三种电路判断方法,几分钟搞定自举电路的知识要点
三种电路判断方法,几分钟搞定自举电路的知识要点这里我们强调一下动态器件的意义,这就是说只有变化量才能感知这个器件的存在意义,如电感是电流变化(di/dt)而存在的器件,电容则是电压变化(dv/dt)而存在的器件。在电子电路中,具有动态特性的器件往往是我们难以理解和掌握的,典型的动态特性器件如电感和电容,往往在电路中电感和电容赋予一定大小等属性,我们总要问为什么取这个值?而随着疑问的解决,我们对这类器件会有更加深刻的认识,本次我们还是通过自举电路来认识自举电容的取值依据,我们可以了解到这个电容也不是随便取值,它包含了一个简单的计算原理,而这个原理我们早在初级物理中已经接触到了。下图是一个射极跟随器,就是输出Vo=Vin(暂时不考虑三极管B极和E极之间的压降)。那么它的输入阻抗是多少呢?假设基极B有一个变换量△Vb,则在发射极E也有一个相应的变换量△Ve,而且二者接近相等……
关于自举电路话题,很多电源工程师工作中会遇到不同的问题。其实找到问题的根源,才能对症下药。下面给大家分享几篇不错的文章,供大家学习~
自举电路可以增加输入阻抗,你知道吗?1 输入阻抗的计算方法
我们从最简单的电路开始一点一点分析,先定义一下输入阻抗的计算过程。我们可以粗略的把负载作为一个黑盒子来对待,所谓的输入阻抗,就是计算输入到这个黑盒子的电压与电流的比值,比如下图,输入阻抗R=Vin/Iin。
2 从最简单的射极跟随器说起
下图是一个射极跟随器,就是输出Vo=Vin(暂时不考虑三极管B极和E极之间的压降)。
那么它的输入阻抗是多少呢?
假设基极B有一个变换量△Vb,则在发射极E也有一个相应的变换量△Ve,而且二者接近相等……
自举电路中的自举电容如何计算取值在电子电路中,具有动态特性的器件往往是我们难以理解和掌握的,典型的动态特性器件如电感和电容,往往在电路中电感和电容赋予一定大小等属性,我们总要问为什么取这个值?而随着疑问的解决,我们对这类器件会有更加深刻的认识,本次我们还是通过自举电路来认识自举电容的取值依据,我们可以了解到这个电容也不是随便取值,它包含了一个简单的计算原理,而这个原理我们早在初级物理中已经接触到了。
这里我们强调一下动态器件的意义,这就是说只有变化量才能感知这个器件的存在意义,如电感是电流变化(di/dt)而存在的器件,电容则是电压变化(dv/dt)而存在的器件。
再看看自举电路,我们从上篇已经了解了其工作原理,那就是这种电路是专门为驱动半桥中的浮动管或上管而设置的,小功率几瓦到几百瓦的DC-DC应用中极为广泛,这里为什么会强调功率范围呢?其缘由是随着功率的增大,选用的开关管需要的驱动功率急剧增大,自举驱动会显得无能为力了,进而只能采用各自专门的隔离电源去驱动了,这个上篇中已提到过,如下图是Buck电路,C1是自举电容
集成自举电路内部原理,其和外部自举的原理是相同的
我们再看看自举电容如何取值?计算依据是什么?很简单的公式,电荷量、电压以及电容的关系……
一文理解自举电路原理自举电路字面意思是自己把自己抬起来的电路,是利用自举升压电容的升压电路,是电子电路中常见的电路之一。
我们经常在IC外围器件中看到自举电容,比如下图同步降压转换器(BUCK)电路中,Cboot就是自举电容。
为什么要用自举电路呢?这是因为在一些电路中使用MOS搭建桥式电路,对于下管NMOS导通条件很好实现,栅极G与源极S之间的电压Vgs超过Vgs(th)后即可导通,Vgs(th)通常比较低,因此很容易实现。
而对于上管Q1而言,源极S本来就有一定的输出,要知道,当上管导通时,漏极D和源极S之间的电压Vds是很小的,如果要想直接驱动栅极G,满足Vgs>Vgs(th)的条件,则需要在栅极G和地之间加一个很高的电压,这个难以实现控制。
自举电路应运而生。
有了自举电路,就可以轻松在上管栅极G产生一个高压,从而驱动上管MOS。
具体原理框图如下:
输入总电压VIN经过internal regulator后输出一个直流低压V,用于Vboot充电,这个internal regulator一般是LDO架构的电源。
当下管Q2导通时,SW电压为0,LDO输出电压V—>二极管—>自举电容C1—>下管Q2,通过这条回路对电容进行充电,电容两端两端电压约等于V,此时A点电压也是V……
一种自举MOS驱动电路分析我们知道,正常情况下,需要通过MOS控制电源通断时,通常通过一个PMOS来控制,如下控制风扇电源电路
上图R105 C168起到缓启动开启MOS的作用,FAN-EN控制Q9通断,拉低时Vgs<0V ( Vgs(th)(Max):1.3V@ 250µA),PMOS可导通 但是有一个问题,如果通过MOS的不是一个稳定电压而是一个震荡的波形呢?包括带负电压需要通过呢?上图2号脚为负电压,则Vgs不会小于MOS开启电压,那如何解决呢?
