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  • 有效導通關斷NMOS管的“竅門”介紹
    • 發布時間:2024-10-19 21:08:41
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    有效導通關斷NMOS管的“竅門”介紹
    開關電源作為電子產品的“心臟”,發揮著提供動力的作用。今天讓我們一起來認識下有效導通關斷NMOS管的“竅門”。
    NMOS管的主回路電流方向為D極到S極,導通條件為VGS有一定的壓差,即VG-VS》VTH;PMOS管的主回路電流方向為S極到G極,導通條件為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通關斷;把PMOS作為上管,S極接VIN,G極給個低電壓即可導通。當然NMOS管也可作為上管,但需要增加自舉驅動電路。
    對于一些拓撲,比如Buck、Boost、Buck-Boost這些用NMOS作為上管的拓撲,就沒辦法直接用剛才說的只給G極一個電平來驅動。假如此時D極接VIN,S極的電壓不定,NMOS管截止時為低電平,導通時接近高電平VIN,需要板子上給G極一個更高的電壓,但此時板子已無比VIN更高的電平了,那么就可以采用自舉驅動電路。
    有效導通關斷NMOS管
    如圖為用于驅動上MOS管的電容自舉驅動電路。該自舉電容通過二極管接到VCC端,下接上MOS管的S極。當驅動電路驅動下MOS管導通時,VCC通過二極管、RBOOT、下MOS管,對CBOOT充電。充電時間為下MOS管的導通時間,我們定為Toff(上MOS管);當下管關斷后,驅動電路導通上MOS管,CBOOT的下端電壓變為VIN,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。這樣驅動電壓才能高過輸入電壓,就能保持上管持續導通,此時VBOOT的電壓通過RBOOT和內部電路放電,放電時間為Ton(上MOS管)。
    有效導通關斷NMOS管
    自舉電容充電過程如圖:
    下MOS管導通時開始充電,充電電壓對時間的關系如公式一所示:
    Vcboot_max = V0 + VCC x [1–exp (-Toff/RC)];
    充電電流對時間的關系如公式二所示:
    I = CdU/dT = C x △Vcboot/Toff。
    有效導通關斷NMOS管
    接下來看一下其放電過程:上MOS管導通時開始放電,放電電壓對時間的關系如公式三所示:
    Vcboot_min = exp [ -Ton/ (Rtotal x C) ] x Vcboot_max
    放電電流對時間的關系如公式四所示:
    I = CdU/dT = C x △Vcboot/Ton
    至此我們已經掌握自舉驅動電路的“竅門”。
    應該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管的導通電壓。驅動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%,這樣才能保證驅動電壓。
    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。如果容值太小,其兩端的電壓降會過大,會出現占空比無法展開的情況。但是容值也不能太大,太大的電容會導致最小Toff變大,電容充不滿電也會導致占空比無法展開,并且會導致二極管在充電的時候沖擊電流過大。
    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影響自舉電容充電時間,也會影響占空比, R越大,所需充電時間越長。同時自舉電阻阻值的增加會降低上MOS管的驅動電壓,增加Cgs的充電時間,從而降低上MOS管導通時的電壓電流的變化率和SW波尖峰。
    有效導通關斷NMOS管
    圖注:自舉電阻為0Ω時,SW的測試波形
    將電阻增大到45Ω時,可以明顯看出自舉電阻越大,SW波上升斜率越小,同時SW的尖峰越小,驗證了前面的結論。
    有效導通關斷NMOS管
    圖注:電阻增大到45Ω時,SW的測試波形
    所以,大家Get到DCDC的高端NMOS的自舉秘訣了嗎?
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