自举电容

自举电容的核心原理是:电容两端电压不能突变

为什么需要自举电容?

DCDC电路中有两个mos开关管,如下图所示。对于低端的管子Q2,由于其源极接地,所以想要Q2导通,只要在Q2的栅极加一定的电压即可;但是,对于高端的管子Q1,由于其源极的电压Us是浮动的,则不好在其栅极上施加电压以使Q1的Ugs满足导通条件。试想,理想下,Q2的导通电阻为0,即导通时,Q2的Uds为0,则Us=Ud,要想Q2导通则要求Q2的栅极电压Ug大于Ud。在一个电路中实现升压功能让Q1的Vg>Vd就用到了本篇的主角儿———自举电容。

工作原理

当下管Q2导通时,Vcc - D1 - Cboot - Q1 - GND 形成通路,Vcc对Cboot充电,充满后Cboot 电压近似为Vcc。当下管切到上管导通时,Q1导通,此时Q1的Vds近似为0,Cboot下端电压突变到Vin,由于电容电压不能突变,所有Cboot上端电压为Vin + Vcc。所有此时Q1的Vgs还是Vcc,继续保持导通。
自举电容
芯片内部示意图:
自举电容
简化示意图:
自举电容

自举电容容值选择

通常取值10nF~1uF不等。

过大,在下管导通 时间内电源对自举电容充电不能充满 ,造成Cboot上电压偏低。
过小,Cboot储存的电荷量不足以满足以下电荷的需求:
a) MGT栅极电荷要求。

b) Iqbs :高端驱动电路静态电流。

c) 驱动IC 中电平转换电路的电流。

d) MGT栅极源漏电流。

e) 自举电容漏电流。

自举二极管的选择

在高端器件开通时,自举二极管必须能够阻止高压(上管导通时二级管反向电压等于 Vin,所有反向耐压一定要 高于Vin),并且应是快恢复二极管,以减小从自举电容向电源Vcc 的回馈电荷。如果电容需要长期贮存电荷时,高温反向漏电流指标也很重要。

为什么有的buck没有自举电容?

这个问题跟Buck芯片内部的使用的管子有关系,如果内部2个开关管都是NMOS管,那么是需要自举电容的。但是有的BUCK芯片上管是PMOS管,不需要产生比Vin还高的电压,也就不需要boot电容。如下图所示:
自举电容