如下电路可自举电压驱动MOS
在可控12V为悬空时,S极当电压为正时,电压主要通过稳压管ZD1到G极 ,同时通过R3和R4电阻到G极 Vgs电压为基本0V,MOS无法开启;当S极电压为负时 电压主要通过R3和R4给到G极,则Vgs≈0V,因此在12V开启时,无论S极电压正负Vgs≈0V,MOS无法开启。
当可控12V上电以后 S极为正电压V0,由于D1和电容C1电荷无法快速泄放,因此G极电压为V0 12V Vgs=12V MOS导通;S极电压为负电压-V0时,12V电压给C1电容充电,G极电压为 -V0 12V Vgs=12V MOS导通。
小结:只要控制12V开关,即可控制NMOS Q1的通断
如下图为测试波形,实现了开启电压的自举,保证MOS时刻保持开启状态
下图黄色为G极,绿色为S极……
自举电容充电回路分析这篇文章想分享工作中经常会遇到一个问题:自举电容的充电回路。
自举电容很早就遇到过,但是没有深入的去分析,仅仅是停留在怎么用的程度。前几天找了一些资料看了看,趁着放假的时间,总结一下。
整体的框架如下。
1.初识自举电容
说到自举电容,其实我接触这个名字非常早。在大三上学期的寒假就使用到了自举电容。
那时候是要做一个太阳能路灯控制器的项目。由于需要高效率降压拓扑,我们就使用了同步降压DC-DC来做,用的是分离式,大功率的MOS管,自己外加驱动电路。
相比现在内部集成控制器的DC-DC来说,我那个时候做的功率算大的了。电流达到10~15A,虽然用的早,但是思考的并不多。
这个项目做完以后,我对自举电容的理解有两点:
(1)驱动上管时要使用自举电容,且要加二极管,防止电压举上来以后,反向充电到VCC;
(2)自举电容在下管开通的时候,对其充电;在上管开通的时候,需要放电;
就是这两点的理解,在后面的无论是面试还是工作过程中,只要是问到自举电容的作用,我都是这么答。因此,我也未做更多的思考,一直延续到工作中都是这样理解自举电容。
2. 同步和非同步拓扑
现在无论是消费电子,汽车电子,智能穿戴设备,很多产品都是越做越小,而且电池供电的场合也比较常见,对电源的效率就提出了比较苛刻的要求。
对于Buck电路来说,以往使用二极管作为续流的器件应用比较多,但是因为二极管压降太大的原因,越来越少见,而用MOS管作为续流器件的集成芯片或者应用方案是越来越常见。
因此,就催生了两种不同形式的Buck拓扑——同步和非同步……
为什么有些Buck电路没有自举电容?读完这两篇,相信你对自举电容的工作原理已经有了大概的认识。但是细心的小伙伴又提到有些DC-DC没有Cboot,没有BST,并且给出了原因,可谓是简洁明了,一语中的!这位小伙伴前面对BST电容的解释也颇为干练,绝对是一位资深硬件开发工程师。
1、一个问题既然上面已经提到这个问题,我也来说说自己的理解。照例,先抛出来一个问题:“为什么有些Buck电路没有自举电容?”。这个问题问得比较细。为啥不说是面试题,因为技术面基本不会问这么细。
2、实际案例为了方便大家能更清晰的理解,我们以实际芯片作为分析对象。还是那句话:咱不整那虚头巴脑的,咱用事实说话!
SY8893,2.5~5.5Vin,3A,fsw=1.2MHz,Iq=50uA,Sync Buck。参数交代完后,咱看下推荐电路,如下图所示。
确实有些Buck芯片 没有自举电容Cboot,没有BST 引脚……
boost升压电路原理详解BOOST升压电源是利用开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出的一种开关电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各行业电子设备找那个,是不可缺少的一种电源架构。
Boost升压电路主要由控制IC、功率电感和mosfet基本元件组成,为了解原理,我们以非同步boost为介绍对象,详细了解boost架构升压电源的工作原理,下图即为一个BOOST基本架构框图。
和BUCK一样,L依然是储能元件,当开关闭合时,A点的电压为0,Vi直接给电感L充电,充电电流路径见下图,开关导通时间dt=占空比*开关周期=D*T。
当开关断开时,L中存储的能量会通过二极管,给负载放电;同时,Vi也会通过二极管给负载放电,二者叠加,实现升压,放电时间dt=(1-占空比)*开关周期=(1-D)*T。
在开关闭合和断开的两个时间内,电感充电和放电是一样的,有人称之为电感的幅秒特性……
怎么选择boost升压电路的电感?只要三个公式BOOST电源架构是一种非常经典的升压电源方案,它是利用开关管开通和关断的时间比率,维持稳定输出的一种开关电源,它以小型、轻量和高效率的特点被广泛应用在各行业电子设备,是不可缺少的一种电源架构。
今天介绍下怎么选择Boost升压电路的电感,看完这篇文章你就会选择电感了。
根据以前文章的推导,开关闭合时,充电路径见上图绿色回路,此时给电感充电,可以列出方程:
其中:
Vi:输入电压 L:电感量 △Ion:充电时电感电流纹波
D:开关的占空比 T:开关周期,是频率f的倒数
将上面公式稍微整理,可以得到:
截止到此时,我们得到了流过电感的电流纹波,然后需要求出流经电感的平均电流:
η是boost的效率,开关电源效率一般是比较高的,如果只是近似计算,效率可以取90%。
最后一个公式,电源的输出总电流,是直流电基础之上,叠加的交流电流,我们需要计算直流加交流时的最大电流……
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