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详解用于MOS管驱动的电容自举电路工作原理以及器件选型

硬件那点事儿 来源:硬件那点事儿 作者:硬件那点事儿 2022-04-12 09:20 次阅读

一.前言

说到升压电路,大部分人第一反应是BOOS升压电路,今天我们就介绍一下成本更低的电容自举升压电路,它一般用于MOS管驱动电路的开启部分,利用简单的自举升压二极管和自举电容以及电阻就能实现比电源电压更高的驱动电压输出,极具性价比。如果你对比一下目前主流的MOS管门驱动IC,你会发现这些驱动IC的驱动电压一般都在10-15V之间,所以该电路在MOS管集成驱动IC中应用广泛。

1 Bootstrap Capacitor Charging/Discharging Paths [20] | Download Scientific  Diagram

二.自举电容电路的原理以及器件选型

1.原理讲解

我们以基于IC驱动的半桥开关电路为例,驱动IC内部其实也是半桥输出拓扑,其工作过程如下:

1.Q1关断,Q2打开,那么Q2栅极的电压等于VCC;

2.由于Q2导通,Q1关断,此时Q1 源极电压约等于0V,此时VCC电压通过Rboot→Dboot→Cboot→Q2-GND这样一个路径对自举电容Cboot进行充电;

3.Q2充满电后,我们把Q2关断,Q1打开,此时Q1的源极和GND断开了,相当于浮空,但是我们都知道电容有一个特性就是它两端的电压不能突变,所以此时VB处的电压就约等于200V高压加上电容两端的电压:200+Vc_boot;这么高的电压如果和15V电压连通那后果不堪设想,所以自举二极管Dboot的存在就是防止高压和15V短路。那么此时的高压会经过VB→HO→R1→Q1的栅极,这样就相当于通过自举电路把Q1栅极的电压抬高了。

poYBAGJUKGiAIz2QAADIgV0ZgbA778.pngMOS管电容自举驱动电路pYYBAGJUKOiAITdCAAE9hzdla_w733.pngIC内部框图

2.器件选型

1.自举电容

这个器件充当了H-side MOS管导通的电流源,所以容值要足够大,经验值是至少要比MOS管栅极米勒寄生电容大10倍,同时还要考虑电容的直流电压偏置特性以及温度对容值的影响,考虑其容值的worse case情况。关于栅极寄生电容我们可以采用下面的公式计算,其中Qg可以在我们选型的MOS管规格书中找到,Vq1g约等于电源电压减去自举二极管正向导通压降,然后把计算出来的Cg乘以10就能评估出需要选型的容值。

pYYBAGJUNNGAW09bAAAK2rWZlf0252.png

当然容值不是越大越好,因为容值过大会导致流经自举二极管的峰值电流同步增大,推荐使用低ESR和ESL的瓷片电容,电容额定电压要大于2倍VCC电压。

2.自举二极管

为了降低损耗,以及提高反向恢复速度,推荐使用具有低正向导通压降和低寄生结电容的肖特基二极管。

3.自举电阻

自举电阻的作用是限制启动时流经自举二极管的电流,这个电阻的选型可要慎重,毕竟电阻加电容那就构成了延时电路,直接决定了我们的电容充电时间,你想啊,如果电阻阻值过大,那自举电容充不了多少电,从来无法正常驱动MOS,可能连MOS的开启电压都达不到,结合自举电路的开关占空比,我们可以计算出时间常数:

pYYBAGJUOgGAVE8oAAAOUwiadWA988.png

我们需要测试实际电路的启动时间来调整电阻阻值,进而调整一个合理的启动时间,Duty cycle指的是自举电路工作的占空比,这个参数在对应的IC规格书中也能找得到,那么什么叫合理的启动时间呢?说白了就是在自举电路给电容充电的时间内,我们使用到电阻阻值要能使电容两端电压达到我们的设定电压值。其次说到底电阻是为了限流,所以电阻功率得够,电阻承受得由于电容充电带来的能量冲击计算如下:

poYBAGJUPBSAZn_YAAANgF5DzRk930.png

充电时间计算如下:(这么计算的原因是RC是时间常数,一般3-5RC就基本能把电容充满电)

