自举电路的基本原理和实际案例讲解

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     自举电路又叫升压电路，是利用二极管，电容，电阻等基础元器件，根据电容电压不能突变的特性，将电容的负端电压抬升，电容的正端因为二极管反向不能放电，从而将电容的正端电压也抬升，但是电容两端的压差不变，从而实现对电容对地电压成倍的提升

    自举线路通常应用在需要高压侧驱动线路中，比如LLC半桥谐振线路的高压侧驱动，BUCK线路的驱动线路，本文以BUCK线路为例讲解一下自举线路的基本原理和参数选择，如图1是一个基础的BUCK线路，输入VIN是65V，输出是24V，

其中D1,R1,C1组成了自举线路

图1

    我们知道MOS导通的条件是GS电压大于Vgs(th)，一般是2-4V，大部分MOS的S极是采用接GND的方式，那么要想让MOS打开，给一个大于Vgs(th)就可以了，这个很容易实现，但是按照图1，BUCK MOS的接法，Q1 MOS的S极是接电感，是一个动点，那要如何实现Q1的GS电压大于Vgs(th)呢？

    首先，我们先了解一下BUCK IC的内部线路，关于Q1 MOS的G极，也就是HG pin，S极也就是LX pin,还有BOOT pin的示意图如图2

图2

    当3pin的PWM信号为高电平的时候，运放输出为高，运放的供电VCC其实就是BOOT pin，远放的GND电压其实就是LX电压，那么HG的输出电压其约等于BOOT电压。如果能保证BOOT-LX的电压大于MOS的Vgs(th)电压，MOS就能导通，BOOT-LX的电压也就是外部C1的电压，搞清楚了这个，就变成了如何设计使C1电压大于MOS的Vgs(th)电压。

     我们知道BUCK线路架构，当MOS导通的时候，电感电流上升，MOS关断的时候，电感电流通过续流二极管下降；在图1的线路中，当MOS Q1关断的时候，续流二极管D2导通，此时LX的电压为D2的压降，可以近似为零，也就是C1的负端为零，此时VCC（5V）通过D1，R1给C1充电，很快充到5V，当MOS Q1导通的时候，因为MOS的导通电阻很小，MOS的DS压降近似为零，LX的电压被提高到VIN电压，也就是C1的负端被提高到VIN电压，在这个过程中，C1的正端电压因为二极管D1的反向无法放电，所以电压也被抬升，最终C1的压降还是5V

    用示波器抓取波形如图3，通道1是LX对GND电压，通道2是BOOT对GND电压，通道3是用差分探头测量的C1正端对负端的电压

图3

     通过波形，可以看出C1两端的电压一直是5V稳定的，C1负端LX电压在抬高的时候，C1正端BOOT电压一起被抬高；另外通过波形可以看出C1的耐压不需要选太高，不需要满足BOOT pin耐压，一般选择16V规格就可以；那么D1二极管耐压呢？通过测试D1波形，如图4的通道3，是用隔离探头测试D1两端电压的，可以看出最大电压是65V左右，所以D1的选择是根据输入电压选择的

图4

   除了耐压，C1的容值，R1的阻值，D1的型号的选型有没有什么要求呢？

   一般D1是用快管，Trr小于100ns，Vf值适当小一些，以便于yibianyu较高的C1的电压，另外D1的耐冲击电流Ifsm要足够大，以防止第一次给电容充电电流过大损坏二极管，冲击电流可以用Ifsm=VCC/R1来估算，R1一般根据经验选择几个欧姆，图1线路选择1Ω，根据理论计算的Ifsm=5V/1Ω=5A，这里选择的二极管是30A，Trr是50ns，符合选型要求

   C1 BOOT电容的容值选择可以通过CBOOT=Q/∆V计算，其中Q一般用MOS的Qg电容取3-5倍去评估，图1线路选择用MOS规格如下，假设Qg取50nC，希望电容的纹波电压小于150mv，根据理论计算算出C1取334

   实际测量的C1纹波电压如下图通道1，是用交流挡位测试的，峰峰值是260mv，比理论计算的要大一些，但是注意理论计算的只是MOS开的过冲，MOS关断也会对电容的电压造成变化从而影响电压纹波，所有电容电压的纹波是开关频率的2倍，通道3是MOS的驱动波形，可以看出C1电容电压纹波的频率是开关频率的2倍

  关于自举电路的介绍只是自己的一些理解，有错误地方欢迎指出

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