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電源Boot電容的工作原理

電子芯期天 ? 來源:電子芯期天 ? 2023-02-11 10:09 ? 次閱讀

自舉電容,內(nèi)部高端MOS需要得到高出IC的VCC的電壓,通過自舉電路升壓得到,比VCC高的電壓,否則,高端MOS無法驅(qū)動(dòng)。

自舉是指通過開關(guān)電源MOS管和電容組成的升壓電路,通過電源對(duì)電容充電致其電壓高于VCC。最簡單的自舉電路由一個(gè)電容構(gòu)成,為了防止升高后的電壓回灌到原始的輸入電壓,會(huì)加一個(gè)Diode.自舉的好處在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來升高電壓。舉個(gè)例子來說,如果MOS的Drink極電壓為12V,Source極電壓原為0V,Gate極驅(qū)動(dòng)電壓也為12V,那么當(dāng)MOS在導(dǎo)通瞬間,Soure極電壓會(huì)升高為Drink減壓減去一個(gè)很小的導(dǎo)通壓降,那么Vgs電壓會(huì)接近于0V,MOS在導(dǎo)通瞬間后又會(huì)關(guān)斷,再導(dǎo)通,再關(guān)斷……。如此下去,長時(shí)間在MOS的Drink極與Source間通過的是一個(gè)N倍于工作頻率的高頻脈沖,這樣的脈沖尖峰在MOS上會(huì)產(chǎn)生過大的電壓應(yīng)力,很快MOS管會(huì)被損壞。如果在MOS的Gate與Source間接入一個(gè)小電容,在MOS未導(dǎo)通時(shí)給電容充電,在MOS導(dǎo)通,Source電壓升高后,自動(dòng)將Gate極電壓升高,便可使MOS保持繼續(xù)導(dǎo)通。

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對(duì)于MOSFET,導(dǎo)通的條件是柵-源極之間的電壓(Ugs)大于某個(gè)閾值,這個(gè)閾值同的管其值不盡相同。下圖所示是一個(gè)NMOS的半橋,對(duì)于低端的管子Q2,由于其源極接地,所以當(dāng)要求Q2導(dǎo)通時(shí),只要在Q2的柵極加個(gè)一定的電壓即可;但是,對(duì)于高端的管子Q1,由于其源極的電壓Us是浮動(dòng)的,則不好在其柵極上施加電壓以使Q1的Ugs滿足導(dǎo)通條件。試想,理想下,Q2的導(dǎo)通電阻為0,即導(dǎo)通時(shí),Q2的Uds為0,則Us=Ud,則要求Q2的柵極電壓Ug大于Ud。簡單地說,要求升壓。

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高端管的驅(qū)動(dòng)方法有幾個(gè),如用隔離變壓器等。自舉型驅(qū)動(dòng)IC具有簡單、實(shí)用的特點(diǎn),目前被廣泛地使用。下面簡要地描述自舉的工作過程,目的是理清自舉的工作原理,更合理地設(shè)計(jì)電路、布局布線和器件選型。

電路簡圖

首先,如下圖,是一款MOSFET驅(qū)動(dòng)IC的電路圖,值得注意:出于便于分析的初衷,對(duì)電路進(jìn)行了簡化。

e0a7bd7e-a97f-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

如上圖,這電路并不陌生,二極管D1和電容C1分別被稱為自舉二極管和自舉電容,有些IC把自舉二極管集成到IC內(nèi)部。

把上圖的驅(qū)動(dòng)作簡化,只留下它的輸出級(jí),得到下圖:注:此圖為示意圖,只用于功能的描述。下圖的黃色框內(nèi)可以看作開關(guān),這樣便于下面分析理解。

充電過程

可以理解,半橋的兩個(gè)禁止同時(shí)導(dǎo)通。下圖是半橋低端管導(dǎo)通的示意圖。

e0c0a532-a97f-11ed-bfe3-dac502259ad0.png

如上圖所示,半橋的高端管關(guān)閉,而低端管開啟,這時(shí)泵二極管和泵電容組成充電回路。由上圖可以得到,+15V的電源經(jīng)過泵二極管、泵電容、再經(jīng)過半橋的低端管、再到地(電源負(fù)極),它們組成回路,對(duì)泵電容進(jìn)行充電,使電容兩邊的電壓為15V,即Uc = 15V。

放電過程

這時(shí)再分析半橋低端管關(guān)閉的情況,如下圖所示:

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由于半橋低端管關(guān)閉,上文所述的回路被截?cái)?,泵二極管處于反向截止。由于高端管開啟,

所以Ug = Uc + Us。

可得 Ugs = Ug - Us = Uc 。

由于充電過程中,電容已被充電,所以Uc的電壓大概為15V。

即Ugs = 15V 。這個(gè)電壓可以開啟高端管的MOSFET。

至此,已完成一個(gè)PWM周期內(nèi),自舉電路的工作過程,可以理解為泵電容的充放電過程。

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開關(guān)電源中的緩沖吸收電路

審核編輯:陳陳

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原文標(biāo)題:電源 Boot電容(自舉電容)的工作原理

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