自举电路可以增加输入阻抗,你知道吗?
1 输入阻抗的计算方法
我们从最简单的电路开始一点一点分析,先定义一下输入阻抗的计算过程。我们可以粗略的把负载作为一个黑盒子来对待,所谓的输入阻抗,就是计算输入到这个黑盒子的电压与电流的比值,比如下图,输入阻抗R=Vin/Iin。
2 从最简单的射极跟随器说起
下图是一个射极跟随器,就是输出Vo=Vin(暂时不考虑三极管B极和E极之间的压降)。
那么它的输入阻抗是多少呢?
假设基极B有一个变换量△Vb,则在发射极E也有一个相应的变换量△Ve,而且二者接近相等……
自举电路中的自举电容如何计算取值
在电子电路中,具有动态特性的器件往往是我们难以理解和掌握的,典型的动态特性器件如电感和电容,往往在电路中电感和电容赋予一定大小等属性,我们总要问为什么取这个值?而随着疑问的解决,我们对这类器件会有更加深刻的认识,本次我们还是通过自举电路来认识自举电容的取值依据,我们可以了解到这个电容也不是随便取值,它包含了一个简单的计算原理,而这个原理我们早在初级物理中已经接触到了。
这里我们强调一下动态器件的意义,这就是说只有变化量才能感知这个器件的存在意义,如电感是电流变化(di/dt)而存在的器件,电容则是电压变化(dv/dt)而存在的器件。
再看看自举电路,我们从上篇已经了解了其工作原理,那就是这种电路是专门为驱动半桥中的浮动管或上管而设置的,小功率几瓦到几百瓦的DC-DC应用中极为广泛,这里为什么会强调功率范围呢?其缘由是随着功率的增大,选用的开关管需要的驱动功率急剧增大,自举驱动会显得无能为力了,进而只能采用各自专门的隔离电源去驱动了,这个上篇中已提到过,如下图是Buck电路,C1是自举电容
集成自举电路内部原理,其和外部自举的原理是相同的
我们再看看自举电容如何取值?计算依据是什么?很简单的公式,电荷量、电压以及电容的关系……
一文理解自举电路原理
自举电路字面意思是自己把自己抬起来的电路,是利用自举升压电容的升压电路,是电子电路中常见的电路之一。
我们经常在IC外围器件中看到自举电容,比如下图同步降压转换器(BUCK)电路中,Cboot就是自举电容。
为什么要用自举电路呢?这是因为在一些电路中使用MOS搭建桥式电路,对于下管NMOS导通条件很好实现,栅极G与源极S之间的电压Vgs超过Vgs(th)后即可导通,Vgs(th)通常比较低,因此很容易实现。
而对于上管Q1而言,源极S本来就有一定的输出,要知道,当上管导通时,漏极D和源极S之间的电压Vds是很小的,如果要想直接驱动栅极G,满足Vgs>Vgs(th)的条件,则需要在栅极G和地之间加一个很高的电压,这个难以实现控制。
自举电路应运而生。
有了自举电路,就可以轻松在上管栅极G产生一个高压,从而驱动上管MOS。
具体原理框图如下:
输入总电压VIN经过internal regulator后输出一个直流低压V,用于Vboot充电,这个internal regulator一般是LDO架构的电源。
当下管Q2导通时,SW电压为0,LDO输出电压V—>二极管—>自举电容C1—>下管Q2,通过这条回路对电容进行充电,电容两端两端电压约等于V,此时A点电压也是V……
一种自举MOS驱动电路分析
我们知道,正常情况下,需要通过MOS控制电源通断时,通常通过一个PMOS来控制,如下控制风扇电源电路
上图R105,C168起到缓启动开启MOS的作用,FAN-EN控制Q9通断,拉低时Vgs<0V ( Vgs(th)(Max):1.3V@ 250µA),PMOS可导通 ,但是有一个问题,如果通过MOS的不是一个稳定电压而是一个震荡的波形呢?包括带负电压需要通过呢?上图2号脚为负电压,则Vgs不会小于MOS开启电压,那如何解决呢?
