同步Buck和flyback自舉電容相關(guān)的問(wèn)題

上周四，有同學(xué)在微信群里問(wèn)同步Buck和flyback自舉電容相關(guān)的問(wèn)題，二火沒(méi)玩過(guò)flyback，只能說(shuō)說(shuō)同步Buck相關(guān)的內(nèi)容。我就找了一篇2022年3月份發(fā)過(guò)的一篇文章《同步Buck芯片的自舉電容原理解析》丟在群里。

不祥的預(yù)感

說(shuō)時(shí)遲，那時(shí)快！腦子里突然有一種不好的感覺(jué)：好像有哪里不對(duì)，哪里有問(wèn)題。這種不好的感覺(jué)一直縈繞著我。

經(jīng)過(guò)這兩天的反思，我終于找到答案了。原來(lái)是2022年3月份公眾號(hào)上發(fā)的第一篇關(guān)于異步Buck自舉電容的文章《3句話，讓你了解自舉電容的工作原理！》里面有錯(cuò)誤的地方。去年有一位同學(xué)提醒過(guò)，但是時(shí)間久了，我給忘記了。

不知道看過(guò)的同學(xué)有沒(méi)有發(fā)現(xiàn)里面的問(wèn)題。感興趣的同學(xué)，可以先行去看下這篇文章（文末點(diǎn)擊“原文鏈接”），思考下哪里有問(wèn)題，再回來(lái)看這篇。

先說(shuō)問(wèn)題

我反復(fù)翻閱《3句話》這篇文章，后3小節(jié)是重點(diǎn)，分別講了充電回路、浮地驅(qū)動(dòng)和持續(xù)到通。這里沒(méi)問(wèn)題，問(wèn)題處在充電回路的細(xì)節(jié)描述上。

如上圖，這里的Cboot充電回路 和電感放電回路，單獨(dú)來(lái)看都沒(méi)有問(wèn)題。但是放在一起，就有問(wèn)題了。因?yàn)?a target="_blank">二極管D1是單向?qū)ǎ缢{(lán)色箭頭，在D1導(dǎo)通時(shí)，A點(diǎn)電位為負(fù)值，如-0.7V。此時(shí)SW的B點(diǎn)同樣也是-0.7V，這樣D2是不會(huì)導(dǎo)通的，除非D2的陰極電壓更低，這是不符合邏輯的。

但紅色箭頭這個(gè)充電回路沒(méi)有問(wèn)題，是真實(shí)存在的，只是需要滿足一定條件才啟用，這里并沒(méi)有講清楚。紅色箭頭的路徑并不是Cboot充電的唯一路徑，這里也沒(méi)有講清楚。下面我們展開(kāi)討論下。

一般情況

問(wèn)題既然指出來(lái)，那正確的該是怎樣的呢？

如上圖所示，一般情況下，在上管關(guān)斷的Toff階段，下管續(xù)流，Cboot充電回路如紅色路徑所示。注意，這里我說(shuō)的是通常情況，自然也有“非一般”情況。

非一般情況

上面提到的“非一般”情況，是什么情況呢？

當(dāng)Vin和Vout電壓將近，SW占空比接近100%，這意味著在一個(gè)開(kāi)關(guān)周期內(nèi)，上管的Ton占據(jù)絕大部分時(shí)間，Toff非常短，這樣下管導(dǎo)通時(shí)間極短，Toff階段Cboot充電的能量小于Ton階段Cboot消耗的能量。如此一來(lái)，自舉電容Cboot上的電壓會(huì)持續(xù)下降。當(dāng)Cboot電壓下降至上管驅(qū)動(dòng)電路的UVLO門(mén)限值時(shí)，上管被迫關(guān)斷，結(jié)束電感的充電；接著下管會(huì)導(dǎo)通，電感放電。

如果是僅僅這樣，那還好，頂多就是輸出電壓Vout不夠，達(dá)不到預(yù)定的值。但實(shí)際情況往往更惡劣！

上管被迫關(guān)閉后，下管導(dǎo)通，電感放電，Vout下降，此時(shí)又會(huì)給Cboot充電，Cboot上的電壓回升。在經(jīng)歷的Toff后，Cboot電壓又大于UVLO，上管驅(qū)動(dòng)電路工作，上管導(dǎo)通，Vout又上升……如此循環(huán)往復(fù)，Vout反復(fù)振蕩，直至Cboot的電壓完全低于UVLO，Vout才停止振蕩。

如何解決

上面Vout反復(fù)振蕩的問(wèn)題已經(jīng)出來(lái)了，如何避免這種情況出現(xiàn)？

TI這顆異步BuckLMR16006給出的解決方案是增加自舉電容的電壓監(jiān)控，當(dāng)Cboot的電壓低于UVLO（如3V）時(shí)，強(qiáng)制關(guān)閉上管，并將內(nèi)部集成一個(gè)小MOS導(dǎo)通，用于補(bǔ)充Cboot的電量。

我翻譯的不一定有你理解的好，詳細(xì)的可以看下Datasheet上的描述。

所以，下圖這個(gè)Cboot充電回路是有用的，但不是一直啟動(dòng)，是在滿足一定條件下被觸發(fā)。這個(gè)條件就是Cboot電壓低于UVLO。而引發(fā)這個(gè)條件的誘因之一是：當(dāng)Vin和Vout電壓將近，SW占空比接近100%。

注意，這里我說(shuō)的是誘因之一，其他誘因也會(huì)觸發(fā)。其他的情況具體是什么，這里不做展開(kāi)，同學(xué)們可以自行研究。

當(dāng)Cboot電壓高于UVLO時(shí)，Cboot的充電回路還是按照“一般情況”來(lái)走。

一通分析下來(lái)，我還有個(gè)疑問(wèn)：框圖這里D2的存在，我懷疑有問(wèn)題。這個(gè)作為開(kāi)口項(xiàng)，我需要再確認(rèn)下。

總 結(jié)

今天先聊到這里，梳理下今天討論的內(nèi)容：

①先說(shuō)明前面文章存在的問(wèn)題；

②更正“一般情況”下Cboot的充電回路；

③針對(duì)“非一般”情況，說(shuō)明可能存在的風(fēng)險(xiǎn)，并結(jié)合芯片Datasheet給出解決方案；

④明確開(kāi)口項(xiàng)問(wèn)題。

怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問(wèn)題，給出的回答可淺可深。我的助攻只能到這里，能否晉升到陸地神仙境，一劍開(kāi)天門(mén)，就看你的造化了！

審核編輯：湯梓紅