BUCK电路中BST与SW之间的电容和电阻的工作原理

BST与SW之间的电容和电阻的工作原理

在DC-DC BUCK芯片的外围电路设计中，我们一般会在BST和SW管脚之间加电容或者电容+电阻组合，这一块的电路叫自举电路，自举电路中的电容、电阻就被称为自举电容、自举电阻。今天为大家讲一讲：MPS的BUCK电路中BST与SW之间的电容和电阻的选取考量。

首先科普一下开关电源中BUCK拓扑的组成架构，分为非同步整流BUCK和同步整流Buck：

非同步整流BUCK的电感续流采用续流二极管进行续流，由于续流二极管上损消耗的能量比较大，因此效率低，但其电路不需要复杂的控制，相对成本也较低；

同步整流BUCK的电感续流则采用下管MOS进行续流，由于导通阻抗低，因此效率相对较高，同时因需要额外的控制电路，相对成本也会高。

随着BUCK电路芯片使用的BCD工艺的不断演进，同步BUCK电路芯片的面积优势越来越明显大，大规模生产的效应带来的成本优势也越来越明显，所以一般都选择同步BUCK。

附加小科普

在过去的10年里，MPS凭借先进的BCD器件工艺和组装/封装技术引领DC/DC市场。比如2005年第一个将2A/3A的BUCK芯片集成在5*6的SOIC8封装里面，2011年，第一个将2A/3A的BUCK芯片集成在3*3的SOT23的封装里面，2015年，第一个将2A/3A的Buck芯片集成在SOT563/SOT583的封装里面。此外，MPS还提供QFN和CSP等不同封装的DCDC。

MPS BCD器件工艺和组装/封装技术发展进程

这是MPS一颗常用同步整流BUCK MPQ8633B的应用电路。那么问题来了，图中BST到SW之间的电阻R和电容C是如何工作的？又到底起到了什么作用呢？

通常来讲，我们将这颗从BUCK芯片BST引脚到SW引脚间的电容取名为自举电容，而将这颗电阻取名为自举电阻。

首先从工作原理入手：如图所示为MPQ8633B的内部框图，高边MOS管和低边MOS管都需要通过Driver进行开关，而它们是需要供电保证驱动正常运转。

其中低边MOS管是共地，所以就用VCC供电即可。而高边MOS管是一个浮地SW，因此需要BST来作为浮地驱动。

然后，我们再来看看它的充电回路：CBST的供电由BST REG提供，IC都会做一个控制逻辑，当BST REG低于某个电压或者起机时，都会让低边L-MOS管导通，SW相当于接地为0，此时就会通过如上红色路径通过RBST对电容CBST进行充电，快速达到BST REG的目标电压。

接下来是放电回路：当关闭低边MOS管，打开高边MOS管时，因为高边Vgs>Vgs(th)，所以这样高边MOS管能打开，随着高边MOS管打开，SW上的电压就会变成VIN。

如果不加这个CBST，就会导致高边MOS管想要打开的时候，此时CBST没有足够的能量会瞬间使得Vgs

而加上CBST之后，利用电容电压不能突变的特性，当SW变成VIN，那CBST上的电压就会升为VIN+3V，此时Vgs会持续大于Vgs(th)，高边MOS管就能完全地打开了。

讲到这里，我们还并未讲述BST中RBST的作用，因为其实很多时候我们仅仅看到了在电路中只加了自举电容，却未看到自举电阻，那么自举电阻到底是否需要呢？

其实在自举电路中，也可以加入BST电阻。BST电阻的作用是SW在高电平时，利用电容两端电压不能突变特性，会将BST脚电压泵至比SW高的电压，维持高边MOSFET的导通状态。而加入了BST电阻，和BST电容就构成了RC充电电路。

BST电阻的大小决定了高边MOSFET的开关速度。一般BST电阻越大，高边MOSFET开的就越慢，这个时候SW上的尖峰就越小，EMI特性就好，但同时又对效率会有一些影响，增加了IC的开关损耗。BST电阻越小，MOSFET开的快，SW上的尖峰就越大，但是效率也有所提升，所以有的时候也会在SW上预留RC对地吸收。

最终我们需要权衡利弊，选取合适合适的自举电阻（Datasheet中有推荐CBST的取值，RBST实际调试进行选择）。

如图所示，这里我们展示了MPQ8633B-H在不同RBST电阻下的效率对比，也验证了前面所说的，RBST越大，IC的开关损耗越大，效率越低。

   

最后，我们对广大工程师朋友们提出BST-SW之间自举电容和自举电阻的Layout的建议：

1、BST电阻、和电容和DCDC芯片放在同一面：

2、将BST电阻、和电容放置于芯片BST与脚和SW管脚之间（尽可能短路径），使用大于>20mil的宽度走线：

   

工程师朋友们，这里就是MPS的同步整流BUCK中自举电路的电容和电阻的工作原理以及Layout建议，如果还有不理解的地方，欢迎各位工程师朋友在文章或视频下方评论留言，我们会有专业工程师为您解答，谢谢大家！