自举电容充电回路分析

Question

如题所述

Answer 1

探索电子世界的奥秘：自举电容充电回路深度解析

驱动大师：自举电容与MOS管的协同作用
自举电容在驱动MOS管的旅程中扮演着关键角色，它的工作伙伴二极管犹如忠诚的守卫，确保电容在工作模式下不会遭受反向冲击。同步Buck和非同步Buck拓扑的界限清晰：同步设计适用于低电压、大电流且追求高效能的场合，而非同步拓扑则专为高压、小电流而生，尽管效率相对较低。

同步回路中的叠加智慧
同步Buck的自举电容充电路径看似矛盾，但通过叠加定理，我们揭示了其背后的逻辑。在负载作用下，当负载电流大于充电电流时，A点的电位会低于B点。这个原理在Buck系统中尤为适用，即使上管关闭，下管的续流电感依然能提供能量，确保系统的持续运作。

在非同步设计中，自举电容的充电策略有所不同。比如LM5013电路图中，自举电容的充电过程在没有VDD电源时尤为明显，只剩下续流回路。而一旦移除续流电感的供电，电容即可开始自主充电。通过叠加定理，我们发现轻载时自举电容的充电速度会随着电流减小而减慢，上管关闭后，下管导通时充电速度最快，充电电流也最小。

开关频率与充电秘密
在高占空比的Buck电路中，自举电容的充电过程还受到开关频率的影响。为解决这一问题，许多芯片已经集成电压刷新模块，确保了电路的稳定运行。特别在特定输出电压的Buck电路中，可能需要额外的二极管来优化效率。

实例展示：实战中的电压波形观察

当我们观察15V时的情况，发现BOOT管脚对地电压为-0.319V。当上管开启时，自举电容压差达到6.03V，而关闭时为5.99V（图1）。在重载（2Ω, 1.65A）时，SW电压钳位在-0.462V，工作在连续传导模式（CCM，图2）；而在轻载（1k, 3.3mA）时，SW先钳位-0.342V，进入断续传导模式（DCM，图3）。

在压差较小的电路（5V/3.3V, 1.5Ω）中，输出电压降低至0.6V，此时VSW最低点为-0.550V，电压钳位在输出电压VOUT（图4）。

结论与启示
同步和非同步自举电容充电回路的理论与实践分析高度契合，实际波形与仿真数据一致，为测试和学习提供了宝贵的参考（图5,6）。深入了解这些细节，将助你更深入地掌握电子设计的精髓。