DC-DC自举升压威廉希尔官方网站 的典型应用

电源/新能源

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一、自举升压威廉希尔官方网站 的典型应用:

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图一:Buck威廉希尔官方网站 系统的框图、参考设计

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图二:Boost 威廉希尔官方网站 系统的框图、参考设计

如图一、图二所示,在DC-DC开关芯片【Buck、Boost】上都有一个BST的引脚,它和SW开关引脚之间需要连接一个小电容通常0.1uF-1uF之间,那么为什么需要加这个电容呢?有什么作用呢?

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图三:芯片内部结构简易图

其实仔细观察芯片内部结构简易图可以找到答案。如图三所示的内部原理框图可以看到:输出端SW引脚的高侧、低侧均采用的N-MOS管,使用N-MOS管需要解决一个驱动电压的问题,因为驱动信号参考端和高端驱动管S极不是同一个参考电位,所以需要将高侧端驱动信号抬高,这里很巧妙使用了电容自举升压抬高。具体过程如下:低侧端N-MOS导通时,输出端电感通过其续流,同时对自举电容充电;当低侧端N-MOS管断开时,自举升压电容为高侧端驱动威廉希尔官方网站 直接提供电压,高侧端驱动信号使高端N-MOS导通。

该电容如何选择呢?

电容、电荷量和其电压的基本关系如下:

Q=C*U------C:容量,Q:电荷量,U:电压;

因为我们知道,驱动消耗的功率在电容上面最终是电荷量的形式,我们驱动的如MOSFET,最终在其门极是结电容造成的,根据数据手册往往会给出其在一定驱动电压下需要的电荷量Q,如下图是某MOSFET数据手册中给出的门极总电荷量Qg:

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门极总电荷量测试曲线,可以看出其是门极电压Vgs的正相关量

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通过转换一下电容、电荷量和其电压的基本关系就可以得到自举电容的计算方法:

C=Qg/△U

这里,Qg是高侧端MOS的门极总电荷量;△U是电容两端电压的变化量,我们知道这个电压越稳定,意味着驱动电压越稳定,保持一定的驱动电压意味着MOSFET在稳定的饱和区,功率损耗越小。

常规情况下,在电容已经被充电稳定的情况下,保持电容电压的变化或波动量在100mV到300mV是我们能够接受的,这个值也就就是电容电压的纹波大小。假如门极电荷量是10nC(驱动电压是10V的情况下),我们要求驱动过程中,自举电容的电压变化量最大是100mV,那么自举电容则为:

C=10nC/0,1=100nF

实际中,这个电容我们通常要求采用低ESR的陶瓷电容,以便提供高质量的驱动能量,大小则需要取值为计算值的3至5倍。这是因为电容本身会存在一定的偏差,且陶瓷电容在直流偏置下容量衰减的比较厉害。

我们常用的小功率DC-DC更是会给出一个典型的自举电容,比如100nF或10nF,这个值往往都是大于计算值的,我们采用推荐值,因为这些DC-DC的MOSFET内置,无法得知这个MOSFET的特性,所以采用它们给的推荐值。

二、简单模型:

相对简单的应用自举威廉希尔官方网站 ,如下图中的威廉希尔官方网站 ,二极管D1和电容C1就构建了自举威廉希尔官方网站 。

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A状态:电容充电时状态

A状态为默认状态:此时开关S1闭合,开关S2断开,Q1导通,C1负极与地导通,电流从电源V1出发,通过D1,经过C1,经过Q1,再流回电源V1。达到稳态后,电容上端对地电压为5V,下端对地电压为0V。

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B状态:自举升压时状态

B状态为自举升压状态:开关S1断开,Q1截止,开关S2闭合,电容下端电压与电源正极直连,此时电容下端对地电压等于电源正极对地电压,即为5V。由于电容两端电压不能突变,电容上端相对电容下端,电压为5V,电容下端相对地,电压为5V。所以电容下端相对地,电压成了5V+5V=10V。由于D1的反向截止作用,使得电容上端对地电压可以保持在10V。

审核编辑:汤梓红

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