自举电路的工作原理

自举电路的工作原理主要基于电容两端电压不能突变的特性。12

自举电路是一种电子电路，常见于需要高电压驱动的电路中，如MOS管和功率放大器。自举电路的核心组成部分包括一个电容和一个二极管，工作时，电路通过开关控制电容的充电和放电过程。当开关闭合时，电容充电，电压升高;当开关断开时，电容通过二极管放电，电压降低，但不会低于电源电压。这样，通过周期性地充电和放电，电容上的电压可以维持在一个高于输入电压的水平，从而为上一级电路提供所需的驱动电压。23456

自举电路不仅用于提高电压，还用于稳定电压，尤其是在开关电源和功率放大器等应用中，自举电路能够提高输出电压，使其达到或超过电源电压，从而满足高压驱动的需求

自举电路(Bootstrap Circuit)是一种广泛应用于电子和电力系统中的重要电路，尤其在需要提高输入信号电平以控制高侧开关时扮演关键角色。‘自举’这一术语源于“引导自己上升”的意思，在电路中，它通过储能元件将电压升高至高于输入电压的值。这种电路常见于功率MOSFET或IGBT的驱动电路中。

在所示的自举电路中，只需一个15至18伏的电源便可为逆变器的驱动级提供所需能量。在此配置中，所有的半桥低端IGBT都直接与该电源连接。而半桥高端IGBT的驱动器则通过自举电阻Rboot和自举二极管VF与电源Vb相连。每个驱动器配备一个自举电容Cboot，用于电压缓冲。

当低端开关S2激活，源电压Vs降至电源电压Vcc以下时，电流通过自举二极管和自举电阻Rboot向自举电容Cboot充电，从而在其两端形成悬浮电压Vbs。这个悬浮电压支持高端输出HO相对于Vs的切换。在高端开关S1操作期间，如果Vs达到高电平，自举二极管会反向偏置，使悬浮电压Vbs与电源Vcc隔离。

自举电路的一个典型应用是在电源转换器中，用于提供比输入电压更高的驱动电压，以确保MOSFET等开关器件能够充分导通。这在高效能电源设计中尤为重要，因为即使是微小的传导损失也可能大幅影响整个系统的效率。

在设计自举电路时，对电容和二极管的选型非常重要。自举电容需要具有足够的容量来储存所需的能量，并且其耐压要高于工作电压。自举二极管则需要有足够快的恢复速度，以应对高速开关操作，同时还应具备足够的电流承受能力。

此外，自举电路在某些情况下可能受到电荷泄漏或电容放电的影响，因此在要求持续稳定输出的应用中，可能需要采用额外的电路措施来维持电容的充电状态，如使用低压差稳压器(LDO)来保持电容充电电压的稳定。

我们知道，MOS管是电压驱动型器件。当G极大于S极至少一个Vth时，MOS管才会导通。我们来看下面这个电路：

这里的G极是12V，但由于电阻R7流过电流时存在压降，导致G极被抬高。

一般不是低压MOS的情况下，datasheet的驱动电压用10V或者12V，在上图电路中我们将驱动电压设为G-S= 12-8.42=3.58V，3.5V同样能实现导通，但是导通电阻会很大，导致MOS管发热。

这时候，自举电容电路的用处就来啦。

首先简单解释下自举电容电路

自举，是指通过开关电源MOS管(这里指上管)和电容组成的升压电路，一般通过电源对电容充电，使其电压高于Vin。

最简单的自举电路由一个电容构成，为了防止升高后的电压，会回灌到原始的输入电压，通常会加一个二极管。

它的优势在于利用电容两端电压不能突变的特性来升高电压。

那么在刚刚上述的电路问题中，我们就可以用自举电容的方法来解决。

我们来看下面这个自举电路

-电容的左端为VB，即Vboost，电容的右端为VS浮地;

-C3则为自举电容;

-M为感性负载，电流向右续流。

MOS管Q开通

假设此时的自举电容C3已经充满电，为14V。

当PWM为1时，Q1实现导通，C端的电压为低，接着Q2的B端电压也为低，Q2导通;

这时Q2的E端电压为14V，经过Q2、D2、R4以后MOS管G端大概为12V，Q管(MOS)导通。在这里我们可以得知，自举电源的电压需要比MOS管驱动电压高约2V。

此后Q3的B端电压高于E端，Q3则关断。

Q管导通以后，VM(电机M为感性负载)直接施加在Q管的S端，由于S端与电容的右端相连，自举电容C3右端被抬高，大概在24V。

这时 电容两端的电压无法突变，电容左边的电压同样被抬高，此时14V+24V=38V。

随后，38V电压经过Q2、D2、R4持续给Q管的G端供电。

最后便达到了Q管的S端和G端被同时抬高至24V，且Vgs=12V。

接着我们来说MOS管Q关断的情况：

当PWM变为0时，Q1断开，Q2的BE没有了电流路径，Q2就会断开。这时自举电容的泄Vgs=0，Q管则关闭。

电机M(感性负载)电流向右续流，电流通过Q管的体二极管进行续流，此时C3电容右端电压为-0.7V，无法起到升压作用。二极管D1导通，14V电源通过D1给C3电容充电，充电完成。

接着PWM从0切换为1继续循环步骤。