自舉電路的工作原理和經典應用

自舉電容的核心原理是：電容兩端電壓不能突變。

從這句話中，我們可以獲取到兩個關鍵字：兩端電壓、不能突變。

兩端電壓指的是電容一邊相對另一邊的電壓，我們知道電壓本身就是個參考值(一般認定參考GND，認定GND點平為0V)。

不能突變則指電容兩端電壓變化時，必然需要1個大于0s的時間。根據電容的公式I=C*dU/dt，得知，dU/dt=I/C，故電容兩端電壓從0升到VDD時，取決于電流和電容的比值。容值一定時，電流越大，電壓上升的越快。電流一定時，容值越小，電壓上升的越快。

簡單的自舉電容模型?

假如，只有個6V的電源，但是我們想輸出12V的電壓，相對簡單的方法就是應用自舉電路，如下圖中的電路，(認為器件均為理想模型)，二極管D1和電容C1就構建了自舉電路。

1.A狀態(tài)為默認狀態(tài)，此時開關A閉合，開關B斷開，Q1導通，C1負極與地導通，電流從電源VDD出發(fā)，通過D1，經過C1，經過Q1，再流回電源VDD。達到穩(wěn)態(tài)后，電容上端對地電壓為6V，下端對地電壓為0V。

2.當開關B閉合，開關A斷開，Q1截止，電容下端電壓與電源正極直連，此時電容下端對地電壓等于電源正極對地電壓，為6V。由于電容兩端電壓不能突變，電容上端相對電容下端，電壓為6V，電容下端相對地，電壓為6V。所以電容下端相對地，電壓成了12V。由于D1的反向截止作用，使得電容上端對地電壓可以保持在12V。

實際的模型中，由于反向二極管和MOS管均存在微弱的漏電，自舉電路需要不斷切換狀態(tài)來對自舉電容充放電，來保證電壓被長時間抬起來。且自舉電路的供電能力取決于自舉電容的大小。

自舉電路的經典應用

在很多Buck或者Boost電源芯片的手冊中，我們都能看到自舉電容的應用。我們打開TI廠家的BQ25895充電芯片(內含Buck)的器件手冊，如下，紅色框框中47nF電容即為自舉電容。

繼續(xù)往后看，打開BQ25895的內部框圖，就可以看到芯片內部的自舉電路設計。如圖中，假設VBUS為5V，VREGN為電源輸出，輸出電壓小于5V，Q2和Q3導通條件為VGS > 4V。

首先你要明白，高電壓很容易產生低電壓(比如電阻分壓)，但是低電壓產生高電壓就需要額外的措施。所以下圖中，5V的VBUS輸入可以很容易產生低于5V的VREGN輸出。

那么在下圖中，我們可以看到，對于Q3而言，S極接地，G極電壓直接由VREGN驅動，VREGN可以輕易產生小于5V的電壓在Q3的G極和S極，所以Q3很容易導通。

而對于Q2而言，由于S極未接地，若要保證Q2導通，則要求Q2的G極電壓必須比S極電壓高4V，才能滿足Q2 VGS>4V的條件。若S極電壓為0V，VREGN可以輕松導通。若S極為5V，則G極電壓必須為9V，而VREGN最大不超過5V，怎么辦呢?

自舉電路的作用就彰顯出來了。

還是如上圖，首先VREGN產生小于5V的電壓，讓Q3導通，同時VREGN通過二極管D，自舉電容C，以及導通的Q2構成對地回路，電容C開始充電，充電完成后，電容兩端電壓幾乎等于VREGN(忽略二極管D的導通壓降)，由于電容C并聯在Q2的G極和S極上，對于Q2來講，VGS兩端電壓同樣可以達到VREGN，從而使得Q2可以導通。