pYYBAGJUPHKAJu6CAAAM78AxG4Q442.png

有了能量,有了时间,那么电阻得功率就等于:P=E/t,轻松得到了。

三.总结

今天我们详细讲解了用于MOS管驱动的自举电路工作原理以及器件选型计算,你学会了吗?有疑问欢迎评论区留言。

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    CM1224 低电容ESD保护阵列

    系列二极管阵列旨在为需要最小电容负载的电子元件或子系统提供ESD保护。这些器件非常适用于保护具有高数据和时钟速率的系统或需要低电容负载的电路。每个ESD通道由一对串联的二极管组成,它们将正或负ESD电流脉冲引导至正(VP)或负(VN)电源轨。齐纳二极管嵌入在VP和VN之间,具有两个优点。首先,它可以保护VCC导轨免受ESD冲击,其次,它不需要旁路电容,否则需要吸收正向ESD冲击接地。 CM1224可根据IEC 61000-4-2标准防止高达±8kV的ESD脉冲。这些设备特别适用于使用高速端口保护系统,如USB 2.0,IEEE1394(Firewire®,iLink™),串行ATA,DVI,HDMI和可移动存储中的相应端口,数码摄像机以及DVD- RW驱动器和其他需要极低负载电容和ESD保护的应用。 CM1224系列器件在小封装尺寸内具有无铅精加工。 特性 两个或四个ESD保护通道,最高8kV接触放电 通用高速数据线ESD保护 典型值为0.7pF的低通道输入电容,最小电容随温度和电压变化 典型值为0.02pF的通道输入电容匹配是差分信号的理想选择 齐纳二极管保护电源轨道并消除了对外部旁路电容的需求 终...
    发表于 04-18 22:23 269次 阅读

    CM1223 ESD保护阵列 低电容 带反向驱动保护

    系列二极管阵列旨在为需要最小电容负载的电子元件或子系统提供ESD保护。这些器件非常适用于保护具有高数据和时钟速率的系统或需要低电容负载的电路。每个ESD通道由一对串联的二极管组成,它们将正或负ESD电流脉冲引导至正(VP)或负(VN)电源轨。齐纳二极管嵌入在VP和VN之间,用于吸收正ESD冲击并为VP轨提供ESD保护。集成了一个额外的二极管作为反向驱动电流保护。 CM1223可根据IEC 61000-4-2标准防止高达±8kV的ESD脉冲。此外,所有引脚都受到保护,免受大于±15kV的接触放电,如MIL-STD-883D(方法3015)人体模型(HBM)ESD规范所述。这些设备特别适用于使用高速端口保护系统,如USB2.0,IEEE1394(Firewire®,iLink™),串行ATA,DVI,HDMI和可移动存储中的相应端口,数码摄像机,DVD-RW驱动器,以及在小封装尺寸中需要极低负载电容和ESD保护的其他应用。 CM1223系列器件采用符合RoHS标准的无铅封装制造。 特性 两路,四路和八路ESD保护,集成反向驱动保护功能所有行 低通道输入电容1.0pF(典型值),电容随温度和电压变化最小 通道I / O与GND电...
    发表于 04-18 22:23 268次 阅读

    CM1216 低电容ESD阵列

    信息 CM1216系列二极管阵列为需要最小电容负载的电子元件或子系统提供ESD保护。这些器件非常适用于保护具有高数据和时钟速率的系统或需要低电容负载的电路。每个ESD通道由一对串联的二极管组成,它们将正或负ESD电流脉冲引导至正(VP)或负(VN)电源轨。 CM1216可根据IEC 61000-4-2标准防止高达±15kV的ESD脉冲。 六通道和八通道ESD保护 每个通道提供±15 kV ESD保护IEC 61000-4-2 ESD要求 通道负载电容典型值为1.6 pF...
    发表于 04-18 22:23 210次 阅读

