高端MOS为什么要自举电路
众所周知MOS是电压型驱动,只有G极比S极高一个开启电压Vth之后,MOS才会导通(这里指NMOS)。但是如下图。我用了12V给G极,但是由于R7流过电流的时候存在压降(欧姆定律)。导致S极被抬高。所以我给到MOS的驱动电压是G-S=12-8.42=3.58V。在不是低压MOS中,一般datasheet建议使用10V,或者12V来进行驱动,虽然3.58V也能进行导通,但是导通电阻Rds会比用10V驱动时大很多。带来MOS发热的问题。
解决的办法有很多,比如我可以用一个PMOS作为高端驱动。但是由于工艺的问题,PMOS作为高端MOS,纯在性能差,想达到相同的性能价格又贵很多的问题。这时自举电路就应运而生了。如果有这么一个电路,能给G极产生一直比S极大10V的电路,即使这个电压比电源电压还要高。下面介绍下自举电容电路。
自举电容
我用几个电路电路图来进行说明自举电容电路。
S1A相当于高电平信号,对G极进行供电电。S1B相当于低电平信号,短路MOS的G极和S极,R7是模拟高端MOS带的负载。当有电流流过时会形成一个压降把MOS的S极抬高。C1时自举电容,具体作用下文解释。现在先进行自举的分阶段说明。
第一阶段:当S1A和S1B都断开的使用,我们看电容两端。左边是12V,右边是0V。
第二阶段:当S1A闭合,S2B断开的时候,MOS的S极电压是0V,G极电压是12V,所以MOS正常导通,电流逐渐流过R7形成压降,MOS的S极电压逐渐升高(如上图的绿色曲线)。但是由于电容C1的特性,本来电容左边是12V,电容右边是0V,但是电容右边的电压上升的时候,可以理解为电池串多一节,负极电压上升,正极电压也会上升(他们的压差一直保持12V),所以PR4点(二极管阴极)电压上升到了24V,由于二极管的存在,电流不能流向电源。所以二极管后的电压保持在了24V,所以开关闭合后,驱动MOS的G电压-S电压=12V。达到了MOS导通的很好的条件。
第三阶段:S1A断开,S1B闭合。这个时候MOS的G极和S极短路,MOS的G电压=S电压,MOS处于逐渐关闭状态。所以流经R7电流逐渐减少,所以MOS的S极电压逐渐降低到接近0。电容C1的右边电压逐渐下降,相对应的电容左边的电压也逐渐下降也就是MOS的电压逐渐下降,下降到驱动供电电压-二极管压降。
至此,又开始第一个阶段,一直反复一二三阶段。
分立元件搭建自举电路
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基本的概念有了,就可以用真实的电路图代替进行分析。上图是我借鉴了网上的资料做的一个BUCK电源。由于BUCK在MOS导通阶段S极是浮地的。所以必须加上自举电路来驱动。
具体分析如下。
XFG1信号发生器高电平时,Q2导通,由于Q2导通,给Q1的b极提供回路,Q1导通,经过D2和R2给MOS进行充电(Q4的b极是高电平,因为R3流过电流形成压降,所以Q4也是关闭的)。MOS导通。
XFG1信号发送器低电平时,Q2关闭,由于Q2关闭,Q1的b极没有回路,Q1关闭,这时Q4的b极有R3这个回路,所以Q4导通,MOS的G极放电。MOS关闭。
仿真了一下在100K下的波形,绿色为MOS的G极到S极的波形,红色是MOS的S到地的波形。就仿真的结果来看自举的部分还是不错的。
有说明不明白的地方欢迎提出,有什么不对的地方很希望指正。
用分立元件搭建的同步BUCK已经打板了,没问题的话后续会继续加到这篇文章中。文章来源地址https://www.toymoban.com/news/detail-402712.html
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