DC-DC 自举电容

目录

自举电容工作过程

为什么需要自举电容

为什么要用NMOS而不是PMOS

自举电容容值怎么选

总结

调试案例


自举电容工作过程

框图外围BS与LX接有自举电容

1、当下管MOS导通,LX端接地,电压为0V,电容BS端因为有内部LDO的支持,大约有3.3V的电压。

2、当下MOS关闭,此时芯片LX端类似浮空,因为下管已经关闭了,由于自举电容两端电压不能突变,对于自举电容来说,当时的BS端电压比LX端电压高3.3V,当PWM控制器对高边MOS的驱动器输入高电平时,驱动器输出对LX端的压差就为3.3V,这个电压也是Vgs,此电压可以将上MOS管导通。在高边MOS打开的过程中,LX的电压瞬间上升,意味着高边MOS S极的电压也是瞬间上升,这个时候由于有自举电容的存在,Vgs依然保持为3.3V,高边MOS一直在打开的状态。

        自举电容,就是自己把自己G极的电压给抬起来了。

  

        如下图是自举电容两端的电压,紫色为上端,靠近芯片BS端,黄色为下端,靠近电感端。

        可以看到,随着上下MOS管的打开关闭,上端的最低电压为3.3V,是内部LDO的输出。下端在0V和V INV之间跳变。

为什么需要自举电容

因为内部为NMOS管,决定了需要一个大于LX的电压,才能将上N MOS管导通。

为什么要用NMOS而不是PMOS

之所以使用N MOS管,是因为从性质上,就比P MOS的导通电阻小,压降小,发热量小,效率更高。所以在比较大功率的DCDC上,都会选择N MOS,简单一些功率小的芯片,会选择P MOS,因为设计简单。

自举电容容值怎么选

电容偏大,会导致在下MOS管导通的时候,电源对自举电容的充电无法充满,上电压无法使高边MOS导通,输出电压异常。

电容偏小:

1、高边MOS G极导通能量不足;

2、高边电路静态电流问题;

3、驱动IC能量消耗问题;

4、高边MOS G极漏电流;

5、自举电容漏电流。

从经验来看,多用0.1uf左右的容值。

总结

自举电容的意义是,由于使用了N MOS管,高边MOS的V g必须要大于V s,但V s基本就是V IN的电压,比如5V,12V,原则上芯片内部没有再比这个V IN更高的电压了,所以需要一个电容,本着电容两端电压不能突变的原理,使得高边MOS能够正常打开。

调试案例

调试一个DC-DC电路,16V/20A的芯片,功率算是中等偏上。

DCDC工作不正常,空载有输出,接负载后,电压马上掉落到大概2.3V,一开始以为是电感选取不对,瞬态响应不足,调了电感和工作频率,都不怎么有效。

下图是EN(紫色) 和输出(黄色)测量波形图,可以看到输出电压在一开始为正常的3.3V后,又掉落到2.3V左右。

下图为输入电压和输出电压的波形图:

从以上时序图当中,基本排除了输入电压与EN信号的影响,这两个信号都是正常的。

最后发现是当时的工程师,将原理图画错,自举电容应该在电感之前,画在了电感之后。

 这是正常情况下的自举电容的电压。

如果将自举电容连接到电感后面,会由于输出是一个稳定的值,使得这个电容无法通过瞬间充电,达到开启高边MOS的作用。

异常时的电感端波形。

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