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  • DCDC的高端NMOS的自舉小竅門介紹
    • 發(fā)布時(shí)間:2022-10-08 20:19:55
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    DCDC的高端NMOS的自舉小竅門介紹
    NMOS管的主回路電流方向?yàn)镈極到S極,導(dǎo)通條件為VGS有一定的壓差,即VG-VS>VTH;PMOS管的主回路電流方向?yàn)镾極到G極,導(dǎo)通條件為VSG有一定的壓差,即VS-VG>VTH。
    故一般把NMOS作為下管,S極接地,只要給G極一定電壓即可控制其導(dǎo)通關(guān)斷;把PMOS作為上管,S極接VIN,G極給個(gè)低電壓即可導(dǎo)通。當(dāng)然NMOS管也可作為上管,但需要增加自舉驅(qū)動(dòng)電路。
    對于一些拓?fù)洌热鏐uck、Boost、Buck-Boost這些用NMOS作為上管的拓?fù)?,就沒辦法直接用剛才說的只給G極一個(gè)電平來驅(qū)動(dòng)。
    假如此時(shí)D極接VIN,S極的電壓不定,NMOS管截止時(shí)為低電平,導(dǎo)通時(shí)接近高電平VIN,需要板子上給G極一個(gè)更高的電壓,但此時(shí)板子已無比VIN更高的電平了,那么就可以采用自舉驅(qū)動(dòng)電路。
    NMOS 自舉驅(qū)動(dòng)電路
    如圖為用于驅(qū)動(dòng)上MOS管的電容自舉驅(qū)動(dòng)電路。該自舉電容通過二極管接到VCC端,下接上MOS管的S極。當(dāng)驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)下MOS管導(dǎo)通時(shí),VCC通過二極管、RBOOT、下MOS管,對CBOOT充電。
    充電時(shí)間為下MOS管的導(dǎo)通時(shí)間,我們定為Toff(上MOS管);當(dāng)下管關(guān)斷后,驅(qū)動(dòng)電路導(dǎo)通上MOS管,CBOOT的下端電壓變?yōu)閂IN,由于電容兩端電壓不能突變,所以CBOOT上的電壓自然就被舉了起來。
    這樣驅(qū)動(dòng)電壓才能高過輸入電壓,就能保持上管持續(xù)導(dǎo)通,此時(shí)VBOOT的電壓通過RBOOT和內(nèi)部電路放電,放電時(shí)間為Ton(上MOS管)。
    NMOS 自舉驅(qū)動(dòng)電路
    自舉電容充電過程如圖:
    下MOS管導(dǎo)通時(shí)開始充電,充電電壓對時(shí)間的關(guān)系如公式一所示:
    Vcboot_max = V0 + VCC x [1–exp (-Toff/RC)];
    充電電流對時(shí)間的關(guān)系如公式二所示:
    I = CdU/dT = C x △Vcboot/Toff。
    NMOS 自舉驅(qū)動(dòng)電路
    接下來看一下其放電過程:上MOS管導(dǎo)通時(shí)開始放電,放電電壓對時(shí)間的關(guān)系如公式三所示:
    Vcboot_min = exp [ -Ton/ (Rtotal x C) ] x Vcboot_max
    放電電流對時(shí)間的關(guān)系如公式四所示:
    I = CdU/dT = C x △Vcboot/Ton
    至此我們已經(jīng)掌握自舉驅(qū)動(dòng)電路的“竅門”。
    如何正確地選擇合適的電容、電阻呢?
    電容的選型主要基于其耐壓值和容量大小。耐壓值要大于等于VCC減去二極管和下MOS管的導(dǎo)通電壓。驅(qū)動(dòng)電路上有其他功耗器件由該電容供電,所以要求電容上的電壓下跌最好不要超過原先值的10%,這樣才能保證驅(qū)動(dòng)電壓。
    由以上限制和公式三可推出需要Ton <= (Rtotal x C)x ln0.9。由該式可知Ton的最大值與自舉電容和自舉電阻的大小有關(guān)。如果容值太小,其兩端的電壓降會(huì)過大,會(huì)出現(xiàn)占空比無法展開的情況。
    但是容值也不能太大,太大的電容會(huì)導(dǎo)致最小Toff變大,電容充不滿電也會(huì)導(dǎo)致占空比無法展開,并且會(huì)導(dǎo)致二極管在充電的時(shí)候沖擊電流過大。
    了解完電容后,自舉電阻該怎么選型呢?
    自舉電阻的電壓等于充電電流乘以其阻值,所以其耐壓值要大于最大充電電流乘以其阻值;同樣自舉電阻的阻值會(huì)影響自舉電容充電時(shí)間,也會(huì)影響占空比, R越大,所需充電時(shí)間越長。
    同時(shí)自舉電阻阻值的增加會(huì)降低上MOS管的驅(qū)動(dòng)電壓,增加Cgs的充電時(shí)間,從而降低上MOS管導(dǎo)通時(shí)的電壓電流的變化率和SW波尖峰。
    NMOS 自舉驅(qū)動(dòng)電路
    圖注:自舉電阻為0Ω時(shí),SW的測試波形
    將電阻增大到45Ω時(shí),可以明顯看出自舉電阻越大,SW波上升斜率越小,同時(shí)SW的尖峰越小,驗(yàn)證了前面的結(jié)論。
    NMOS 自舉驅(qū)動(dòng)電路
    圖注:電阻增大到45Ω時(shí),SW的測試波形
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