5.10 自舉電路（Bootstrap Circuit）

在直流開(kāi)關(guān)電源電路中，通常使用的兩種高邊開(kāi)關(guān)管N-MOSFET自舉方法是：二極管&電容自舉電路（Diode and Capacitor Bootstrap Circuit）和電荷泵自舉電路（Charge Pump Circuit）。

本章節(jié)先解釋為何需要自舉電路，再解釋二極管&電容自舉電路的原理，進(jìn)而給出二極管和電容選型的耐壓值和過(guò)流值依據(jù)等。

5.10.1 開(kāi)關(guān)電源為何需要自舉電路？

理論上，無(wú)論是在開(kāi)關(guān)電源控制器電路還是開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器電路中，高邊開(kāi)關(guān)管使用P-MOSFET和N-MOSFET都是可以的。

我們知道，電源轉(zhuǎn)換器芯片設(shè)計(jì)中，在晶圓面積相同的情況下，N-MOSFET的導(dǎo)通電阻 R_(DS(ON)) 會(huì)比P-MOSFET更小，也就意味著導(dǎo)通功率損耗平均值 I_OUT^2×R_(DS(ON)) 也會(huì)更小（參考“3.4.3.1 導(dǎo)通損耗（Conduction Loss）”章節(jié)公式(3.302)）。

在過(guò)流能力相同的情況下，P-MOSFET占用的晶圓面積更大，寄生電容也就越大。

所以，為了降低高邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通功率損耗（提升電源轉(zhuǎn)換效率）和占用的晶圓面積，現(xiàn)在開(kāi)關(guān)電源轉(zhuǎn)換器電路的高邊開(kāi)關(guān)管基本都是使用N-MOSFET類型（圖5.33(a)形式，而不是(b)形式）。

而且，為了熱量平衡，同步降壓轉(zhuǎn)換器芯片中低邊N-MOSFET的導(dǎo)通電阻都會(huì)比高邊N-MOSFET更小。

(a)無(wú)須自舉式電路的Pch＋Nch構(gòu)造   (b)利用自舉式電路的Nch＋Nch構(gòu)造

圖 5.33 無(wú)需自舉和需要自舉的降壓轉(zhuǎn)換器簡(jiǎn)化電路

我們知道，N溝道MOSFET導(dǎo)通的條件是，柵源電壓 V_GS 要大于柵極閾值電壓 V_(GS(TH)) 。

但是，如圖5.33(b)所示，當(dāng)?shù)瓦匩-MOSFET已經(jīng)關(guān)閉，再經(jīng)過(guò)一定的死區(qū)時(shí)間，需要打開(kāi)高邊N-MOSFET時(shí)，高邊N-MOSFET的源極（也就是開(kāi)關(guān)電源電路的開(kāi)關(guān)節(jié)點(diǎn)SW或LX）是浮地的，若不采用自舉技術(shù)，使其柵極驅(qū)動(dòng)電壓高于源極電壓至少 V_(GS(TH)) 以上，就無(wú)法使高邊N-MOSFET導(dǎo)通。

為了降低高邊開(kāi)關(guān)管的導(dǎo)通功率損耗，需要將高邊開(kāi)關(guān)管從P-MOSFET更換為N-MOSFET。高邊開(kāi)關(guān)管使用N-MOSFET，就必須使用自舉電路才能使其導(dǎo)通。

這就是降壓開(kāi)關(guān)電源電路需要自舉電路（Bootstrap Circuit）的原因。

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