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电容自举电路图解

关注列表来源:壹芯微发布日期 2020-07-30 浏览:-

电容自举电路图解

自举电容的核心原理是:电容两端电压不能突变。

从这句话中,我们可以获取到两个关键字:两端电压、不能突变。

两端电压指的是电容一边相对另一边的电压,我们知道电压本身就是个参考值(一般认定参考GND,认定GND点平为0V)。

不能突变则指电容两端电压变化时,必然需要1个大于0s的时间。根据电容的公式I=C*dU/dt,得知,dU/dt=I/C,故电容两端电压从0升到VDD时,取决于电流和电容的比值。容值一定时,电流越大,电压上升的越快。电流一定时,容值越小,电压上升的越快。

简单的自举电容模型?

假如,只有个6V的电源,但是我们想输出12V的电压,相对简单的方法就是应用自举电路,如下图中的电路,(认为登录均为理想模型),二极管D1和电容C1就构建了自举电路。

电容自举电路

1.A状态为默认状态,此时开关A闭合,开关B断开,Q1导通,C1负极与地导通,电流从电源VDD出发,通过D1,经过C1,经过Q1,再流回电源VDD。达到稳态后,电容上端对地电压为6V,下端对地电压为0V。

2.当开关B闭合,开关A断开,Q1截止,电容下端电压与电源正极直连,此时电容下端对地电压等于电源正极对地电压,为6V。由于电容两端电压不能突变,电容上端相对电容下端,电压为6V,电容下端相对地,电压为6V。所以电容下端相对地,电压成了12V。由于D1的反向截止作用,使得电容上端对地电压可以保持在12V。

实际的模型中,由于反向二极管和MOS管均存在微弱的漏电,自举电路需要不断切换状态来对自举电容充放电,来保证电压被长时间抬起来。且自举电路的供电能力取决于自举电容的大小。

自举电路的经典应用

在很多Buck或者Boost电源芯片的手册中,我们都能看到自举电容的应用。我们打开TI厂家的BQ25895充电芯片(内含Buck)的登录手册,如下,红色框框中47nF电容即为自举电容。

电容自举电路

继续往后看,打开BQ25895的内部框图,就可以看到芯片内部的自举电路设计。如图中,假设VBUS为5V,VREGN为电源输出,输出电压小于5V,Q2和Q3导通条件为VGS > 4V。

首先你要明白,高电压很容易产生低电压(比如电阻分压),但是低电压产生高电压就需要额外的措施。所以下图中,5V的VBUS输入可以很容易产生低于5V的VREGN输出。

那么在下图中,我们可以看到,对于Q3而言,S极接地,G极电压直接由VREGN驱动,VREGN可以轻易产生小于5V的电压在Q3的G极和S极,所以Q3很容易导通。

而对于Q2而言,由于S极未接地,若要保证Q2导通,则要求Q2的G极电压必须比S极电压高4V,才能满足Q2 VGS>4V的条件。若S极电压为0V,VREGN可以轻松导通。若S极为5V,则G极电压必须为9V,而VREGN最大不超过5V,怎么办呢?

电容自举电路

自举电路的作用就彰显出来了。

还是如上图,首先VREGN产生小于5V的电压,让Q3导通,同时VREGN通过二极管D,自举电容C,以及导通的Q3构成对地回路,电容C开始充电,充电完成后,电容两端电压几乎等于VREGN(忽略二极管D的导通压降),由于电容C并联在Q2的G极和S极上,对于Q2来讲,VGS两端电压同样可以达到VREGN,从而使得Q2可以导通。

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