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自舉電容的特性和工作過程
發布時間:2022-11-22 閱讀量:635 來源:我愛方案網整理 作者:我愛方案網

自舉電容,主要應用電容的特性-----電壓不能突變,總有一個充電放電的過程而產生電壓自舉、電位自舉作用的。自舉電路也叫升壓電路,利用自舉升壓二極管,自舉升壓電容等電子元件,使電容放電電壓和電源電壓疊加,從而使電壓升高,有的電路升高的電壓能達到數倍電源電壓。

 

自舉是指通過開關電源MOS管和電容組成的升壓電路,通過電源對電容充電致其電壓高于VCC。最簡單的自舉電路由一個電容構成,為了防止升高后的電壓回灌到原始的輸入電壓,會加一個Diode.自舉的好處在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來升高電壓。

 

舉個例子來說,如果MOS的Drink極電壓為12V,Source極電壓原為0VGate極驅動電壓也為12V,那么當MOS在導通瞬間,Soure極電壓會升高為Drink減壓減去一個很小的導通壓降,那么Vgs電壓會接近于0VMOS在導通瞬間后又會關斷,再導通,再關斷……。如此下去,長時間在MOSDrink極與Source間通過的是一個N倍于工作頻率的高頻脈沖,這樣的脈沖尖峰在MOS上會產生過大的電壓應力,很快MOS管會被損壞。如果在MOSGateSource間接入一個小電容,在MOS未導通時給電容充電,在MOS導通,Source電壓升高后,自動將Gate極電壓升高,便可使MOS保持繼續導通。

   

自舉電容的特性和工作過程

 

自舉電容的特性和工作過程

 

對于MOSFET,導通的條件是柵-源極之間的電壓(Ugs)大于某個閾值,這個閾值同的管其值不盡相同。下圖所示是一個NMOS的半橋,對于低端的管子Q2,由于其源極接地,所以當要求Q2導通時,只要在Q2的柵極加個一定的電壓即可;但是,對于高端的管子Q1,由于其源極的電壓Us是浮動的,則不好在其柵極上施加電壓以使Q1Ugs滿足導通條件。試想,理想下,Q2的導通電阻為0,即導通時,Q2Uds0,則Us=Ud,則要求Q2的柵極電壓Ug大于Ud。簡單地說,要求升壓。 

 

自舉電容的特性和工作過程

 

高端管的驅動方法有幾個,如用隔離變壓器等。自舉型驅動IC具有簡單、實用的特點,目前被廣泛地使用。下面簡要地描述自舉的工作過程,目的是理清自舉的工作原理,更合理地設計電路、布局布線和器件選型。

 

電路簡圖

 

首先,如下圖,是一款MOSFET驅動IC的電路圖,值得注意:出于便于分析的初衷,對電路進行了簡化。

  

自舉電容的特性和工作過程

 

如上圖,這電路并不陌生,二極管D1和電容C1分別被稱為自舉二極管和自舉電容,有些IC把自舉二極管集成到IC內部。

 

把上圖的驅動作簡化,只留下它的輸出級,得到下圖:注:此圖為示意圖,只用于功能的描述。下圖的黃色框內可以看作開關,這樣便于下面分析理解。

 

充電過程

 

可以理解,半橋的兩個禁止同時導通。下圖是半橋低端管導通的示意圖。  


自舉電容的特性和工作過程

 

如上圖所示,半橋的高端管關閉,而低端管開啟,這時泵二極管和泵電容組成充電回路。由上圖可以得到,+15V的電源經過泵二極管、泵電容、再經過半橋的低端管、再到地(電源負極),它們組成回路,對泵電容進行充電,使電容兩邊的電壓為15V,即Uc = 15V

 

放電過程

 

這時再分析半橋低端管關閉的情況,如下圖所示:

 

自舉電容的特性和工作過程

 

由于半橋低端管關閉,上文所述的回路被截斷,泵二極管處于反向截止。由于高端管開啟,

 

所以Ug = Uc + Us。

 

可得 Ugs = Ug - Us = Uc 。

 

由于充電過程中,電容已被充電,所以Uc的電壓大概為15V。

 

即Ugs = 15V 。這個電壓可以開啟高端管的MOSFET。

 

至此,已完成一個PWM周期內,自舉電路的工作過程,可以理解為泵電容的充放電過程。

 

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