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什么是自举电容?自举电容的额定电压如何选?

什么是自举电容?
自举电容的作用原理?
自举电容的额定电压如何选?

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刘磊

2021-3-12 16:13:04
  DC-DC BUCK 芯片的外围威廉希尔官方网站 设计中,我们一般会在 BOOT 和 SW 管脚之间加电容或者电容+电阻组合,这一块的威廉希尔官方网站 叫自举威廉希尔官方网站 ,自举威廉希尔官方网站 中的电容、电阻就被称为自举电容、自举电阻。
  什么是自举电容?
  DCDC BUCK 芯片有一个管脚叫 BOOT,有的叫 BST,如下是一个 DCDC 芯片对 BOOT 管脚的解释,在外部威廉希尔官方网站 设计时,BOOT 和 SW 管脚之间,需要加一个电容,一般是 0.1uF,连接到 DCDC 高端 MOS 管的驱动端,这个电容就叫作自举电容。
  
  自举电容的作用原理?
  如下是 DCDC BUCK 芯片的框图,上面的 NMOS 称为 high-side MOSFET,下面的 NMOS 称为 low-side MOSFET。
  
  当高边 MOS 管打开时,SW 为 VIN,SW 对电感进行充电储能,电感电流呈上升趋势;当低边 MOS 管打开时,SW 为 GND,此时电感通过续流二极管对负载进行供电,理论上高低 MOS 管不能同时打开,所以上下管打开的周期就形成了占空比,根据负载的轻重,来调节占空比,来满足不同负载需求。
  以上就是 DC-DC BUCK 的大致原理。
  图中的 C 就是自举电容,当低边 MOS 管打开时,SW 接地为 0,BOOT 上的电压由 BOOT Charge 提供,假如是 5V,就对电容进行充电;当关闭低边 MOS 管,选择打开高边 MOS 管,因为高边 Vgs》Vgs(th),所以高边 MOS 管能打开,随着高边 MOS 管打开,SW 上的电压就会变成 VIN。
  如果不加这个 C,那当 Vgs《Vgs(th)时,就会出现高边 MOS 管无法打开;加上 C 之后,利用电容电压不能突变的特性,当 SW 变成 VIN,那 BOOT 上的电压就会升为 VIN+5V,此时 Vgs 会大于 Vgs(th),高边 MOS 管就打开了。
  自举电容的额定电压如何选?
  一般 SPEC 上会给出 BOOT to SW 的最大值,如下图是 6.5V,所以一般选 10V/16V 耐压值的电容即可。
  
  自举电阻选取
  其实在自举威廉希尔官方网站 中,也可以加入电阻,一般叫 BOOT 电阻。BOOT 电容的作用是 SW 在高电平时,利用电容两端电压不能突变特性,会将 BOOT 脚电压泵至比 SW 高的电压,维持高边 MOSFET 的导通状态。
  加入了 BOOT 电阻,和 BOOT 电容就构成了 RC 充电威廉希尔官方网站 。
  BOOT 电阻的大小决定了高边 MOSFET 的开关速度。一般 BOOT 电阻越大,高边 MOSFET 开的就越慢,这个时候 SW 上的尖峰就越小,EMI 特性就好。BOOT 电阻越小,MOSFET 开的快,SW 上的尖峰就越大,所以有的时候会在 SW 上预留 RC 对地吸收。
  
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