細(xì)說Buck的Boot電容（自舉電容）

Buck電路需要控制“上管”打開，此時(shí)上管的S極為輸入電壓Vin，Buck控制器需要得到高出Vin的電壓，通過自舉電路升壓得到，比Vin高的電壓，實(shí)現(xiàn)這種自己把自己電壓舉高的主要依賴一個(gè)電容，這個(gè)電容我們就把它稱之為“自舉電容”。

自舉是指通過開關(guān)電源MOS管(上管)和電容組成的升壓電路,通過電源對(duì)電容充電致其電壓高于Vin。最簡(jiǎn)單的自舉電路由一個(gè)電容構(gòu)成，為了防止升高后的電壓回灌到原始的輸入電壓，會(huì)加一個(gè)二極管。自舉的好處在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來升高電壓。舉個(gè)例子來說，如圖5.24所示，如果在MOS的G極與S極間接入一個(gè)小電容，在MOS未導(dǎo)通時(shí)給電容充電，在MOS導(dǎo)通，S極電壓升高后，自動(dòng)將上面驅(qū)動(dòng)器的供電電壓電壓升高，這樣驅(qū)動(dòng)器的輸出電壓也隨之而升高，連接到上管的G極。這樣上管的G極產(chǎn)生高壓，使得G極和S極之間有足夠的壓差Vgs，便可使上管MOS保持繼續(xù)導(dǎo)通。

圖5.24 Boot電容工作原理

對(duì)于MOSFET，導(dǎo)通的條件是柵-源極(G極和S極)之間的電壓(Vgs)大于某個(gè)閾值，當(dāng)G極和S極之間電壓大于這個(gè)閾值之后MOSFET就開始導(dǎo)通。如圖5.25所示，對(duì)于低端的管子Q2，由于其源極接地，所以當(dāng)要求Q2導(dǎo)通時(shí)，只要在Q2的柵極加個(gè)一定的電壓即可;但是，對(duì)于高端的管子Q1，由于其源極的電壓Vs是浮動(dòng)的，則不好在其柵極上施加電壓以使Q1的Vgs滿足導(dǎo)通條件。試想，理想下，Q2的導(dǎo)通電阻為0，即導(dǎo)通時(shí)，Q2的Vds為0，則Vs≈Vd，則要求Q2的柵極電壓Vg大于Vs。又由于Vd的電壓約等于Vs的電壓，Vd電壓就是Vin，所以在電路中需要產(chǎn)生一個(gè)高于輸入電壓的電壓值。

如果想驅(qū)動(dòng)上管，需要使用一些方法產(chǎn)生高壓，例如變壓器、升壓電路、電感等。自舉電容電路驅(qū)動(dòng)IC具有簡(jiǎn)單、實(shí)用的特點(diǎn)，目前被廣泛地使用。下面簡(jiǎn)要地描述Boot電容的自舉的工作過程，目的是理清自舉的工作原理，更合理地設(shè)計(jì)電路、布局布線和器件選型。

1. 電路簡(jiǎn)圖

如圖5.26所示 ，這電路并不陌生，二極管D1和電容C1分別被稱為自舉二極管和自舉電容，有些IC把自舉二極管集成到IC內(nèi)部。

2. 充電過程

可以理解，IC為了防止直通，會(huì)禁止同時(shí)上下管導(dǎo)通。如圖5.26是下管導(dǎo)通電流流向的示意圖。

圖5.26 下管導(dǎo)通的電流流向

如上圖所示，上管關(guān)閉，而下管開啟，這時(shí)泵二極管D1和自舉電容C1組成充電回路。由上圖可以得到，輸入電源Vin經(jīng)過二極管、自舉電容、再經(jīng)過下管、再到地(電源負(fù)極)，它們組成回路，對(duì)電容進(jìn)行充電，使電容兩邊的電壓為Vin 。

3. 放電過程

這時(shí)再分析下管關(guān)閉的情況，如下圖5.27所示：

圖5.27 下管關(guān)閉，上管打開過程對(duì)Boot電容充電

由于下管關(guān)閉，上文所述的回路被截?cái)?，泵二極管處于反向截止。由于上管開啟，所以Vg = VcBoot + Vs。我們認(rèn)為驅(qū)動(dòng)器輸出的電壓值近似為其供電電壓VcBoot，即：Boot電容兩端的電壓。

電容會(huì)保持電壓變化連續(xù)，Vc電壓會(huì)隨著放電慢慢變小，不會(huì)突變。由于充電過程中，電容已被充電，所以Vc的電壓大概為Vin。即上管的Vgs= Vin。這個(gè)電壓足夠開啟上管的MOSFET。

至此，已完成一個(gè)PWM周期內(nèi)，自舉電路的工作過程，可以理解為自舉電容的充放電過程。

審核編輯：湯梓紅