有效导通关断NMOS管的“窍门”
开关电源作为电子产品的“心脏”，发挥着提供动力的作用。今天让我们一起来认识下有效导通关断nmos管的“窍门”。
nmos管的主回路电流方向为d极到s极，导通条件为vgs有一定的压差，即vg-vs》vth；pmos管的主回路电流方向为s极到g极，导通条件为vsg有一定的压差，即vs-vg》vth。故一般把nmos作为下管，s极接地，只要给g极一定电压即可控制其导通关断；把pmos作为上管，s极接vin，g极给个低电压即可导通。当然nmos管也可作为上管，但需要增加自举驱动电路。
对于一些拓扑，比如buck、boost、buck-boost这些用nmos作为上管的拓扑，就没办法直接用刚才说的只给g极一个电平来驱动。假如此时d极接vin，s极的电压不定，nmos管截止时为低电平，导通时接近高电平vin，需要板子上给g极一个更高的电压，但此时板子已无比vin更高的电平了，那么就可以采用自举驱动电路。
如图为用于驱动上mos管的电容自举驱动电路。该自举电容通过二极管接到vcc端，下接上mos管的s极。当驱动电路驱动下mos管导通时，vcc通过二极管、rboot、下mos管，对cboot充电。充电时间为下mos管的导通时间，我们定为toff（上mos管）；当下管关断后，驱动电路导通上mos管，cboot的下端电压变为vin，由于电容两端电压不能突变，所以cboot上的电压自然就被举了起来。这样驱动电压才能高过输入电压，就能保持上管持续导通，此时vboot的电压通过rboot和内部电路放电，放电时间为ton（上mos管）。
自举电容充电过程如图：
下mos管导通时开始充电，充电电压对时间的关系如公式一所示：
vcboot_max = v0 + vcc x ［1–exp （-toff/rc）］；
充电电流对时间的关系如公式二所示：
i = cdu/dt = c x △vcboot/toff。
接下来看一下其放电过程：上mos管导通时开始放电，放电电压对时间的关系如公式三所示：
vcboot_min = exp ［ -ton/ （rtotal x c） ］ x vcboot_max
放电电流对时间的关系如公式四所示：
i = cdu/dt = c x △vcboot/ton
至此我们已经掌握自举驱动电路的“窍门”。
应该如何正确地选择合适的电容、电阻呢？
电容的选型主要基于其耐压值和容量大小。耐压值要大于等于vcc减去二极管和下mos管的导通电压。驱动电路上有其他功耗器件由该电容供电，所以要求电容上的电压下跌最好不要超过原先值的10%，这样才能保证驱动电压。
由以上限制和公式三可推出需要ton 《= （rtotal x c）x ln0.9。由该式可知ton的最大值与自举电容和自举电阻的大小有关。如果容值太小，其两端的电压降会过大，会出现占空比无法展开的情况。但是容值也不能太大，太大的电容会导致最小toff变大，电容充不满电也会导致占空比无法展开，并且会导致二极管在充电的时候冲击电流过大。
了解完电容后，自举电阻该怎么选型呢？
自举电阻的电压等于充电电流乘以其阻值，所以其耐压值要大于最大充电电流乘以其阻值；同样自举电阻的阻值会影响自举电容充电时间，也会影响占空比， r越大，所需充电时间越长。同时自举电阻阻值的增加会降低上mos管的驱动电压，增加cgs的充电时间，从而降低上mos管导通时的电压电流的变化率和sw波尖峰。
图注：自举电阻为0ω时，sw的测试波形
将电阻增大到45ω时，可以明显看出自举电阻越大，sw波上升斜率越小，同时sw的尖峰越小，验证了前面的结论。
图注：电阻增大到45ω时，sw的测试波形
所以，大家get到dcdc的高端nmos的自举秘诀了吗？
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原文标题：【短视频】mps 电源小课堂第十五话：dcdc 高端 nmos 的自举秘诀
文章出处：【微信公众号：mps芯源系统】欢迎添加关注！文章转载请注明出处。
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如图为用于驱动上mos管的电容自举驱动电路。该自举电容通过二极管接到vcc端，下接上mos管的s极。当驱动电路驱动下mos管导通时，vcc通过二极管、rboot、下mos管，对cboot充电。充电时间为下mos管的导通时间，我们定为toff（上mos管）；当下管关断后，驱动电路导通上mos管，cboot的下端电压变为vin，由于电容两端电压不能突变，所以cboot上的电压自然就被举了起来。这样驱动电压才能高过输入电压，就能保持上管持续导通，此时vboot的电压通过rboot和内部电路放电，放电时间为ton（上mos管）。
自举电容充电过程如图：
下mos管导通时开始充电，充电电压对时间的关系如公式一所示：
vcboot_max = v0 + vcc x ［1–exp （-toff/rc）］；
充电电流对时间的关系如公式二所示：
i = cdu/dt = c x △vcboot/toff。
接下来看一下其放电过程：上mos管导通时开始放电，放电电压对时间的关系如公式三所示：
vcboot_min = exp ［ -ton/ （rtotal x c） ］ x vcboot_max
放电电流对时间的关系如公式四所示：
i = cdu/dt = c x △vcboot/ton
至此我们已经掌握自举驱动电路的“窍门”。
应该如何正确地选择合适的电容、电阻呢？
电容的选型主要基于其耐压值和容量大小。耐压值要大于等于vcc减去二极管和下mos管的导通电压。驱动电路上有其他功耗器件由该电容供电，所以要求电容上的电压下跌最好不要超过原先值的10%，这样才能保证驱动电压。
由以上限制和公式三可推出需要ton 《= （rtotal x c）x ln0.9。由该式可知ton的最大值与自举电容和自举电阻的大小有关。如果容值太小，其两端的电压降会过大，会出现占空比无法展开的情况。但是容值也不能太大，太大的电容会导致最小toff变大，电容充不满电也会导致占空比无法展开，并且会导致二极管在充电的时候冲击电流过大。
了解完电容后，自举电阻该怎么选型呢？
自举电阻的电压等于充电电流乘以其阻值，所以其耐压值要大于最大充电电流乘以其阻值；同样自举电阻的阻值会影响自举电容充电时间，也会影响占空比， r越大，所需充电时间越长。同时自举电阻阻值的增加会降低上mos管的驱动电压，增加cgs的充电时间，从而降低上mos管导通时的电压电流的变化率和sw波尖峰。
图注：自举电阻为0ω时，sw的测试波形
将电阻增大到45ω时，可以明显看出自举电阻越大，sw波上升斜率越小，同时sw的尖峰越小，验证了前面的结论。
图注：电阻增大到45ω时，sw的测试波形
所以，大家get到dcdc的高端nmos的自举秘诀了吗？
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原文标题：【短视频】mps 电源小课堂第十五话：dcdc 高端 nmos 的自举秘诀
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