    CM1213 低电容ESD保护阵列

    需要最小电容负载的电子元件或子系统。这些器件非常适用于保护具有高数据和时钟速率的系统或需要低电容负载的电路。每个ESD通道由一对串联的二极管组成,它们将正或负ESD电流脉冲引导至正(VP)或负(VN)电源轨。齐纳二极管嵌入在VP和VN之间,具有两个优点。首先,它可以保护VCC导轨免受ESD冲击,其次,它不需要旁路电容,否则需要吸收正向ESD冲击接地。根据IEC 61000-4-2标准,CM1213可防止高达±8kV的ESD脉冲。 特性 6或8通道ESD保护 通道输入电容匹配为0.02pF 典型值是差分信号的理想选择 提供SOIC和MSOP,无铅包装 应用 终端产品 通用高速数据线ESD保护,USB2.0,DVI,SATA 台式电脑,笔记本电脑,机顶盒,数字电视,液晶显示器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 22:23 322次 阅读

    CM1213A ESD保护阵列 低电容 1,2和4通道

    A系列二极管阵列旨在为需要最小电容负载的电子元件或子系统提供ESD保护。这些器件非常适用于保护具有高数据和时钟速率的系统或需要低电容负载的电路。每个ESD通道由一对串联的二极管组成,它们将正或负ESD电流脉冲引导至正(VP)或负(VN)电源轨。齐纳二极管嵌入在VP和VN之间,具有两个优点。首先,它可以保护VCC导轨免受ESD冲击,其次,它不需要旁路电容,否则需要吸收正向ESD冲击接地。这些设备特别适用于使用高速端口保护系统,如USB 2.0,IEEE1394(Firewire®,iLink™),串行ATA,DVI,HDMI和可移动存储中的相应端口,数码摄像机,DVD-RW驱动器和其他应用中,在小封装尺寸中需要极低负载电容和ESD保护。电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 22:23 276次 阅读

    TPS736 单路输出 LDO、400mA、可调节电压(1.2 至 5.5V)、无电容、低噪声、反向电流保护

    信息描述 The TPS736xx family of low-dropout (LDO) linear voltage regulators uses a new topology: an NMOS pass element in a voltage-follower configuration. This topology is stable using output capacitors with low ESR, and even allows operation without a capacitor. It also provides high reverse blockage (low reverse current) and ground pin current that is nearly constant over all values of output current. The TPS736xx uses an advanced BiCMOS process to yield high precision while delivering very low dropout voltages and low ground pin current. Current consumption, when not enabled, is under 1 µA and ideal for portable applications. The extremely low output noise (30 µVRMS with 0.1-µF CNR) is ideal for powering VCOs. These devices are protected by thermal shutdown and foldback current limit.特性Stable with No Output Capacitor or Any Value or Type of CapacitorInput Voltage Range of 1.7 V to 5.5 VUltra-Low Dropout Voltage: 75 mV...
    发表于 04-18 22:20 396次 阅读

    NCP1729 电荷泵 开关电容电压反相器 带有关断 50 mA 35 kHz

    9是一款CMOS电荷泵电压逆变器,设计用于在1.15 V至5.5 V的输入电压范围内工作,输出电流能力超过50 mA。工作电流消耗仅为122μA,并提供省电关断输入,以进一步将电流降至仅0.4μA。该器件包含一个35 kHz振荡器,可驱动四个低阻MOSFET开关,产生26Ω的低输出电阻和99%的电压转换效率。该器件仅需两个外部3.3μF电容即可实现完整的逆变器,使其成为众多电池供电和板级应用的理想解决方案。 NCP1729采用节省空间的TSOP-6(SOT-23-6)封装。 特性 工作电压范围1.15 V至5.5 V 输出电流能力超过50 mA 低电流消耗122μA 省电关机输入降低电流0.4μA 35 kHz运行 低输出电阻26Ω 应用 LCD面板偏差 移动电话 寻呼机 个人数字助理 电子游戏 数码相机 可携式摄像机 手持式仪器 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 21:22 311次 阅读
    NCP1729 电荷泵 开关电容电压反相器 带有关断 50 mA 35 kHz

