DCDC的高端NMOS的自举小窍门分享-KIA MOS管

NMOS管(guan)的(de)主回(hui)(hui)路电流(liu)方向(xiang)为D极到(dao)S极，导(dao)通条(tiao)件(jian)为VGS有一定(ding)的(de)压差(cha)，即(ji)VG-VS>VTH；PMOS管(guan)的(de)主回(hui)(hui)路电流(liu)方向(xiang)为S极到(dao)G极，导(dao)通条(tiao)件(jian)为VSG有一定(ding)的(de)压差(cha)，即(ji)VS-VG>VTH。

故(gu)一般把(ba)NMOS作为下管，S极接(jie)地，只(zhi)要给G极一定(ding)电压即可控制其(qi)导通关断；把(ba)PMOS作(zuo)为(wei)上管(guan)(guan)，S极(ji)(ji)接VIN，G极(ji)(ji)给个低电(dian)压(ya)即可导通。当然NMOS管(guan)(guan)也可作(zuo)为(wei)上管(guan)(guan)，但需要增加自(zi)举(ju)驱动(dong)电(dian)路。

对于一(yi)些(xie)拓(tuo)扑，比如Buck、Boost、Buck-Boost这些(xie)用NMOS作(zuo)为上管的拓(tuo)扑，就没办(ban)法直(zhi)接用刚才(cai)说(shuo)的只(zhi)给G极一(yi)个(ge)电平来驱动。

假如此时(shi)D极接VIN，S极的电(dian)压不定，NMOS管(guan)截止时(shi)为(wei)低电(dian)平(ping)，导通时(shi)接近高电(dian)平(ping)VIN，需要板(ban)子上(shang)给(ji)G极一个更高的电(dian)压，但此时(shi)板(ban)子已无比VIN更高的电(dian)平(ping)了，那么就可以采(cai)用(yong)自举驱(qu)动电(dian)路。

NMOS 自举驱动电路

如图为用于驱(qu)动(dong)上MOS管(guan)的电容自举驱(qu)动(dong)电路(lu)。该自举电容通过二(er)极(ji)管(guan)接到VCC端，下(xia)接上MOS管(guan)的S极(ji)。当驱(qu)动(dong)电路(lu)驱(qu)动(dong)下(xia)MOS管(guan)导(dao)通时，VCC通过二(er)极(ji)管(guan)、RBOOT、下(xia)MOS管(guan)，对(dui)CBOOT充电。

充电(dian)时间(jian)为下MOS管的导(dao)通时间(jian)，我们定为Toff（上(shang)MOS管）；当下管关断(duan)后，驱动(dong)电(dian)路(lu)导(dao)通上(shang)MOS管，CBOOT的下端电(dian)压变为VIN，由(you)于电(dian)容两(liang)端电(dian)压不能突变，所以CBOOT上(shang)的电(dian)压自然(ran)就被举了起来。

这样驱动电(dian)(dian)(dian)压才能高过(guo)输入电(dian)(dian)(dian)压，就能保持上管持续导通，此(ci)时VBOOT的电(dian)(dian)(dian)压通过(guo)RBOOT和内部电(dian)(dian)(dian)路放(fang)电(dian)(dian)(dian)，放(fang)电(dian)(dian)(dian)时间(jian)为Ton（上MOS管）。

NMOS 自举驱动电路

自举电容充(chong)电过程(cheng)如图：

下MOS管(guan)导通时开(kai)始充电，充电电压对(dui)时间的关系如公式一所(suo)示：

Vcboot_max = V0 + VCC x [1–exp (-Toff/RC)]；

充电(dian)电(dian)流对时间的(de)关(guan)系如公式二所示：

I = CdU/dT = C x △Vcboot/Toff。

NMOS 自举驱动电路

接下来看(kan)一下其放(fang)电(dian)过程：上MOS管(guan)导通时开始(shi)放(fang)电(dian)，放(fang)电(dian)电(dian)压(ya)对时间的关系(xi)如公式三所(suo)示(shi)：

Vcboot_min = exp [ -Ton/ (Rtotal x C) ] x Vcboot_max

放(fang)电(dian)(dian)电(dian)(dian)流对时间的关(guan)系(xi)如(ru)公(gong)式四所(suo)示：

I = CdU/dT = C x △Vcboot/Ton

至此(ci)我们已经掌(zhang)握(wo)自举驱动电路的“窍门”。

如何正确地选择合适的电容、电阻呢？

电(dian)容的选型主要(yao)基于其(qi)耐压值(zhi)(zhi)和容量(liang)大(da)小。耐压值(zhi)(zhi)要(yao)大(da)于等(deng)于VCC减(jian)去(qu)二极管和下MOS管的导通电(dian)压。驱动电(dian)路上(shang)有其(qi)他(ta)功(gong)耗器件由(you)该(gai)电(dian)容供电(dian)，所以要(yao)求(qiu)电(dian)容上(shang)的电(dian)压下跌(die)最好不要(yao)超过原先(xian)值(zhi)(zhi)的10%，这样才能保(bao)证驱动电(dian)压。

由以上限制和公式三可推出需要(yao)Ton <= （Rtotal x C）x ln0.9。由该(gai)式可知Ton的最(zui)大(da)值与自举电容(rong)和自举电阻的大(da)小(xiao)有(you)关。如果容(rong)值太小(xiao)，其两端的电压(ya)降会(hui)过(guo)大(da)，会(hui)出现占空比无法展开的情况。

但是(shi)容(rong)值也(ye)不(bu)能太大(da)(da)，太大(da)(da)的电容(rong)会导(dao)致(zhi)(zhi)最小Toff变(bian)大(da)(da)，电容(rong)充(chong)不(bu)满电也(ye)会导(dao)致(zhi)(zhi)占空比无法展(zhan)开(kai)，并且会导(dao)致(zhi)(zhi)二极管(guan)在充(chong)电的时候冲(chong)击电流过大(da)(da)。

了解完电容后，自举电阻该怎么选型呢?

自(zi)举(ju)电(dian)(dian)阻(zu)的电(dian)(dian)压(ya)等(deng)于充(chong)电(dian)(dian)电(dian)(dian)流乘以(yi)(yi)其(qi)阻(zu)值，所以(yi)(yi)其(qi)耐压(ya)值要大(da)于最大(da)充(chong)电(dian)(dian)电(dian)(dian)流乘以(yi)(yi)其(qi)阻(zu)值；同(tong)样自(zi)举(ju)电(dian)(dian)阻(zu)的阻(zu)值会(hui)影响自(zi)举(ju)电(dian)(dian)容(rong)充(chong)电(dian)(dian)时间，也会(hui)影响占空(kong)比, R越大(da)，所需充(chong)电(dian)(dian)时间越长。

同时(shi)自举电(dian)阻(zu)(zu)阻(zu)(zu)值的(de)增加会降低上(shang)MOS管的(de)驱动(dong)电(dian)压，增加Cgs的(de)充电(dian)时(shi)间(jian)，从而降低上(shang)MOS管导通时(shi)的(de)电(dian)压电(dian)流(liu)的(de)变化率和(he)SW波(bo)尖峰(feng)。

NMOS 自举驱动电路