Уменьшение отрицательного напряжения на управляющей микросхеме

10.06.2021 | Статьи Процессоры, кристаллы, чипы Электронные компоненты ● a-contract.ru

Два MOSFET и выходной дроссель встречаются в коммутационном узле в синхронных понижающих импульсных источниках питания (Рисунок 1). Зачастую коммутационный узел бывает подключен напрямую к управляющей микросхеме. В таком узле напряжение может колебаться от уровня входного напряжения до какого-либо значения, не превышающего уровень земли.

В случае, когда напряжение становится слишком низким относительно земли, защита от электростатических разрядов или прочие цепи микросхемы управления смещаются в прямом направлении, что, в свою очередь, вызывает протекание токов сквозь подложку микросхемы. Результатом такого дефекта становится либо некорректная работа микросхемы, либо её выход из строя.

Очевидно, что полностью избавиться от появления отрицательных напряжений в коммутационном узле не представляется возможным, поэтому нужно стремиться к тому, чтобы напряжение на управляющей микросхеме оставалось достаточно высоким, чтобы не оказывать отрицательного влияния на микросхему и не повреждать её.

Рисунок 1. Недостатком классического понижающего регулятора является чрезмерное отрицательное напряжение в коммутационном узле.

Осциллограмма А на Рисунке 2а демонстрирует форму напряжения в коммутационном узле при V_IN = 12 В, V_OUT = 3.5 В и токе 8 А. При открытом верхнем MOSFET выходной ток проходит через него и через дроссель. В этот момент напряжение в коммутационном узле равняется V_IN.

При этом нижний MOSFET остаётся закрытым до полного выключения верхнего MOSFET. После закрытия верхнего MOSFET ток проходит из земли через нижний MOSFET и выходной дроссель. Период времени между выключением верхнего MOSFET и включением нижнего MOSFET называется «мёртвым временем». В этот промежуток времени ток течёт через паразитный диод нижнего MOSFET, и напряжение коммутационного узла в это время равняется примерно –1 В (точное значение определяется уровнями тока и параметрами MOSFET). После того как нижний MOSFET становится открытым, ток начинает идти не через паразитный диод, а через МОП-структуру. В этот период напряжение имеет зависимость от выходного тока и сопротивления MOSFET.

Рисунок 2. Детальное рассмотрение осциллограмм на интервале мертвого времени (а) при трех сценариях (б): понижающий регулятор без доработок (кривая B), добавление диода Шоттки (кривая C), использование простого решения, показанного на Рисунке 3 (кривая D).

Читать полный текст статьи «Уменьшение отрицательного напряжения на управляющей микросхеме» в первоисточнике.