    MAX1720 电荷泵 开关电容电压反相器 带有关断 50 mA 12 kHz

    0是CMOS电荷泵电压逆变器,设计用于在1.15 V至5.5 V的输入电压范围内工作,输出电流能力超过50 mA。工作电流消耗仅为67?A,并提供省电关断输入,以进一步将电流降至仅为0.4?A。该器件包含一个12 kHz振荡器,可驱动四个低阻MOSFET开关,输出电阻低至26?电压转换效率为99%。该器件仅需两个外部10?F电容即可实现完整的逆变器,使其成为众多电池供电和板级应用的理想解决方案。 特性 工作电压范围1.15 V至5.5 V 输出电流能力超过50 mA 低电流消耗67μA 节电关断输入,降低电流0.4μA 12 kHz工作 低输出电阻26 W 应用 LCD Panel Bias 移动电话 寻呼机 个人数字助理 电子游戏 数码相机 可携式摄像机 li> 手持式仪表ments 电路图、引脚图和封装图...
    发表于 04-18 20:46 597次 阅读
    MAX1720 电荷泵 开关电容电压反相器 带有关断 50 mA 12 kHz

    LC717A10PJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    10PJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I 2 C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 特性 优势 检测系统:差分电容检测(互电容型) 高灵敏度性能 - 即使戴多层手套,气隙或厚材料 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 设计友好 - 可以直接连接到熟悉的MCU并执行独立操作 测量间隔(16个差分输入) : 30ms(Typ)(初始配置 6ms(典型值)(最小间隔配置) 自动内置噪音和环境变化补偿功能技术 测量的外部组件:不需要 接口:I 2 C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型值)(V DD = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V DD = 5.5 V) 供电电压:2.6 V至5.5 V 检测操作:切换 ...
    发表于 04-18 20:26 342次 阅读
    LC717A10PJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    LC717A30UJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    30UJ是一款高性能,低成本,高可用电容转换器,适用于静电电容式触摸和接近传感器。 8个电容感应输入通道,适用于需要一系列开关的任何终端产品。 LC717A30J通过其自动校准功能和最少的外部元件简化了系统开发时间。每个传感器的检测结果(ON / OFF)由串行接口(I 2 C或SPI)读出。 特性 优势 检测系统:差分电容检测使用互电容 卓越的灵敏度性能 - 即使不仅戴多层手套,气隙或厚材料还有手势。 传感器输入焊盘:使用小到大电容传感器输入焊盘工作 由于无需补充灵敏度而降低成本。 输入电容分辨率:电容检测低至毫微微法拉水平 由于几乎不受寄生电容的影响,可以自由地实现布局。 8个传感器的测量时间为16 ms 高通过内部降噪和通信系统适应环境变化的适应性。 最小的外部组件 防止水故障的优势容忍度。 可选择的界面:I 2 C或SPI 电流消耗:0.8 mA(V DD = 5.5 V) 供电电压:2.6至5.5 V 符合AEC-Q100标准且支持PPAP 应用 终端产品 汽车 消费者 工业 计算 照明 智能钥匙,控制开关,汽车音响和接近 家用...
    发表于 04-18 20:26 242次 阅读
    LC717A30UJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    LC717A10AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    10AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其注重可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I 2 C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 特性 优势 检测系统:差分电容检测(互电容型) 高灵敏度性能 - 即使戴多层手套,气隙或厚材料 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 设计友好 - 可以直接连接到熟悉的MCU并执行独立操作 测量间隔(16个差分输入) : 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置) 自动内置噪音和环境变化补偿功能技术 用于测量的外部组件:不需要 接口:I 2 C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型值)(V DD = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V DD = 5.5 V) 供电电压:2.6 V至5.5 V 检测操...
    发表于 04-18 20:26 293次 阅读
    LC717A10AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    00AR是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(例如增益),因此当应用推荐的开关模式时,LC717A00AR可以独立运行。此外,由于LC717A00AR具有与I 2 C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以根据需要使用外部设备调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据被检测和测量。 特性 优势 检测系统:差分电容检测(互电容型) 高灵敏度性能 - 即使戴多层手套,气隙或厚材料 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 设计友好 - 可以直接连接到熟悉的MCU并执行独立操作 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时),3ms(典型值)(最小间隔配置) 自动内置噪音和环境ch ange补偿功能技术 用于测量的外部组件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V DD = 2.8 V),740μA(...
    发表于 04-18 20:26 398次 阅读
    LC717A00AR 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    10AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有16通道电容传感器输入。这使其成为需要许多开关的产品的理想选择。由于校准功能和ON / OFF的判断是在LSI内部自动执行的,因此可以使开发时间更短。每个输入的检测结果(ON / OFF)可以通过串行接口(I 2 C兼容总线或SPI)读出。此外,每个输入的测量值可以作为8位数字数据读出。此外,可以使用串行接口调整增益和其他参数。 特性 优势 检测系统:差分电容检测(互电容型) 高灵敏度性能 - 即使戴多层手套,气隙或厚材料 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 设计友好 - 可以直接连接到熟悉的MCU并执行独立操作 测量间隔(16个差分输入) : 30ms(典型值)(初始配置时), 6ms(典型值)(最小间隔配置) 自动内置噪音和环境变化补偿功能技术 用于测量的外部组件:不需要 接口:I 2 C兼容总线或SPI可选。 电流消耗:570μA(典型值)(V DD = 2.8 V),1.3 mA(典型值)(V DD = 5.5 V) 供电电压:2.6 V至5.5 V 检测...
    发表于 04-18 20:26 458次 阅读
    LC717A10AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    00AJ是一款用于静电电容式触摸传感器的高性能,低成本电容数字转换器LSI,尤其专注于可用性。它有8通道电容传感器输入。内置逻辑电路可以检测每个输入的状态(ON / OFF)并输出结果。这使其成为各种开关应用的理想选择。在电源激活期间或环境发生变化时,内置逻辑电路会自动执行校准功能。此外,由于配置了参数的初始设置(如增益),因此在应用推荐的开关模式时,LC717A00AJ可以独立运行。此外,由于LC717A00AJ具有与I 2 C和SPI总线兼容的串行接口,因此可以在必要时使用外部器件调整参数。此外,8输入电容数据的输出可以作为8位数据被检测和测量。 特性 优势 检测系统:差分电容检测(互电容型) 高灵敏度性能 - 即使戴多层手套,气隙或厚材料 输入电容分辨率:可以检测毫微微法拉顺序中的电容变化 设计友好 - 可以直接连接到熟悉的MCU并执行独立操作 测量间隔(8个差分输入): 18ms(典型值)(初始配置时),3ms(典型值)(最小间隔配置) 自动内置噪音和环境ch ange补偿功能技术 用于测量的外部组件:不需要 电流消耗:320μA(典型值)(V DD = 2.8 V),740μA(典...
    发表于 04-18 20:26 415次 阅读
    LC717A00AJ 用于静电电容式触摸传感器的电容数字转换器

