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BUCK電路中的BOOT電容

BUCK電路一種開關電源,其由高管與低管輪流導通進行降壓。一般的其拓撲結構如下:

當VCC電壓與VO電壓接近時,高管的VGS過小使得高管無法開啟。

對於MOSFET,導通的條件是柵-源極之間的電壓(Ugs)大於某個閥值,這個閥值不同的管其值不盡相同。下圖所示是一個NMOS的半橋,對於低端的管子Q2,由於其源極接地,所以當要求Q2導通時,只要在Q2的柵極加個一定的電壓即可;但是,對於高階的管子Q1,由於其源極的電壓Us是浮動的,則不好在其柵極上施加電壓以使Q1的Ugs滿足導通條件。試想,理想下,Q2的導通電阻為0,即導通時,Q2的Uds為0,則Us=Ud,則要求Q2的柵極電壓Ug大於Ud。簡單地說,要求升壓。

高階管的驅動方法有幾個,如用隔離變壓器等。自舉型驅動IC具有簡單、實用的特點,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,更合理地設計電路、佈局佈線和器件選型。

電路簡圖

首先,如下圖,是一款MOSFET驅動IC的電路圖,值得注意:出於便於分析的初衷,對電路進行了簡化。

如上圖,這電路並不陌生,二極體D1和電容C1分別被稱為自舉二極體和自舉電容,有些IC把自舉二極體整合到IC內部。

把上圖的驅動作簡化,只留下它的輸出級,得到下圖:注:此圖為示意圖,只用於功能的描述。下圖的黃色框內可以看作開關,這樣便於下面分析理解。

充電過程

可以理解,半橋的兩個禁禁止同時導通。下圖是半橋低端管導通的示意圖。

如上圖所示,半橋的高階管關閉,而低端管開啟,這時泵二極體和泵電容組成充電迴路。由上圖可以得到,+15V的電源經過泵二極體、泵電容、再經過半橋的低端管、再到地(電源負極),它們組成迴路,對泵電容進行充電,使電容兩邊的電壓為15V,即Uc = 15V。

放電過程

這時再分析半橋低端管關閉的情況,如下圖所示:

由於半橋低端管關閉,上文所述的迴路被截斷,泵二極體處於反向截止。由於高階管開啟,

所以Ug = Uc + Us。

可得 Ugs = Ug - Us = Uc 。

由於充電過程中,電容已被充電,所以Uc的電壓大概為15V。

即Ugs = 15V 。這個電壓可以開啟高階管的MOSFET。

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