一文理解自举电路原理

自举电路可以增加输入阻抗，你知道吗？

1 输入阻抗的计算方法

我们从最简单的电路开始一点一点分析，先定义一下输入阻抗的计算过程。我们可以粗略的把负载作为一个黑盒子来对待，所谓的输入阻抗，就是计算输入到这个黑盒子的电压与电流的比值，比如下图，输入阻抗R=Vin/Iin。

2 从最简单的射极跟随器说起

下图是一个射极跟随器，就是输出Vo=Vin（暂时不考虑三极管B极和E极之间的压降）。

那么它的输入阻抗是多少呢？

假设基极B有一个变换量△Vb，则在发射极E也有一个相应的变换量△Ve，而且二者接近相等……

自举电路中的自举电容如何计算取值

在电子电路中，具有动态特性的器件往往是我们难以理解和掌握的，典型的动态特性器件如电感和电容，往往在电路中电感和电容赋予一定大小等属性，我们总要问为什么取这个值？而随着疑问的解决，我们对这类器件会有更加深刻的认识，本次我们还是通过自举电路来认识自举电容的取值依据，我们可以了解到这个电容也不是随便取值，它包含了一个简单的计算原理，而这个原理我们早在初级物理中已经接触到了。

这里我们强调一下动态器件的意义，这就是说只有变化量才能感知这个器件的存在意义，如电感是电流变化（di/dt）而存在的器件，电容则是电压变化（dv/dt）而存在的器件。

再看看自举电路，我们从上篇已经了解了其工作原理，那就是这种电路是专门为驱动半桥中的浮动管或上管而设置的，小功率几瓦到几百瓦的DC-DC应用中极为广泛，这里为什么会强调功率范围呢？其缘由是随着功率的增大，选用的开关管需要的驱动功率急剧增大，自举驱动会显得无能为力了，进而只能采用各自专门的隔离电源去驱动了，这个上篇中已提到过，如下图是Buck电路，C1是自举电容

集成自举电路内部原理，其和外部自举的原理是相同的

我们再看看自举电容如何取值?计算依据是什么?很简单的公式，电荷量、电压以及电容的关系……

一文理解自举电路原理

自举电路字面意思是自己把自己抬起来的电路，是利用自举升压电容的升压电路，是电子电路中常见的电路之一。

我们经常在IC外围器件中看到自举电容，比如下图同步降压转换器（BUCK）电路中，Cboot就是自举电容。

为什么要用自举电路呢？这是因为在一些电路中使用MOS搭建桥式电路，对于下管NMOS导通条件很好实现，栅极G与源极S之间的电压Vgs超过Vgs(th)后即可导通，Vgs(th)通常比较低，因此很容易实现。

而对于上管Q1而言，源极S本来就有一定的输出，要知道，当上管导通时，漏极D和源极S之间的电压Vds是很小的，如果要想直接驱动栅极G，满足Vgs>Vgs(th)的条件，则需要在栅极G和地之间加一个很高的电压，这个难以实现控制。

自举电路应运而生。

有了自举电路，就可以轻松在上管栅极G产生一个高压，从而驱动上管MOS。

具体原理框图如下：

输入总电压VIN经过internal regulator后输出一个直流低压V，用于Vboot充电，这个internal regulator一般是LDO架构的电源。

当下管Q2导通时，SW电压为0，LDO输出电压V—>二极管—>自举电容C1—>下管Q2，通过这条回路对电容进行充电，电容两端两端电压约等于V，此时A点电压也是V……

一种自举MOS驱动电路分析

我们知道，正常情况下，需要通过MOS控制电源通断时，通常通过一个PMOS来控制，如下控制风扇电源电路

上图R105,C168起到缓启动开启MOS的作用，FAN-EN控制Q9通断，拉低时Vgs＜0V ( Vgs(th)（Max）：1.3V@ 250µA)，PMOS可导通 ,但是有一个问题，如果通过MOS的不是一个稳定电压而是一个震荡的波形呢？包括带负电压需要通过呢？上图2号脚为负电压，则Vgs不会小于MOS开启电压，那如何解决呢？

