【技术】BUCK电路中自举式电源的分析

时间： 2021-04-08 来源：欧创芯

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BUCK电路中自举式电源的是一种应用最为广泛的，给高端栅极MOS驱动IC供电的方法。这种自举式电源的技术最简单，且成本最低。但是他的缺点是受到自举式电容的刷新速率的影响会限制了占空比。

一、以欧创芯的OC5501 同步DC-DC降压恒流芯片中自举电容C_BST电容分析，OC5501的电路接线原理图如下：

1、分析同步DC-DC恒流芯片的MOS管状态：

在下管Q2导通时，SW管脚电压在是接GND的，自举电容此刻由VDD经二极管进行充电，电压值会变为VDD-VD；VD为二极管的压降。在下管Q2断开时，SW由GND变为Vin，内部二极管处于反向偏置状态，自举电容两端的电压不能突变，因此BST端的对地电压变为Vin+VDD-VD，我们都知道NMOS的导通条件必须是栅源电压VGS高于MOS的门限电压VGS(TH)，这样就可以通过驱动器使上NMOS的VGS电压达到了VDD值，即为5.0V-0.4V=4.6V，进而可以驱动上管MOS/Q1导通。

2、C_BST电容的耐压和容量选择：从上面的理论分析结果可知，C_BST电容两端电压为VDD电压，即为5V，我们也可从产品的规格书上可知，BST对SW电压最大值为7V，那么常规C_BST电容的耐压可选择10V、16V等常规耐压值，由于NMOS为电压低压功率器件，Qg值不大，需要的电流很小，仅给MOS结电容充电即可，同时自举电容也常规用贴片陶瓷电容，漏电流小。所以常规C_BST电容的容量选择使用100nF。

二、什么时候需要自举电路

在直驱式的电路中，不会出现BST引脚和外接的BST电容。

如下图所示异步的降压电路中，上管驱动为P-MOS，下管为肖特基二极管，以欧创芯的OC5820系列为例，外围就会省去Cbst电容。

三、自举电路的缺点：

自举电路的占空比和导通时间受BST电容的充放电速度影响。此电路还有个最大问题在于：在上管关闭的时候，其源极的负压会使负载的电流通过到下管MOS的续流二极管，如图下所示。

负压的产生是走线上或者芯片内部线路的寄生电感产生。假定12V驱动5A的输出电流，寄生电感的参数为50nH，如果要在50nS内开关，那么VSW 与地的负电压尖峰值可达到-5V。负压的幅度和寄生电感、di/dt成正比，其中开关速度和MOS栅极电阻和MOS的输入电容Ciss参数有关。同时负压的存在，会导致BST对SW的电压，即BST电容两端电压超过了耐压值。BST电容两端的电压V_CBST=VDD-VD-(-VSW)。该负压会带来一个问题，SW脚是直接和芯片的引脚连接的，可能会将芯片内部的某些电路拉到地以下，导致芯片出现不可逆的损坏，或者导致芯片处于闭锁状态，无法正常驱动。

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