自举电路的工作原理和经典应用

自举电容的核心原理是：电容两端电压不能突变。

从这句话中，我们可以获取到两个关键字：两端电压、不能突变。

两端电压指的是电容一边相对另一边的电压，我们知道电压本身就是个参考值(一般认定参考GND，认定GND点平为0V)。

不能突变则指电容两端电压变化时，必然需要1个大于0s的时间。根据电容的公式I=C*dU/dt，得知，dU/dt=I/C，故电容两端电压从0升到VDD时，取决于电流和电容的比值。容值一定时，电流越大，电压上升的越快。电流一定时，容值越小，电压上升的越快。

简单的自举电容模型?

假如，只有个6V的电源，但是我们想输出12V的电压，相对简单的方法就是应用自举电路，如下图中的电路，(认为器件均为理想模型)，二极管D1和电容C1就构建了自举电路。

1.A状态为默认状态，此时开关A闭合，开关B断开，Q1导通，C1负极与地导通，电流从电源VDD出发，通过D1，经过C1，经过Q1，再流回电源VDD。达到稳态后，电容上端对地电压为6V，下端对地电压为0V。

2.当开关B闭合，开关A断开，Q1截止，电容下端电压与电源正极直连，此时电容下端对地电压等于电源正极对地电压，为6V。由于电容两端电压不能突变，电容上端相对电容下端，电压为6V，电容下端相对地，电压为6V。所以电容下端相对地，电压成了12V。由于D1的反向截止作用，使得电容上端对地电压可以保持在12V。

实际的模型中，由于反向二极管和MOS管均存在微弱的漏电，自举电路需要不断切换状态来对自举电容充放电，来保证电压被长时间抬起来。且自举电路的供电能力取决于自举电容的大小。

自举电路的经典应用

在很多Buck或者Boost电源芯片的手册中，我们都能看到自举电容的应用。我们打开TI厂家的BQ25895充电芯片(内含Buck)的器件手册，如下，红色框框中47nF电容即为自举电容。

继续往后看，打开BQ25895的内部框图，就可以看到芯片内部的自举电路设计。如图中，假设VBUS为5V，VREGN为电源输出，输出电压小于5V，Q2和Q3导通条件为VGS > 4V。

首先你要明白，高电压很容易产生低电压(比如电阻分压)，但是低电压产生高电压就需要额外的措施。所以下图中，5V的VBUS输入可以很容易产生低于5V的VREGN输出。

那么在下图中，我们可以看到，对于Q3而言，S极接地，G极电压直接由VREGN驱动，VREGN可以轻易产生小于5V的电压在Q3的G极和S极，所以Q3很容易导通。

而对于Q2而言，由于S极未接地，若要保证Q2导通，则要求Q2的G极电压必须比S极电压高4V，才能满足Q2 VGS>4V的条件。若S极电压为0V，VREGN可以轻松导通。若S极为5V，则G极电压必须为9V，而VREGN最大不超过5V，怎么办呢?

自举电路的作用就彰显出来了。

还是如上图，首先VREGN产生小于5V的电压，让Q3导通，同时VREGN通过二极管D，自举电容C，以及导通的Q2构成对地回路，电容C开始充电，充电完成后，电容两端电压几乎等于VREGN(忽略二极管D的导通压降)，由于电容C并联在Q2的G极和S极上，对于Q2来讲，VGS两端电压同样可以达到VREGN，从而使得Q2可以导通。