    TPD2E001-NM 用于高速数据接口的低电容2通道+/- 15kV ESD保护阵列

    信息描述 The TPD2E001 is a two-channel Transient Voltage Suppressor (TVS) based Electrostatic Discharge (ESD) protection diode array. The TPD2E001 is rated to dissipate ESD strikes at the maximum level specified in the IEC 61000-4-2 Level 4 international standard.The DRS package (3.00 mm × 3.00 mm) is also available as a non-magnetic package for medical imaging applications.See also TPD2E2U06DRLR which is p2p compatible to TPD2E001DRLR and offers higher IEC ESD Protection, lower clamping voltage, and eliminates the input capacitor requirement.特性IEC 61000-4-2 ESD Protection (Level 4) ±8-kV Contact Discharge ±15-kV Air-Gap Discharge IO Capacitance: 1.5 pF (Typ) Low Leakage Current: 1 nA (Maximum) Low Supply Current: 1 nA 0.9 V to 5.5 V Supply-Voltage Range Space-Saving DRL, DRY, and QFN Package Options Alternate 3, 4, 6-Channel options Available: TPD3E001, TPD4E001,...
    发表于 04-18 20:04 301次 阅读

    LA5797MC 用于可变电容二极管的电荷泵升压电源

    信息 LA5797MC是可变电容二极管的电荷泵升压电源。 使用电荷泵,无需线圈。 合并了时基发生器(140kHz)。 内置热关断电路。
    发表于 04-18 19:04 199次 阅读