異步Buck電路自舉電容的工作原理和組成

前兩天，有小伙伴在群里問Buck電路的自舉電容，讓講一講。誰知道，腦門一熱就答應了……既然牛皮已吹出去了，就算跪著也要寫出來！如有不對或不夠深入，還請包涵。

一道面試題

照例，先拋出來一道面試題：“Buck電路的SW引腳通常會放置一顆小電容，這顆電容有什么用？”。這個問題問得比較細，非常考驗被面試者的硬件基本功。

似懂非懂的答案

有小伙伴可能不太清楚這顆電容的作用，回答不上來。也有小伙伴脫口而出：自舉電容，用來做升壓的。但后面好像說不出來具體邏輯。

沒具體了解過，答不上來，也沒啥可惜的。但是了解過一點，但又似懂非懂的這種，給出的答案只是輕輕點水或者千篇一律，那無疑是錯過了一個加分項。

異步Buck的自舉環(huán)路組成

既然是針對Buck電路講自舉電容，前面我們聊過Buck電路有異步和同步之分，想必大家對這個已經很熟悉。我們就先聊聊異步Buck的自舉電容，為了更有說服力，就以TI的LMR16006為例。

上圖為芯片的典型應用拓撲，Cboot就是我們說的自舉電容。為了能清楚的理解自舉電容的原理，我們需要深入到Buck芯片內部，去看個究竟。

上圖即為異步Buck芯片LMR16006的內部架構。今天我們主要介紹跟Cboot相關的部分，其他的不做展開。

①Q1：NMOS管，是異步Buck電路的開關管；

②HS Driver：Q1的g極驅動電路；

③Q2：NMOS管，用于給Cboot電容充電提供回路；

④兩個單向二極管，必要時及時截止，阻止不必要的通路；

⑤VCC：Bootstrap Regulator(自舉調整器，翻譯得可能不一定恰當)，用于從Vin取電并給MOS管高邊驅動HS Driver提供偏置電壓。

LMR16006的Datasheet上并沒有明確給出該Bootstrap Regulator的電壓值，只是說低于3V會進入UVLO(Undervoltage lockout thresholds)狀態(tài)。

Cboot充電回路

如下圖所示，當高邊MOS管Q1關斷時，異步Buck電路的電流回路，如綠色箭頭所示。這個想必大家都已經熟悉了。

在電感泄放能量的同時，Cboot也開始充電，充電的回路正如上圖紅色箭頭所示：Vin-->VCC-->D-->Cboot-->Q2-->GND。這里我們忽略二極管D1的導通壓降，就認為A點的點位約等于0電平。B點的防反二極管導通壓降也忽略，那么，Cboot充電完成后的電壓約等于VCC。

簡單概括：Cboot充/電感放，各走各路！

注意：由于Q2上端有二極管的存在，不會給電感泄放提供第二個回路，所以不會影響電感的正常泄放。

浮地驅動

當電感儲存的能量泄放完，D1反向截止，而HS Driver要驅動高邊MOS管Q1導通時，細心的你會發(fā)現(xiàn)：Q2的S極直接接地，G極只要輸出高電平(>Vth)，Mos管Q2即可導通。而Q1的S極是接在SW(即A點)上，D1已反向截止，Q2也關斷，這樣就沒了回路，我們可以認為Q1是懸浮在半空中。只是單純的讓G極輸出高電平，并不能讓Q1導通。

正是由于Cboot的存在，而且并聯(lián)在HS Driver電源兩端，電壓剛好約等于VCC。這里強調下：Cboot是并聯(lián)在HS Driver的電源兩端(V+/V-)，并不是直接并聯(lián)在MOS管的G和S兩端。但HS Driver和MOS是共"參考點"(實際是V-，即A點電位)。

正是Cboot，將原本懸浮的HS Driver的兩個電源端V+/V-之間建立了(電位差)聯(lián)系。這個電位差剛好是VCC。

當邏輯控制單元給HS Driver輸入高電平時，HS Drvier立即輸出高電平(相對V-，即A點電位而言)，驅動高邊MOS管的G極。此時，MOS管的Vgs剛好就是Cboot兩端的電壓(約等于VCC)，Vgs>Vth，Q1導通。

簡單概括：浮地要驅動，就要加自舉。

不突變與能持久

Q1導通后，A點電位突變?yōu)閂IN，及V-電位變成VIN（遠遠高于VCC電壓）。如果V+依舊保持VCC的電位，那Q1恐怕要被迫關閉了！正是由于Cboot的存在，Cboot電容兩端電壓差不能突變，B點電位變?yōu)閂IN+VCC。這樣對Cboot而言，電壓差依然是VCC。對HS Drvier而言，以A點電位為參考，輸出高電平時，Vgs依然是VCC，大于Vth，可以讓Q1持續(xù)導通。

簡單概況：電壓不突變，導通能持久。

總結

聊到這里，今天想說的也差不多了，我們大概清楚了異步Buck的自舉環(huán)路組成、Cboot的充電回路、浮地驅動方式以及上管持續(xù)導通的原因。

為了便于理解，概括三句話：

充電回路：電容充/電感放，各走各路！

浮地驅動：浮地要驅動，就要加自舉！

持續(xù)導通：電壓不突變，導通能持久！

以上所述，部分內容涉及個人理解，如有覺得不妥，歡迎留言討論。

來源： 本文轉載自硬件微講堂公眾號

審核編輯：湯梓紅