一文理解自舉電路原理

自舉電路可以增加輸入阻抗，你知道嗎？

1 輸入阻抗的計算方法

我們從最簡單的電路開始一點一點分析，先定義一下輸入阻抗的計算過程。我們可以粗略的把負載作為一個黑盒子來對待，所謂的輸入阻抗，就是計算輸入到這個黑盒子的電壓與電流的比值，比如下圖，輸入阻抗R=Vin/Iin。

2 從最簡單的射極跟隨器說起

下圖是一個射極跟隨器，就是輸出Vo=Vin（暫時不考慮三極管B極和E極之間的壓降）。

那么它的輸入阻抗是多少呢？

假設基極B有一個變換量△Vb，則在發射極E也有一個相應的變換量△Ve，而且二者接近相等……

自舉電路中的自舉電容如何計算取值

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的認識，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

集成自舉電路內部原理，其和外部自舉的原理是相同的

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、電壓以及電容的關系……

一文理解自舉電路原理

自舉電路字面意思是自己把自己抬起來的電路，是利用自舉升壓電容的升壓電路，是電子電路中常見的電路之一。

我們經常在IC外圍器件中看到自舉電容，比如下圖同步降壓轉換器（BUCK）電路中，Cboot就是自舉電容。

為什么要用自舉電路呢？這是因為在一些電路中使用MOS搭建橋式電路，對于下管NMOS導通條件很好實現，柵極G與源極S之間的電壓Vgs超過Vgs(th)后即可導通，Vgs(th)通常比較低，因此很容易實現。

而對于上管Q1而言，源極S本來就有一定的輸出，要知道，當上管導通時，漏極D和源極S之間的電壓Vds是很小的，如果要想直接驅動柵極G，滿足Vgs>Vgs(th)的條件，則需要在柵極G和地之間加一個很高的電壓，這個難以實現控制。

自舉電路應運而生。

有了自舉電路，就可以輕松在上管柵極G產生一個高壓，從而驅動上管MOS。

具體原理框圖如下：

輸入總電壓VIN經過internal regulator后輸出一個直流低壓V，用于Vboot充電，這個internal regulator一般是LDO架構的電源。

當下管Q2導通時，SW電壓為0，LDO輸出電壓V—>二極管—>自舉電容C1—>下管Q2，通過這條回路對電容進行充電，電容兩端兩端電壓約等于V，此時A點電壓也是V……

一種自舉MOS驅動電路分析

我們知道，正常情況下，需要通過MOS控制電源通斷時，通常通過一個PMOS來控制，如下控制風扇電源電路

上圖R105,C168起到緩啟動開啟MOS的作用，FAN-EN控制Q9通斷，拉低時Vgs＜0V ( Vgs(th)（Max）：1.3V@ 250μA)，PMOS可導通 ,但是有一個問題，如果通過MOS的不是一個穩定電壓而是一個震蕩的波形呢？包括帶負電壓需要通過呢？上圖2號腳為負電壓，則Vgs不會小于MOS開啟電壓，那如何解決呢？

如下電路可自舉電壓驅動MOS

在可控12V為懸空時，S極當電壓為正時，電壓主要通過穩壓管ZD1到G極 ，同時通過R3和R4電阻到G極 Vgs電壓為基本0V，MOS無法開啟；當S極電壓為負時 電壓主要通過R3和R4給到G極，則Vgs≈0V，因此在12V開啟時，無論S極電壓正負Vgs≈0V，MOS無法開啟。

當可控12V上電以后 S極為正電壓V0，由于D1和電容C1電荷無法快速泄放，因此G極電壓為V0+12V Vgs＝12V MOS導通；S極電壓為負電壓-V0時，12V電壓給C1電容充電，G極電壓為 -V0+12V Vgs＝12V MOS導通。

小結：只要控制12V開關，即可控制NMOS Q1的通斷

如下圖為測試波形，實現了開啟電壓的自舉，保證MOS時刻保持開啟狀態

下圖黃色為G極，綠色為S極……

自舉電容充電回路分析

這篇文章想分享工作中經常會遇到一個問題：自舉電容的充電回路。

自舉電容很早就遇到過，但是沒有深入的去分析，僅僅是停留在怎么用的程度。前幾天找了一些資料看了看，趁著放假的時間，總結一下。

整體的框架如下。

1.初識自舉電容

說到自舉電容，其實我接觸這個名字非常早。在大三上學期的寒假就使用到了自舉電容。

那時候是要做一個太陽能路燈控制器的項目。由于需要高效率降壓拓撲，我們就使用了同步降壓DC-DC來做，用的是分離式，大功率的MOS管，自己外加驅動電路。

相比現在內部集成控制器的DC-DC來說，我那個時候做的功率算大的了。電流達到10~15A，雖然用的早，但是思考的并不多。

這個項目做完以后，我對自舉電容的理解有兩點：

（1）驅動上管時要使用自舉電容，且要加二極管，防止電壓舉上來以后，反向充電到VCC；

（2）自舉電容在下管開通的時候，對其充電；在上管開通的時候，需要放電；

就是這兩點的理解，在后面的無論是面試還是工作過程中，只要是問到自舉電容的作用，我都是這么答。因此，我也未做更多的思考，一直延續到工作中都是這樣理解自舉電容。

2. 同步和非同步拓撲

現在無論是消費電子，汽車電子，智能穿戴設備，很多產品都是越做越小，而且電池供電的場合也比較常見，對電源的效率就提出了比較苛刻的要求。

對于Buck電路來說，以往使用二極管作為續流的器件應用比較多，但是因為二極管壓降太大的原因，越來越少見，而用MOS管作為續流器件的集成芯片或者應用方案是越來越常見。

因此，就催生了兩種不同形式的Buck拓撲——同步和非同步……

為什么有些Buck電路沒有自舉電容？

讀完這兩篇，相信你對自舉電容的工作原理已經有了大概的認識。但是細心的小伙伴又提到有些DC-DC沒有Cboot，沒有BST，并且給出了原因，可謂是簡潔明了，一語中的！這位小伙伴前面對BST電容的解釋也頗為干練，絕對是一位資深硬件開發工程師。

1、一個問題

既然上面已經提到這個問題，我也來說說自己的理解。照例，先拋出來一個問題：“為什么有些Buck電路沒有自舉電容？”。這個問題問得比較細。為啥不說是面試題，因為技術面基本不會問這么細。

2、實際案例

為了方便大家能更清晰的理解，我們以實際芯片作為分析對象。還是那句話：咱不整那虛頭巴腦的，咱用事實說話！

SY8893，2.5~5.5Vin，3A，fsw=1.2MHz，Iq=50uA，Sync Buck。參數交代完后，咱看下推薦電路，如下圖所示。

確實有些Buck芯片 沒有自舉電容Cboot，沒有BST 引腳……

審核編輯：湯梓紅