一文理解自舉電路原理

自舉電路可以增加輸入阻抗，你知道嗎？

1 輸入阻抗的計(jì)算方法

我們從最簡單的電路開始一點(diǎn)一點(diǎn)分析，先定義一下輸入阻抗的計(jì)算過程。我們可以粗略的把負(fù)載作為一個(gè)黑盒子來對待，所謂的輸入阻抗，就是計(jì)算輸入到這個(gè)黑盒子的電壓與電流的比值，比如下圖，輸入阻抗R=Vin/Iin。

2 從最簡單的射極跟隨器說起

下圖是一個(gè)射極跟隨器，就是輸出Vo=Vin（暫時(shí)不考慮三極管B極和E極之間的壓降）。

那么它的輸入阻抗是多少呢？

假設(shè)基極B有一個(gè)變換量△Vb，則在發(fā)射極E也有一個(gè)相應(yīng)的變換量△Ve，而且二者接近相等……

自舉電路中的自舉電容如何計(jì)算取值

在電子電路中，具有動態(tài)特性的器件往往是我們難以理解和掌握的，典型的動態(tài)特性器件如電感和電容，往往在電路中電感和電容賦予一定大小等屬性，我們總要問為什么取這個(gè)值？而隨著疑問的解決，我們對這類器件會有更加深刻的認(rèn)識，本次我們還是通過自舉電路來認(rèn)識自舉電容的取值依據(jù)，我們可以了解到這個(gè)電容也不是隨便取值，它包含了一個(gè)簡單的計(jì)算原理，而這個(gè)原理我們早在初級物理中已經(jīng)接觸到了。

這里我們強(qiáng)調(diào)一下動態(tài)器件的意義，這就是說只有變化量才能感知這個(gè)器件的存在意義，如電感是電流變化（di/dt）而存在的器件，電容則是電壓變化（dv/dt）而存在的器件。

再看看自舉電路，我們從上篇已經(jīng)了解了其工作原理，那就是這種電路是專門為驅(qū)動半橋中的浮動管或上管而設(shè)置的，小功率幾瓦到幾百瓦的DC-DC應(yīng)用中極為廣泛，這里為什么會強(qiáng)調(diào)功率范圍呢？其緣由是隨著功率的增大，選用的開關(guān)管需要的驅(qū)動功率急劇增大，自舉驅(qū)動會顯得無能為力了，進(jìn)而只能采用各自專門的隔離電源去驅(qū)動了，這個(gè)上篇中已提到過，如下圖是Buck電路，C1是自舉電容

集成自舉電路內(nèi)部原理，其和外部自舉的原理是相同的

我們再看看自舉電容如何取值?計(jì)算依據(jù)是什么?很簡單的公式，電荷量、電壓以及電容的關(guān)系……

一文理解自舉電路原理

自舉電路字面意思是自己把自己抬起來的電路，是利用自舉升壓電容的升壓電路，是電子電路中常見的電路之一。

我們經(jīng)常在IC外圍器件中看到自舉電容，比如下圖同步降壓轉(zhuǎn)換器（BUCK）電路中，Cboot就是自舉電容。

為什么要用自舉電路呢？這是因?yàn)樵谝恍╇娐分惺褂肕OS搭建橋式電路，對于下管NMOS導(dǎo)通條件很好實(shí)現(xiàn)，柵極G與源極S之間的電壓Vgs超過Vgs(th)后即可導(dǎo)通，Vgs(th)通常比較低，因此很容易實(shí)現(xiàn)。

而對于上管Q1而言，源極S本來就有一定的輸出，要知道，當(dāng)上管導(dǎo)通時(shí)，漏極D和源極S之間的電壓Vds是很小的，如果要想直接驅(qū)動?xùn)艠OG，滿足Vgs>Vgs(th)的條件，則需要在柵極G和地之間加一個(gè)很高的電壓，這個(gè)難以實(shí)現(xiàn)控制。

自舉電路應(yīng)運(yùn)而生。

有了自舉電路，就可以輕松在上管柵極G產(chǎn)生一個(gè)高壓，從而驅(qū)動上管MOS。

具體原理框圖如下：

輸入總電壓VIN經(jīng)過internal regulator后輸出一個(gè)直流低壓V，用于Vboot充電，這個(gè)internal regulator一般是LDO架構(gòu)的電源。

當(dāng)下管Q2導(dǎo)通時(shí)，SW電壓為0，LDO輸出電壓V—>二極管—>自舉電容C1—>下管Q2，通過這條回路對電容進(jìn)行充電，電容兩端兩端電壓約等于V，此時(shí)A點(diǎn)電壓也是V……

一種自舉MOS驅(qū)動電路分析

我們知道，正常情況下，需要通過MOS控制電源通斷時(shí)，通常通過一個(gè)PMOS來控制，如下控制風(fēng)扇電源電路

上圖R105,C168起到緩啟動開啟MOS的作用，F(xiàn)AN-EN控制Q9通斷，拉低時(shí)Vgs＜0V ( Vgs(th)（Max）：1.3V@ 250μA)，PMOS可導(dǎo)通 ,但是有一個(gè)問題，如果通過MOS的不是一個(gè)穩(wěn)定電壓而是一個(gè)震蕩的波形呢？包括帶負(fù)電壓需要通過呢？上圖2號腳為負(fù)電壓，則Vgs不會小于MOS開啟電壓，那如何解決呢？

