Buck電路中的自舉電容如何取值？計算依據是什么？

在電子電路中，具有動態特性的器件往往是我們難以理解和掌握的，典型的動態特性器件如電感和電容，往往在電路中電感和電容賦予一定大小等屬性， 我們總要問為什么取這個值？ 而隨著疑問的解決，我們對這類器件會有更加深刻地認識，本次我們還是通過自舉電路來認識自舉電容的取值依據，我們可以了解到這個電容也不是隨便取值，它包含了一個簡單的計算原理，而這個原理我們早在初級物理中已經接觸到了。

這里我們強調一下動態器件的意義，這就是說只有變化量才能感知這個器件的存在意義，如電感是電流變化（di/dt）而存在的器件，電容則是電壓變化（dv/dt）而存在的器件。

再看看自舉電路，我們從上篇已經了解了其工作原理，那就是這種電路是專門為驅動半橋中的 浮動管或上管而設置的 ，小功率幾瓦到幾百瓦的DC-DC應用中極為廣泛，這里為什么會強調功率范圍呢？其緣由是隨著功率的增大，選用的開關管需要的驅動功率急劇增大，自舉驅動會顯得無能為力了，進而只能采用各自專門的隔離電源去驅動了，這個上篇中已提到過，如下圖是Buck電路，C1是自舉電容。

Buck DC-DC電路中的自舉電容

Buck DC-DC

集成自舉電路內部原理，其和外部自舉的原理是相同的

自舉電容的位置

我們再看看自舉電容如何取值?計算依據是什么?很簡單的公式，電荷量Q、電壓U以及電容C的關系：

電容電荷量與電壓關系

因為我們知道，驅動消耗的功率在電容上面最終是電荷量的形式，我們驅動的如MOSFET，最終在其門極是結電容造成的，而數據手冊往往會給出其在一定驅動電壓下需要的電荷量Q，如下圖是某MOSFET數據手冊中給出的門極總電荷量Qg，其值分別是在10V和4.5V下的電荷量Qg。

某MOSFET門極電荷參數

門極總電荷量測試曲線，可以看出其是門極電壓Vgs的正相關量，中間平坦區是彌勒電容造成的，其電壓被保持，但是電荷量在增加。

MOSFET門極驅動電壓和門極電荷量的關系

那么，我們計算我們的自舉電容就簡單了，通過轉換一下電容、電荷量和其電壓的基本關系就可以得到自舉電容C的計算方法

電容和電荷關系式

這里，Qg是我們驅動浮動MOSFET或高邊MOSFET的門極總電荷量；△U是電容兩端電壓的變化量，我們知道這個電壓越穩定，意味著驅動電壓越穩定，保持一定的驅動電壓意味著如MOSFET在穩定的飽和區，功率損耗越小。

常規情況下，在電容已經被充電穩定的情況下，保持電容電壓的變化或波動量在100mV到300mV是我們能夠接受的，這個值也就就是電容電壓的紋波大小。假如門極電荷量是10nC（驅動電壓是10V的情況下），我們要求驅動過程中，自舉電容的電壓變化量最大是100mV，那么自舉電容則為：

自舉電容值計算

實際中，這個電容我們通常要求采用低ESR的陶瓷電容，以便提供高質量的驅動能量，而大小則需要取值為計算值的3至5倍，這是因為電容本身會存在一定的偏差，陶瓷電容在直流偏置下容量衰減的比較厲害，即使你只使用它額定電壓的50%或更低，尤其是非C0G材質的陶瓷電容。

而我們常用的小功率DC-DC更是會給出一個典型的自舉電容，比如100nF或10nF，這個值往往都是大于計算值的，我們采用推薦值，因為這些DC-DC的MOSFET內置，多數情況下，我們無法得知這個MOSFET的特性，所以采用它們給的推薦值。

自舉電容典型的推薦值