DC - DC 电路设计:自举电容的应用与原理揭秘

出处:维库电子市场网时间:2025-04-27

  在电子电路设计领域,DC - DC 电路设计是一个重要的分支。在 DC - DC 电路设计中,相信很多工程师和电子爱好者都见过芯片手册推荐电路图中的 “自举电容”,如下所示:

  如上图所示,自举电容就是接在 BOOT 和 SW 管脚之间的一个电容。一般情况下,常用 0.1uF 即可满足要求。那么加这个电容的作用是什么呢?我们先来了解一下基本概念:自举电容其的作用就是通过电容充放电过程,把低侧电压与电源叠加形成更高的驱动电压,主要用于控制高侧功率器件(比如 MOS 管)的栅极,使之顺利导通。对于一些初学者来说,上面这段话可能过于抽象,我们不妨换个角度,从 DC - DC 的基本拓扑来展开探讨,这样可能更容易理解。  (1)使用 PMOS 搭建的电源拓扑,如下图所示:

  从上图可以知道,要使 MOS 管导通,只需要满足输入的 PWM 为低电平(0V)即可(Vgs < 0)。那如果把上图中的 PMOS 更换成 NMOS 呢?情况会有所不同,如下图所示:

  要想上图中的 NMOS 管导通就需要满足 Vgs > 0,那么怎样才能让 PWM 的电压高于 S 极呢?这时候,加上自举电容就能解决这个问题。此时,可能有小伙伴会问,这么麻烦,直接用 PMOS 不就行了!确实,直接用 PMOS 是可行的,市面上也有不用自举电容的 DC - DC 芯片,比如 TLV62569PDDCR,如下图所示:

  但从 MOS 管的生产工艺上看,PMOS 的导通电流难以做到很大,在相同成本下,NMOS 电流可以做到很大(Rdson 相对较低)。我们以 TPS54202DDCR 内部框架图来举例,如下图所示:

  从上图中我们可以看出有两个 NMOS 管,一个在上面,一个在下面,分别称为高侧 MOS 管和低侧 MOS 管。假如某一时刻低侧 MOS 管导通了,那自举电容会如上图中的红色路径所示进行充电,直到充到和 Boot Charge 一样的电压。而此时 DC - DC 芯片是处于续流的状态,续流路径如上图黄色箭头所示。输出主要靠电感和电容维持。当低侧 MOS 管被关闭时,要想让高侧 MOS 管导通,就必须满足 Vgs > 0,而高侧 MOS 的 S 极是接在 SW(输出端),G 极是接在内部的高侧驱动器,而自举电容直接并在 BOOT 和 SW 之间。在低侧 MOS 管关闭,高侧 MOS 管需要导通时,此时自举电容就会向高侧 MOS 提供导通能量,使之满足导通条件 Vgs > 0,这样,就可满足下一个循环了。高侧 MOS 管关闭时,下侧 MOS 管导通,继续为自举电容进行充电,然后下管 MOS 关闭,自举电容放电,高侧 MOS 导通。  其实,自举电容的应用并不局限于 DC - DC 电路中,在驱动电机的 H 桥驱动电路中也同样采用这种方式,其原理都是一样的。

  综上所述,自举电容在 DC - DC 电路以及其他相关电路中有着重要的作用,它能够巧妙地解决高侧功率器件的导通问题,并且在不同的电路拓扑中发挥着独特的功效。在实际的电路设计中,合理运用自举电容可以提高电路的性能和稳定性。 
上一篇:简单的翻转 ON/OFF 电路
下一篇:单节锂电池与 USB 切换及升压电路的原理与应用

免责声明: 凡注明来源本网的所有作品,均为本网合法拥有版权或有权使用的作品,欢迎转载,注明出处。非本网作品均来自互联网,转载目的在于传递更多信息,并不代表本网赞同其观点和对其真实性负责。

相关电路图