如下电路可自举电压驱动MOS

在可控12V为悬空时，S极当电压为正时，电压主要通过稳压管ZD1到G极 ，同时通过R3和R4电阻到G极 Vgs电压为基本0V，MOS无法开启；当S极电压为负时 电压主要通过R3和R4给到G极，则Vgs≈0V，因此在12V开启时，无论S极电压正负Vgs≈0V，MOS无法开启。

当可控12V上电以后 S极为正电压V0，由于D1和电容C1电荷无法快速泄放，因此G极电压为V0+12V Vgs＝12V MOS导通；S极电压为负电压-V0时，12V电压给C1电容充电，G极电压为 -V0+12V Vgs＝12V MOS导通。

小结：只要控制12V开关，即可控制NMOS Q1的通断

如下图为测试波形，实现了开启电压的自举，保证MOS时刻保持开启状态

下图黄色为G极，绿色为S极……

自举电容充电回路分析

这篇文章想分享工作中经常会遇到一个问题：自举电容的充电回路。

自举电容很早就遇到过，但是没有深入的去分析，仅仅是停留在怎么用的程度。前几天找了一些资料看了看，趁着放假的时间，总结一下。

整体的框架如下。

1.初识自举电容

说到自举电容，其实我接触这个名字非常早。在大三上学期的寒假就使用到了自举电容。

那时候是要做一个太阳能路灯控制器的项目。由于需要高效率降压拓扑，我们就使用了同步降压DC-DC来做，用的是分离式，大功率的MOS管，自己外加驱动电路。

相比现在内部集成控制器的DC-DC来说，我那个时候做的功率算大的了。电流达到10~15A，虽然用的早，但是思考的并不多。

这个项目做完以后，我对自举电容的理解有两点：

（1）驱动上管时要使用自举电容，且要加二极管，防止电压举上来以后，反向充电到VCC；

（2）自举电容在下管开通的时候，对其充电；在上管开通的时候，需要放电；

就是这两点的理解，在后面的无论是面试还是工作过程中，只要是问到自举电容的作用，我都是这么答。因此，我也未做更多的思考，一直延续到工作中都是这样理解自举电容。

2. 同步和非同步拓扑

现在无论是消费电子，汽车电子，智能穿戴设备，很多产品都是越做越小，而且电池供电的场合也比较常见，对电源的效率就提出了比较苛刻的要求。

对于Buck电路来说，以往使用二极管作为续流的器件应用比较多，但是因为二极管压降太大的原因，越来越少见，而用MOS管作为续流器件的集成芯片或者应用方案是越来越常见。

因此，就催生了两种不同形式的Buck拓扑——同步和非同步……

为什么有些Buck电路没有自举电容？

读完这两篇，相信你对自举电容的工作原理已经有了大概的认识。但是细心的小伙伴又提到有些DC-DC没有Cboot，没有BST，并且给出了原因，可谓是简洁明了，一语中的！这位小伙伴前面对BST电容的解释也颇为干练，绝对是一位资深硬件开发工程师。

1、一个问题

既然上面已经提到这个问题，我也来说说自己的理解。照例，先抛出来一个问题：“为什么有些Buck电路没有自举电容？”。这个问题问得比较细。为啥不说是面试题，因为技术面基本不会问这么细。

2、实际案例

为了方便大家能更清晰的理解，我们以实际芯片作为分析对象。还是那句话：咱不整那虚头巴脑的，咱用事实说话！

SY8893，2.5~5.5Vin，3A，fsw=1.2MHz，Iq=50uA，Sync Buck。参数交代完后，咱看下推荐电路，如下图所示。

确实有些Buck芯片 没有自举电容Cboot，没有BST 引脚……

审核编辑：汤梓红