细说Buck的Boot电容（自举电容）

Buck电路需要控制“上管”打开，此时上管的S极为输入电压Vin，Buck控制器需要得到高出Vin的电压，通过自举电路升压得到，比Vin高的电压，实现这种自己把自己电压举高的主要依赖一个电容，这个电容我们就把它称之为“自举电容”。

自举是指通过开关电源MOS管(上管)和电容组成的升压电路,通过电源对电容充电致其电压高于Vin。最简单的自举电路由一个电容构成，为了防止升高后的电压回灌到原始的输入电压，会加一个二极管。自举的好处在于利用电容两端电压不能突变的特性来升高电压。举个例子来说，如图5.24所示，如果在MOS的G极与S极间接入一个小电容，在MOS未导通时给电容充电，在MOS导通，S极电压升高后，自动将上面驱动器的供电电压电压升高，这样驱动器的输出电压也随之而升高，连接到上管的G极。这样上管的G极产生高压，使得G极和S极之间有足够的压差Vgs，便可使上管MOS保持继续导通。

图5.24 Boot电容工作原理

对于MOSFET，导通的条件是栅-源极(G极和S极)之间的电压(Vgs)大于某个阈值，当G极和S极之间电压大于这个阈值之后MOSFET就开始导通。如图5.25所示，对于低端的管子Q2，由于其源极接地，所以当要求Q2导通时，只要在Q2的栅极加个一定的电压即可;但是，对于高端的管子Q1，由于其源极的电压Vs是浮动的，则不好在其栅极上施加电压以使Q1的Vgs满足导通条件。试想，理想下，Q2的导通电阻为0，即导通时，Q2的Vds为0，则Vs≈Vd，则要求Q2的栅极电压Vg大于Vs。又由于Vd的电压约等于Vs的电压，Vd电压就是Vin，所以在电路中需要产生一个高于输入电压的电压值。

如果想驱动上管，需要使用一些方法产生高压，例如变压器、升压电路、电感等。自举电容电路驱动IC具有简单、实用的特点，目前被广泛地使用。下面简要地描述Boot电容的自举的工作过程，目的是理清自举的工作原理，更合理地设计电路、布局布线和器件选型。

1. 电路简图

如图5.26所示 ，这电路并不陌生，二极管D1和电容C1分别被称为自举二极管和自举电容，有些IC把自举二极管集成到IC内部。

2. 充电过程

可以理解，IC为了防止直通，会禁止同时上下管导通。如图5.26是下管导通电流流向的示意图。

图5.26 下管导通的电流流向

如上图所示，上管关闭，而下管开启，这时泵二极管D1和自举电容C1组成充电回路。由上图可以得到，输入电源Vin经过二极管、自举电容、再经过下管、再到地(电源负极)，它们组成回路，对电容进行充电，使电容两边的电压为Vin 。

3. 放电过程

这时再分析下管关闭的情况，如下图5.27所示：

图5.27 下管关闭，上管打开过程对Boot电容充电

由于下管关闭，上文所述的回路被截断，泵二极管处于反向截止。由于上管开启，所以Vg = VcBoot + Vs。我们认为驱动器输出的电压值近似为其供电电压VcBoot，即：Boot电容两端的电压。

电容会保持电压变化连续，Vc电压会随着放电慢慢变小，不会突变。由于充电过程中，电容已被充电，所以Vc的电压大概为Vin。即上管的Vgs= Vin。这个电压足够开启上管的MOSFET。

至此，已完成一个PWM周期内，自举电路的工作过程，可以理解为自举电容的充放电过程。

审核编辑：汤梓红