buck芯片SW引脚为什么要接一个100nF电容?

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内容提要

自举电容用于提高电容器的负端电压来传递电压,常用于连接BST或BOOT引脚与SW引脚的buck型芯片。如果buck芯片内部有PMOS管+NMOS结构,则不需要自举电容。

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延伸解读

自举电容如何“举起”电压

自举电容利用电容两端电压不能突变的特性,在buck芯片中实现电压抬升。当SW引脚电压从0V跳变到VIN时,电容正端(BST/BOOT)电压被抬升至VIN加上电容原有电压,从而满足上管NMOS的导通条件。这一过程形象地称为“自举”,即正端电压被负端“举起”。

为什么需要100nF电容

在BST与SW引脚之间连接100nF电容是常见设计,用于在开关周期中存储和传递电荷。当上管导通时,电容提供高于VIN的驱动电压,确保NMOS充分导通;当下管导通时,电容被充电至稳定电压。该电容值需足够大以维持驱动电压稳定,同时兼顾开关速度与功耗。

有无自举电容取决于内部开关管类型

buck芯片是否需要外部自举电容,取决于内部上管是NMOS还是PMOS。若上下管均为NMOS,则上管导通需要栅极电压高于VIN,必须借助自举电容升压;若上管为PMOS,其导通条件只需栅极电压低于VIN,无需额外升压,因此可以省去自举电容。

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Q&A

buck芯片的SW引脚为什么要接一个100nF电容?

这个电容是自举电容,连接在BST/BOOT引脚与SW引脚之间。它的作用是提高电容负端电压来传递电压,基于电容两端电压不能突变的特性,在SW引脚电压从0V变为VIN时,将BST/BOOT引脚电压抬升到VIN+5V,从而满足上管NMOS的导通条件Vgs>VIN+Vgs(th)。

自举电容的工作原理是什么?

自举电容利用电容两端电压不会瞬间改变的特性。当电容两端维持一定电压时,通过提高电容负端电压来实现电压传递,正端电压会保持与负端的原始电压差,就像正端电压被负端“举起”一样。

为什么有的buck芯片不需要外接自举电容?

因为buck芯片内部开关管结构不同。如果内部两个开关管都是NMOS,则需要自举电容来升压驱动上管NMOS;但如果内部是PMOS管和NMOS的结构,驱动上管PMOS不需要产生比VIN还高的电压,因此不需要BOOT电容。

自举电容在buck芯片中是如何连接的?

自举电容通常连接在BST或BOOT引脚与SW引脚之间,典型值为100nF。

buck芯片内部两个NMOS开关管时,自举电容如何工作?

当下面的NMOS导通时,SW引脚通过二极管与GND接通,电压在0V附近,自举电容被充电至一定电压(如5V)。当下面NMOS关闭、上面NMOS导通时,SW引脚电压由0V变为VIN,由于电容两端电压不能突变,BST/BOOT引脚被抬升到VIN+5V,使上管NMOS满足导通条件Vgs>VIN+Vgs(th)而打开。

自举电容的容值为什么通常选择100nF?

文章中提到在buck芯片中,自举电容通常采用100nF电容器来起到关键作用,能够保持电压的稳定,从而确保整个系统运行的正常。

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