BUCK电源芯片中自举电容的说明

自举电容的说明

在BUCK电路中,经常会看到一个电容连接在芯片的SW和BOOST管脚之间,这个电容称之为自举电容,关于这个电容,在下面对该电容进行说明。


BUCK电源芯片中自举电容的说明_第1张图片

图1 LT3840应用电路图

1 MOS工作原理

首先认识MOS的符号,确定是N型还是P型,然后确定各个极:


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BUCK电源芯片中自举电容的说明_第4张图片

然后了解MOS的开启条件:


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2 开关电源芯片的工作方式

LT3840的datasheet中对自举电容没有详细的说明,只是在boost引脚的说明里给出了

在这里插入图片描述

而查阅另一款BUCK芯片MP1484,手册里对自举电容进行了说明:


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翻译过来就是:由于高端MOSFET需要的栅极电压大于输入电压,因此需要在SW和BS之间连接一个升压电容器来驱动高端栅极。 当SW为低电平时,升压电容器从内部5V电源轨充电。

接下来结合LT3840芯片内部框图来说明:

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图2 LT3840内部框图

INTVcc的说明为:INTVCC是辅助偏置电源输出。用靠近该引脚的低ESR电容旁路该引脚。 INTVCC为LT3840提供内部偏置MOSFET栅极驱动器。这个值并不等于Vin,只是给驱动器供电。

DC-DC在工作时,SW管脚电压在MOS2导通时是接GND的;在MOS2断开时即MOS1导通时是接Vin,SW电压与电源输入相同。上管MOS1的Vgs由驱动器DRIVE控制。根据前一节对MOS的说明,要想N-MOS1导通,Vg需要大于Vs。因为驱动器的电源负端在MOS2断开时电压已经是与源输入Vin相同了(为什么相同,应该是由输出的LC提供的),所以驱动器的供电必须大于Vin。

  • MOS2导通时,SW引脚接地,自举电容此刻由INTVCC经二极管进行充电,电压值会变为INTVcc;
  • MOS2断开时,SW由GND变为Vin,自举电容两端的电压不能突变,因此Boost端的对地电压变为Vin+INTVcc,给驱动器进行供电;

仿真结果:INTVcc引脚电压为7.5V,Vin为12V,boost引脚的电压最低为7.5V,最高为19V(7.5V+12V),低的时候表示由INTVcc提供,高的时候表示电容此刻放电,其电压得到累加。

  • 当Vsw为低时,表示MOS2闭合,SW引脚接地,此刻Boost引脚电压为低电平7.5V,电容此刻充电;
  • 当Vsw为高时,表示MOS2断开,boost对地电压为输入电压Vin和INTVcc叠加,即为19V,此刻MOS1是导通的;

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总结: 由于NMOS的导通条件必须是Vg大于Vs,下管不导通时,SW引脚电压为Vin,S极和Boost引脚电压都为Vin,这就意味在G极必须提供一个大于供电电压的电压值,采用的方式就是通过电容充放电,把Boost引脚的电压在叠加一个电容的电压值,变为INTVcc+Vin,就可以通过驱动器使上MOS导通。

2020.6.15修改

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