如下电路可自举电压驱动MOS
在可控12V为悬空时,S极当电压为正时,电压主要通过稳压管ZD1到G极 ,同时通过R3和R4电阻到G极 Vgs电压为基本0V,MOS无法开启;当S极电压为负时 电压主要通过R3和R4给到G极,则Vgs≈0V,因此在12V开启时,无论S极电压正负Vgs≈0V,MOS无法开启。
当可控12V上电以后 S极为正电压V0,由于D1和电容C1电荷无法快速泄放,因此G极电压为V0+12V Vgs=12V MOS导通;S极电压为负电压-V0时,12V电压给C1电容充电,G极电压为 -V0+12V Vgs=12V MOS导通。
小结:只要控制12V开关,即可控制NMOS Q1的通断
如下图为测试波形,实现了开启电压的自举,保证MOS时刻保持开启状态
下图黄色为G极,绿色为S极……
自举电容充电回路分析
这篇文章想分享工作中经常会遇到一个问题:自举电容的充电回路。
自举电容很早就遇到过,但是没有深入的去分析,仅仅是停留在怎么用的程度。前几天找了一些资料看了看,趁着放假的时间,总结一下。
整体的框架如下。
1.初识自举电容
说到自举电容,其实我接触这个名字非常早。在大三上学期的寒假就使用到了自举电容。
那时候是要做一个太阳能路灯控制器的项目。由于需要高效率降压拓扑,我们就使用了同步降压DC-DC来做,用的是分离式,大功率的MOS管,自己外加驱动电路。
相比现在内部集成控制器的DC-DC来说,我那个时候做的功率算大的了。电流达到10~15A,虽然用的早,但是思考的并不多。
这个项目做完以后,我对自举电容的理解有两点:
(1)驱动上管时要使用自举电容,且要加二极管,防止电压举上来以后,反向充电到VCC;
(2)自举电容在下管开通的时候,对其充电;在上管开通的时候,需要放电;
就是这两点的理解,在后面的无论是面试还是工作过程中,只要是问到自举电容的作用,我都是这么答。因此,我也未做更多的思考,一直延续到工作中都是这样理解自举电容。
2. 同步和非同步拓扑
现在无论是消费电子,汽车电子,智能穿戴设备,很多产品都是越做越小,而且电池供电的场合也比较常见,对电源的效率就提出了比较苛刻的要求。
对于Buck电路来说,以往使用二极管作为续流的器件应用比较多,但是因为二极管压降太大的原因,越来越少见,而用MOS管作为续流器件的集成芯片或者应用方案是越来越常见。
因此,就催生了两种不同形式的Buck拓扑——同步和非同步……
为什么有些Buck电路没有自举电容?
读完这两篇,相信你对自举电容的工作原理已经有了大概的认识。但是细心的小伙伴又提到有些DC-DC没有Cboot,没有BST,并且给出了原因,可谓是简洁明了,一语中的!这位小伙伴前面对BST电容的解释也颇为干练,绝对是一位资深硬件开发工程师。
1、一个问题
既然上面已经提到这个问题,我也来说说自己的理解。照例,先抛出来一个问题:“为什么有些Buck电路没有自举电容?”。这个问题问得比较细。为啥不说是面试题,因为威廉希尔官方网站 面基本不会问这么细。
2、实际案例
为了方便大家能更清晰的理解,我们以实际芯片作为分析对象。还是那句话:咱不整那虚头巴脑的,咱用事实说话!
SY8893,2.5~5.5Vin,3A,fsw=1.2MHz,Iq=50uA,Sync Buck。参数交代完后,咱看下推荐电路,如下图所示。
确实有些Buck芯片 没有自举电容Cboot,没有BST 引脚……
审核编辑:汤梓红
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原文标题:自举电路的知识要点
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