如下電路可自舉電壓驅(qū)動MOS

在可控12V為懸空時(shí)，S極當(dāng)電壓為正時(shí)，電壓主要通過穩(wěn)壓管ZD1到G極 ，同時(shí)通過R3和R4電阻到G極 Vgs電壓為基本0V，MOS無法開啟；當(dāng)S極電壓為負(fù)時(shí) 電壓主要通過R3和R4給到G極，則Vgs≈0V，因此在12V開啟時(shí)，無論S極電壓正負(fù)Vgs≈0V，MOS無法開啟。

當(dāng)可控12V上電以后 S極為正電壓V0，由于D1和電容C1電荷無法快速泄放，因此G極電壓為V0+12V Vgs＝12V MOS導(dǎo)通；S極電壓為負(fù)電壓-V0時(shí)，12V電壓給C1電容充電，G極電壓為 -V0+12V Vgs＝12V MOS導(dǎo)通。

小結(jié)：只要控制12V開關(guān)，即可控制NMOS Q1的通斷

如下圖為測試波形，實(shí)現(xiàn)了開啟電壓的自舉，保證MOS時(shí)刻保持開啟狀態(tài)

下圖黃色為G極，綠色為S極……

自舉電容充電回路分析

這篇文章想分享工作中經(jīng)常會遇到一個(gè)問題：自舉電容的充電回路。

自舉電容很早就遇到過，但是沒有深入的去分析，僅僅是停留在怎么用的程度。前幾天找了一些資料看了看，趁著放假的時(shí)間，總結(jié)一下。

整體的框架如下。

1.初識自舉電容

說到自舉電容，其實(shí)我接觸這個(gè)名字非常早。在大三上學(xué)期的寒假就使用到了自舉電容。

那時(shí)候是要做一個(gè)太陽能路燈控制器的項(xiàng)目。由于需要高效率降壓拓?fù)?，我們就使用了同步降壓DC-DC來做，用的是分離式，大功率的MOS管，自己外加驅(qū)動電路。

相比現(xiàn)在內(nèi)部集成控制器的DC-DC來說，我那個(gè)時(shí)候做的功率算大的了。電流達(dá)到10~15A，雖然用的早，但是思考的并不多。

這個(gè)項(xiàng)目做完以后，我對自舉電容的理解有兩點(diǎn)：

（1）驅(qū)動上管時(shí)要使用自舉電容，且要加二極管，防止電壓舉上來以后，反向充電到VCC；

（2）自舉電容在下管開通的時(shí)候，對其充電；在上管開通的時(shí)候，需要放電；

就是這兩點(diǎn)的理解，在后面的無論是面試還是工作過程中，只要是問到自舉電容的作用，我都是這么答。因此，我也未做更多的思考，一直延續(xù)到工作中都是這樣理解自舉電容。

2. 同步和非同步拓?fù)?/p>

現(xiàn)在無論是消費(fèi)電子，汽車電子，智能穿戴設(shè)備，很多產(chǎn)品都是越做越小，而且電池供電的場合也比較常見，對電源的效率就提出了比較苛刻的要求。

對于Buck電路來說，以往使用二極管作為續(xù)流的器件應(yīng)用比較多，但是因?yàn)槎O管壓降太大的原因，越來越少見，而用MOS管作為續(xù)流器件的集成芯片或者應(yīng)用方案是越來越常見。

因此，就催生了兩種不同形式的Buck拓?fù)洹胶头峭健?/p>

為什么有些Buck電路沒有自舉電容？

讀完這兩篇，相信你對自舉電容的工作原理已經(jīng)有了大概的認(rèn)識。但是細(xì)心的小伙伴又提到有些DC-DC沒有Cboot，沒有BST，并且給出了原因，可謂是簡潔明了，一語中的！這位小伙伴前面對BST電容的解釋也頗為干練，絕對是一位資深硬件開發(fā)工程師。

1、一個(gè)問題

既然上面已經(jīng)提到這個(gè)問題，我也來說說自己的理解。照例，先拋出來一個(gè)問題：“為什么有些Buck電路沒有自舉電容？”。這個(gè)問題問得比較細(xì)。為啥不說是面試題，因?yàn)榧夹g(shù)面基本不會問這么細(xì)。

2、實(shí)際案例

為了方便大家能更清晰的理解，我們以實(shí)際芯片作為分析對象。還是那句話：咱不整那虛頭巴腦的，咱用事實(shí)說話！

SY8893，2.5~5.5Vin，3A，fsw=1.2MHz，Iq=50uA，Sync Buck。參數(shù)交代完后，咱看下推薦電路，如下圖所示。

確實(shí)有些Buck芯片 沒有自舉電容Cboot，沒有BST 引腳……

審核編輯：湯梓紅