降壓式Buck電路中C1電容的作用和原理

為什么常見降壓式Buck電路中需要接C1電容?

C1電容的作用

自舉引導(dǎo)，連接在SW(開關(guān)管引腳)和BST引腳之間的電容器需要在高壓側(cè)開關(guān)驅(qū)動(dòng)器上形成浮動(dòng)電源，在需要開通高壓側(cè)開關(guān)管時(shí)給開關(guān)管供給驅(qū)動(dòng)能量或驅(qū)動(dòng)功率。

原理認(rèn)識(shí)

(1)半橋(Half-Bridge)結(jié)構(gòu)：若Q1是上管，那么對(duì)應(yīng)Q2就是下管，在電源中極為常見

(2) Buck電路中的同步整流

High Side：高側(cè)，簡(jiǎn)稱HS，是半橋結(jié)構(gòu)中與電源輸入正連接的開關(guān)管相關(guān)的地方，如果特指開關(guān)管則指上管

Low Side：低側(cè)，簡(jiǎn)稱LS，是半橋結(jié)構(gòu)中與電源參考地連接的開關(guān)管的地方，如果特指開關(guān)管則指下管

如下是帶有同步整流(SR)的Buck電路，這里同步整流是指將原來的續(xù)流二極管用有源器件替代，以減少通態(tài)損耗，這里示意圖中我們用增強(qiáng)型MOSFET替代續(xù)流二極管，圖中是Q2。

(3)半橋驅(qū)動(dòng)的問題

在一個(gè)供電系統(tǒng)中(這里指只有一個(gè)參考地的情況)，由于半橋中兩只管子連接結(jié)構(gòu)的關(guān)系，上管的參考地必然是浮動(dòng)的，只有下管具有供電系統(tǒng)的參考地。那么引出問題就是如何用具有一個(gè)參考地的電源驅(qū)動(dòng)上管的問題了，因?yàn)闆]有回路是無法驅(qū)動(dòng)開關(guān)管的。

如下圖，上管Q1的源極(S)的電位在輸入正電壓VB和和參考0(忽略管壓降)之間變化，當(dāng)然我們要明白Q1和Q2使互補(bǔ)開通的，不能同時(shí)開通，同時(shí)開通就會(huì)讓橋臂短路產(chǎn)生大電流而燒壞開關(guān)管。

通常情況下，VDD是給控制芯片供電的電源，它的來源是輸入電源VB通過降壓得到的一個(gè)穩(wěn)定值，所以在Q2關(guān)斷，需要開通Q1時(shí)，如果要用以“參考地0”的電源去開通上管Q1，這是不可行的(VDD小于VB，)，因?yàn)楫?dāng)下管Q2關(guān)斷后，沒有流通的回路，Q1門極上是沒有辦法被充電的。

(4)自舉懸浮供電電路

①自舉電路構(gòu)成：二極管D1和電容C1

②自舉工作原理—充電

Q1和Q2依舊是互補(bǔ)工作，當(dāng)下管Q2閉合時(shí)，VDD通過二極管D1給C1充電，通過Q2回到參考地0，形成完整的回路，充電路徑如下橙色虛線指示的部分

③自舉工作原理—懸浮電容做為電源給上管驅(qū)動(dòng)供電

Q2關(guān)斷后，C1已經(jīng)被充電，電荷存儲(chǔ)在C1中，形成獨(dú)立的供電電源，在需要開通Q1時(shí)，C1給驅(qū)動(dòng)電路供電，打開Q1，C1供電回路如下藍(lán)色的曲線。

常用半橋驅(qū)動(dòng)芯片或者Buck電源管理芯片驅(qū)動(dòng)高邊側(cè)懸浮管

(1)半橋驅(qū)動(dòng)芯片

實(shí)際外圍電路構(gòu)成，CBOOT相當(dāng)于自舉西儲(chǔ)能電容

(2)帶有同步整流功能的Buck電源管理芯片的自舉懸浮驅(qū)動(dòng)

實(shí)際電路，多數(shù)只要外加一個(gè)儲(chǔ)能電容即可，二極管被集成在芯片中

關(guān)于C1儲(chǔ)能電容的容值，在小功率DC-DC中，一般芯片廠家都會(huì)推薦一個(gè)電容值，使用即可(計(jì)算是根據(jù)驅(qū)動(dòng)功率或MOSFET驅(qū)動(dòng)電容選擇計(jì)算)，如下

但是，有些情況這種自舉會(huì)失效，也就是無法開通高邊側(cè)的開關(guān)管，加入低邊側(cè)開關(guān)管開通時(shí)間很短或者開關(guān)管驅(qū)動(dòng)功率需求高，開通時(shí)間短則C1或者CBST電容還未被充電至開通開關(guān)管的電壓或者存儲(chǔ)電量過少不能滿足驅(qū)動(dòng)功率，這個(gè)我們也會(huì)碰到，這時(shí)候就需要在驅(qū)動(dòng)上想辦法了，如下是通過變壓器變換兩組電源分別給上管和下管驅(qū)動(dòng)供電。

如下便是，自舉已經(jīng)無法滿足高邊側(cè)上管供電需求時(shí)，只能采用另一組不同參考地的電源去供電的現(xiàn)象

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電容(145414) 電容(145414)
BUCK(62703) BUCK(62703)
開關(guān)管(21236) 開關(guān)管(21236)
同步整流(49703) 同步整流(49703)
buck電路(45253) buck電路(45253)

評(píng)論

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