MOS管自舉電路原理詳解

自舉電路也叫升壓電路，是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(dá)到數(shù)倍電源電壓。

1MOS管自舉電路原理

在EDA365電子論壇上看過(guò)這個(gè)簡(jiǎn)單的例子：有一個(gè)12V的電路，電路中有一個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管需要15V的驅(qū)動(dòng)電壓，這個(gè)電壓怎么弄出來(lái)？就是用自舉。通常用一個(gè)電容和一個(gè)二極管，電容存儲(chǔ)電荷，二極管防止電流倒灌，頻率較高的時(shí)候，自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓，起到升壓的作用。

自舉電路只是在實(shí)踐中定的名稱(chēng)，在理論上沒(méi)有這個(gè)概念。自舉電路主要是在甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路中使用較為普遍。甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路在理論上可以使輸出電壓Vo達(dá)到Vcc的一半，但在實(shí)際的測(cè)試中，輸出電壓遠(yuǎn)達(dá)不到Vcc的一半。

其中重要的原因就需要一個(gè)高于Vcc的電壓。所以采用自舉電路來(lái)升壓。常用自舉電路（摘自fairchild，使用說(shuō)明書(shū)AN-6076《供高電壓柵極驅(qū)動(dòng)器IC 使用的自舉電路的設(shè)計(jì)和使用準(zhǔn)則》）the boost converter,或者叫step-up converter，是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。

假定那個(gè)開(kāi)關(guān)(三極管或者mos管)已經(jīng)斷開(kāi)了很長(zhǎng)時(shí)間，所有的元件都處于理想狀態(tài)，電容電壓等于輸入電壓。

下面要分充電和放電兩個(gè)部分來(lái)說(shuō)明這個(gè)電路。

2MOS管自舉電容工作原理

自舉電容，內(nèi)部高端MOS需要得到高出IC的VCC的電壓，通過(guò)自舉電路升壓得到，比VCC高的電壓，否則，高端MOS無(wú)法驅(qū)動(dòng)。

自舉是指通過(guò)開(kāi)關(guān)電源MOS管和電容組成的升壓電路，通過(guò)電源對(duì)電容充電致其電壓高于VCC。最簡(jiǎn)單的自舉電路由一個(gè)電容構(gòu)成，為了防止升高后的電壓回灌到原始的輸入電壓，會(huì)加一個(gè)Diode。

自舉的好處在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來(lái)升高電壓。

舉個(gè)例子來(lái)說(shuō)，如果MOS的Drink極電壓為12V，Source極電壓原為0V，Gate極驅(qū)動(dòng)電壓也為12V，那么當(dāng)MOS在導(dǎo)通瞬間，Soure極電壓會(huì)升高為Drink減壓減去一個(gè)很小的導(dǎo)通壓降，那么Vgs電壓會(huì)接近于0V，MOS在導(dǎo)通瞬間后又會(huì)關(guān)斷，再導(dǎo)通，再關(guān)斷。

如此下去，長(zhǎng)時(shí)間在MOS的Drink極與Source間通過(guò)的是一個(gè)N倍于工作頻率的高頻脈沖，這樣的脈沖尖峰在MOS上會(huì)產(chǎn)生過(guò)大的電壓應(yīng)力，很快MOS管會(huì)被損壞。

如果在MOS的Gate與Source間接入一個(gè)小電容，在MOS未導(dǎo)通時(shí)給電容充電，在MOS導(dǎo)通，Source電壓升高后，自動(dòng)將Gate極電壓升高，便可使MOS保持繼續(xù)導(dǎo)通。

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上管關(guān)閉下管打開(kāi)/下管關(guān)閉上管打過(guò)程中

mos管自舉電路工作原理

升壓自舉電路原理

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(dá)到數(shù)倍電源電壓。

升壓電路原理

開(kāi)關(guān)直流升壓電路(即所謂的boost或者step-up電路)原理the boost converter,或者叫step-up converter，是一種開(kāi)關(guān)直流升壓電路，它可以是輸出電壓比輸入電壓高。

基本電路圖見(jiàn)圖1：

充電過(guò)程

在充電過(guò)程中，開(kāi)關(guān)閉合(三極管導(dǎo)通)，等效電路如圖二，開(kāi)關(guān)(三極管)處用導(dǎo)線代替。

這時(shí)，輸入電壓流過(guò)電感，二極管防止電容對(duì)地放電。由于輸入是直流電，所以電感上的電流以一定的比率線性增加，這個(gè)比率跟電感大小有關(guān)。隨著電感電流增加，電感里儲(chǔ)存了一些能量。

放電過(guò)程

如圖，這是當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管截止)時(shí)的等效電路。當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)(三極管截止)時(shí)，由于電感的電流 保持特性，流經(jīng)電感的電流不會(huì)馬上變?yōu)?，而是緩慢的由充電完畢時(shí)的值變?yōu)?。

而原來(lái)的電路已斷開(kāi)，于是電感只能通過(guò)新電路放電，即電感開(kāi)始給電容充電， 電容兩端電壓升高，此時(shí)電壓已經(jīng)高于輸入電壓了，升壓完畢。

說(shuō)起來(lái)升壓過(guò)程就是一個(gè)電感的能量傳遞過(guò)程。充電時(shí)，電感吸收能量，放電時(shí)電感放出能量。如果電容量足夠大，那么在輸出端就可以在放電過(guò)程中保持一個(gè)持續(xù)的電流。如果這個(gè)通斷的過(guò)程不斷重復(fù)，就可以在電容兩端得到高于輸入電壓的電壓。

3常用升壓電路

P 溝道高端柵極驅(qū)動(dòng)器

直接式驅(qū)動(dòng)器：適用于最大輸入電壓小于器件的柵- 源極擊穿電壓。

開(kāi)放式收集器：方法簡(jiǎn)單，但是不適用于直接驅(qū)動(dòng)高速電路中的MOSFET。

電平轉(zhuǎn)換驅(qū)動(dòng)器：適用于高速應(yīng)用，能夠與常見(jiàn)PWM 控制器無(wú)縫式工作。

N 溝道高端柵極驅(qū)動(dòng)器

直接式驅(qū)動(dòng)器：MOSFET最簡(jiǎn)單的高端應(yīng)用，由PWM 控制器或以地為基準(zhǔn)的驅(qū)動(dòng)器直接驅(qū)動(dòng)，但它必須滿足下面兩個(gè)條件：

VCC

Vdc

浮動(dòng)電源柵極驅(qū)動(dòng)器：獨(dú)立電源的成本影響是很顯著的。光耦合器相對(duì)昂貴，而且?guī)捰邢?，?duì)噪聲敏感。

變壓器耦合式驅(qū)動(dòng)器：在不確定的周期內(nèi)充分控制柵極，但在某種程度上，限制了開(kāi)關(guān)性能。但是，這是可以改善的，只是電路更復(fù)雜了。

電荷泵驅(qū)動(dòng)器：對(duì)于開(kāi)關(guān)應(yīng)用，導(dǎo)通時(shí)間往往很長(zhǎng)。由于電壓倍增電路的效率低，可能需要更多低電壓級(jí)泵。

自舉式驅(qū)動(dòng)器：簡(jiǎn)單，廉價(jià)，也有局限；例如，占空比和導(dǎo)通時(shí)間都受到刷新自舉電容的限制。

　　審核編輯：湯梓紅