自舉電路的基本原理和實際案例講解

自舉電路又叫升壓電路，是利用二極管，電容，電阻等基礎元器件，根據電容電壓不能突變的特性，將電容的負端電壓抬升，電容的正端因為二極管反向不能放電，從而將電容的正端電壓也抬升，但是電容兩端的壓差不變，從而實現對電容對地電壓成倍的提升

自舉線路通常應用在需要高壓側驅動線路中，比如LLC半橋諧振線路的高壓側驅動，BUCK線路的驅動線路，本文以BUCK線路為例講解一下自舉線路的基本原理和參數選擇，如圖1是一個基礎的BUCK線路，輸入VIN是65V，輸出是24V，其中D1,R1,C1組成了自舉線路

圖1

我們知道MOS導通的條件是GS電壓大于Vgs(th)，一般是2-4V，大部分MOS的S極是采用接GND的方式，那么要想讓MOS打開，給一個大于Vgs(th)就可以了，這個很容易實現，但是按照圖1，BUCK MOS的接法，Q1 MOS的S極是接電感，是一個動點，那要如何實現Q1的GS電壓大于Vgs(th)呢？

首先，我們先了解一下BUCK IC的內部線路，關于Q1 MOS的G極，也就是HG pin，S極也就是LX pin,還有BOOT pin的示意圖如圖2

圖2

當3pin的PWM信號為高電平的時候，運放輸出為高，運放的供電VCC其實就是BOOT pin，遠放的GND電壓其實就是LX電壓，那么HG的輸出電壓其約等于BOOT電壓。如果能保證BOOT-LX的電壓大于MOS的Vgs(th)電壓，MOS就能導通，BOOT-LX的電壓也就是外部C1的電壓，搞清楚了這個，就變成了如何設計使C1電壓大于MOS的Vgs(th)電壓。

我們知道BUCK線路架構，當MOS導通的時候，電感電流上升，MOS關斷的時候，電感電流通過續流二極管下降；在圖1的線路中，當MOS Q1關斷的時候，續流二極管D2導通，此時LX的電壓為D2的壓降，可以近似為零，也就是C1的負端為零，此時VCC（5V）通過D1，R1給C1充電，很快充到5V，當MOS Q1導通的時候，因為MOS的導通電阻很小，MOS的DS壓降近似為零，LX的電壓被提高到VIN電壓，也就是C1的負端被提高到VIN電壓，在這個過程中，C1的正端電壓因為二極管D1的反向無法放電，所以電壓也被抬升，最終C1的壓降還是5V

用示波器抓取波形如圖3，通道1是LX對GND電壓，通道2是BOOT對GND電壓，通道3是用差分探頭測量的C1正端對負端的電壓

圖3

通過波形，可以看出C1兩端的電壓一直是5V穩定的，C1負端LX電壓在抬高的時候，C1正端BOOT電壓一起被抬高；另外通過波形可以看出C1的耐壓不需要選太高，不需要滿足BOOT pin耐壓，一般選擇16V規格就可以；那么D1二極管耐壓呢？通過測試D1波形，如圖4的通道3，是用隔離探頭測試D1兩端電壓的，可以看出最大電壓是65V左右，所以D1的選擇是根據輸入電壓選擇的

圖4

除了耐壓，C1的容值，R1的阻值，D1的型號的選型有沒有什么要求呢？

一般D1是用快管，Trr小于100ns，Vf值適當小一些，以便于yibianyu較高的C1的電壓，另外D1的耐沖擊電流Ifsm要足夠大，以防止第一次給電容充電電流過大損壞二極管，沖擊電流可以用Ifsm=VCC/R1來估算，R1一般根據經驗選擇幾個歐姆，圖1線路選擇1Ω，根據理論計算的Ifsm=5V/1Ω=5A，這里選擇的二極管是30A，Trr是50ns，符合選型要求