pF}$ 의 커패시턴스를 추가하면 10 MHz로 링잉합니다. 노드 자체의 커패시턴스는 얼마입니까?
1. $150\,\mathrm{pF}$
2. $50\,\mathrm{pF}$
3. $75\,\mathrm{pF}$
4. $37.5\,\mathrm{pF}$
정답과 해설
정답: B 주파수를 절반으로 낮추려면 커패시턴스가 네 배가 되어야 하므로, 추가한 150 pF의 커패시턴스는 노드 자체 커패시턴스의 세 배입니다.
AN11160은 RC 스너버의 저항을 어떻게 정합니까?
1. 가능한 한 작은 값으로 정합니다
2. 가능한 한 큰 값으로 정합니다
3. 기생 인덕턴스, 저항, 스너버 커패시터를 직렬로 본 감쇠 계수가 0.5에서 1 사이가 되도록 정하고, 몇 가지 값을 시험합니다
4. 부하 저항과 같게 정합니다
정답과 해설
정답: C 감쇠 계수가 0.5에서 1 사이이면 피크 전압이 가장 낮고, 그 범위에서 가장 좋은 값은 시험해서 찾습니다.
$220\,\mathrm{pF}$ 의 RC 스너버에 100 kHz에서 에지마다 100 V의 전압 스윙이 걸립니다. 이 스너버가 더하는 손실은 얼마입니까?
1. $0.22\,\mathrm{W}$
2. $0.11\,\mathrm{W}$
3. $22\,\mathrm{mW}$
4. $2.2\,\mathrm{W}$
정답과 해설
정답: A 스너버 커패시터의 충전과 방전에서 각각 C V 제곱의 절반을 잃으므로 한 주기에 C V 제곱을 잃으며, 여기에 주파수를 곱합니다.
스너버 저항의 값은 스너버의 손실을 어떻게 바꿉니까?
1. 저항이 클수록 손실이 줄어듭니다
2. 바꾸지 않습니다. 손실은 커패시터, 전압 스윙, 주파수가 정합니다
3. 저항이 작을수록 손실이 줄어듭니다
4. 손실은 저항이 아니라 커패시터에서 생깁니다
정답과 해설
정답: B 저항을 통해 커패시터를 충전하면 저항값과 관계없이 C V 제곱의 절반을 잃고, 다음 에지에서 저장된 절반을 잃습니다.
AN11160이 출발점으로 삼는 스너버 커패시터는 얼마입니까?
1. 노드 자체 커패시턴스의 10분의 1
2. 노드 자체 커패시턴스의 100배
3. 노드 자체 커패시턴스의 한 배에서 두 배
4. 출력 커패시터만큼 큰 값
정답과 해설
정답: C 절충입니다. 커패시터가 클수록 가장 좋은 저항으로 얻을 수 있는 피크 전압은 낮아지지만, 손실도 함께 커집니다.
TVS 모델에서, 항복 전압이 150 V이고 동저항이 $0.5\,\Omega$ 인 TVS에 10 A가 흐릅니다. 이 TVS가 클램프하는 전압은 얼마입니까?
1. $155\,\mathrm{V}$
2. $150\,\mathrm{V}$
3. $145\,\mathrm{V}$
4. $160\,\mathrm{V}$
정답과 해설
정답: A 항복 전압에 동저항과 전류의 곱을 더한 값, 즉 150 V에 5 V를 더한 값입니다.
플라이백 클램프의 전압을 반사 전압보다 조금만 높게 잡으면 클램프의 손실은 어떻게 됩니까?
1. 주기당 누설 에너지로 줄어듭니다
2. 주기당 누설 에너지보다 훨씬 커집니다
3. 0이 됩니다
4. 변하지 않습니다
정답과 해설
정답: B 이때 누설 전류가 리셋되는 데 오래 걸리고, 그동안 클램프는 변압기에서 에너지를 계속 끌어옵니다.
스너버 커패시터를 충전하는 에지에서 AN11160은 저항이 커패시터가 저장하는 만큼의 에너지를 받는다고 봅니다. 저항의 정격에는 그 밖에 무엇을 넣습니까?
1. 부하의 전력
2. 더 넣는 것은 없습니다
3. 링잉이 시작될 때 기생 인덕턴스의 에너지
4. 게이트 구동 에너지
정답과 해설
정답: C 링잉이 시작될 때 기생 인덕턴스에 있던 에너지도 저항으로 가므로, 저항은 스너버가 더하는 손실보다 많이 소산할 수 있습니다.

이 사이트의 예제, 프리셋, 연습 문제에 나오는 수치는 교육용으로 만든 어림수(합성 값)이며, 실제 설계의 데이터가 아닙니다.