Принцип работы bootstrap-конденсатора микросхемы питания Buck
10 октября 2025Рисунок 1. Источник питания BUC
Как правило, при проектировании асинхронного понижающего источника питания Buck bootstrap-конденсатор подключается между выводами SW и BOOT микросхемы, как, например, конденсатор C1 на рисунке 1. Bootstrap-конденсатор использует свойство, согласно которому напряжение на конденсаторе не может измениться мгновенно. Если на конденсаторе поддерживается определенное напряжение, то при повышении напряжения на отрицательном выводе конденсатора напряжение на положительном выводе сохраняет исходную разность потенциалов относительно отрицательного вывода, тем самым увеличивая напряжение управления.
Рисунок 2. Внутренняя структурная схема микросхемы Buck
Микросхема Buck, показанная на рисунке 2, состоит из двух NMOS-транзисторов, которые попеременно открываются в комплементарном режиме. Полное входное напряжение VIN подается на внутренний стабилизатор напряжения, который формирует низкое постоянное напряжение Vb для зарядки Vboot. Такой внутренний стабилизатор напряжения обычно представляет собой LDO. Во время работы микросхемы Buck, когда открыт нижний MOSFET Q2, напряжение SW равно 0. Выходное напряжение LDO Vb заряжает bootstrap-конденсатор C1, после чего ток проходит через диод D1 и далее через нижний MOSFET Q2. Напряжение на конденсаторе примерно равно Vb, и напряжение на выводе BOOT в этот момент также равно Vb. Когда нижний MOSFET Q2 закрыт, а верхний MOSFET Q1 открыт, напряжение на выводе SW поднимается от 0 В до VIN. Исток нижнего MOSFET Q2 напрямую заземлен. Пока на затвор подается высокий уровень, превышающий Vth, нижний MOSFET Q2 остается открытым. Напряжение на истоке верхнего MOSFET Q1 равно входному напряжению VIN. Чтобы сохранить верхний MOSFET Q1 в открытом состоянии, напряжение управления его затвором должно быть больше VIN + Vgs(th). Поскольку напряжение на конденсаторе в этот момент не может измениться мгновенно, напряжение на выводе BOOT поднимается до уровня выше VIN, то есть до VIN + Vb. Конденсатор C1 подключен параллельно питанию драйвера верхнего MOSFET Q1 (HS Driver). Bootstrap-конденсатор C1 разряжается, обеспечивая его питание, а питающее напряжение равно разности напряжений между выводами BOOT и SW. Благодаря наличию bootstrap-конденсатора напряжение затвор-исток верхнего MOSFET Q1 удовлетворяет условию включения (Vgs > Vgs(th)), что позволяет поддерживать верхний MOSFET Q1 в открытом состоянии. Пока напряжение между выводами BOOT и SW выше порога BOOT UVLO, верхний MOSFET Q1 остается открытым. Когда напряжение bootstrap-конденсатора падает ниже порога BOOT UVLO вследствие разряда, верхний MOSFET Q1 закрывается, а нижний MOSFET Q2 открывается, периодически подзаряжая bootstrap-конденсатор и тем самым реализуя режим ШИМ-управления источником питания Buck.