一文了解BUCK电路自举电容

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目录

一、自举电容的作用

二、自举电容的工作原理/过程

三、自举电容选型

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本周的笔记是关于BUCK电路中自举电容的工作原理与作用、选型应用方面相关的。

在BUCK电路设计中，一般在CB(BST)和SW管脚之间会放置一颗0.1uF的陶瓷电容Cboot，这颗电容被叫做自举电容；

有的设计中BST和SW之间串接的是一颗电阻和一颗电容，他们分别被叫做自举电阻、自举电容。

LV2862 Simplified Schematic

一、自举电容的作用

CT2600 Step-down DCDC Converter S规格书中有如下说明：

BST Pin用于高侧功率MOSFET栅极驱动器的电源偏置；

将0.1uF电容从BOOT引脚连接到SW引脚；SW电压低时，自举电容器充电。

LV2862规格书中有如下说明：

开关FET栅极偏置电压。Cboot电容连接在CB和SW之间。

LV2862内部有启动调节器，

需要CB和SW引脚之间的小陶瓷电容器为高侧MOSFET提供栅极驱动电压。

当高侧MOSFET关断并且低侧二极管导通时，Cboot电容被刷新。

自举电容的作用总结

自举电容连接在CB和SW引脚之间； 用于驱动高侧MOS管的栅极；在高侧MOS管关断并且低侧二极管导通时，自举电容被刷新(充电)。

为充分理解自举电容的作用原理，需要深入到Buck芯片内部去探究。

二、自举电容的工作原理/过程

LV2862的功能拓扑框图如下，其中

Q1：Buck电路的高侧NMOS开关管；

HS Driver：高侧MOSFET Q1的栅极驱动电路；

Q2：NMOS管，用于刷新Cboot电容，提供充电回路。

1、Cboot电容充电

当高侧MOS管Q1关断并且低侧二极管导通时，Cboot电容开始充电；

Cboot电容充电回路，以及此时Buck中电感的放电回路如下图

当MOS管Q1关断，Q2导通时，由储能电感L1放电为负载提供能量，如上图蓝色回路；

同时，自举电容Cboot开始充电，充电回路如上图红色回路，忽略Q2、二极管的导通压降，Cboot完成充电后的电压可认为是自举调整器（Bootstrap Regulator）的输出电压VBR。

2、驱动高侧MOS管Q1导通

储能电感L1放电到一定程度时，二极管D1反向截止，

此时需要用HS Driver驱动高侧MOS管Q1导通，同时Q2关断。

假设没有自举电容Cboot，Q1的S极没有与GND连接，是浮空的，栅极输出高电平时Q1也无法导通；

当引入Cboot后，从图中可以看出Cboot并联在HS Driver电源两侧，HS Driver和高侧MOS管Q1共参考点B。

当HS Driver前端的Logic&PWM Latch模块控制HS Driver输出高电平(相对于参考点B为高)时，

MOS管Q1的栅源极电压Vgs为Cboot两端的电压，其值大约为VBR，Vgs(VBR) >Vth，MOS管Q1导通。

当高侧MOS管Q1导通，Q2关断时，由VIN为负载提供能量、对电感L1充电储能，如下图蓝色回路；

3、关于自举电压（Bootstrap Voltage）

当Buck芯片在高占空比或极轻负载下工作时，自举电容可能在相当长的时间内不会再充电；

自举电容两端的电压会到下降不足以驱动高侧MOSFET完全导通。

当自举电容两端的电压降至3.0V(LV2862)以下时，BOOT UVLO起作用；

该Buck芯片强制集成在其内部低侧的MOSFET（即Q2）周期性地导通，给自举电容充电，提升自举电容两端的电压，从而保证该Buck芯片在宽占空比范围内的操作。

可以理解为，

只要BOOT引脚到SW引脚的电压高于BOOT UVLO阈值，高侧MOSFET Q1就保持导通；

当BOOT到SW的电压降至3.0V以下时，高侧MOSFET Q1截止，低侧MOSFET Q2导通，以周期性地对自举电容充电。

以上为LV2862、SCT2600规格书中关于自举电压（Bootstrap Voltage）介绍的简述，详细介绍见下图或查阅器件规格书。

三、自举电容选型

自举电容的容值，在原厂规格书的参考设计中一般是直接给出的，通常是0.1uF，耐压需要根据CB to SW的电压差来确定。

LV2862规格书中给出的CB to SW的电压差最大为6V，可以选10V/16V耐压的陶瓷电容

• 自举电阻

自举电阻主要是防止首次对自举电容充电时电流太大，起到限流作用；

自举电阻太大，高侧MOS管开启变慢；

自举电阻太小，高侧MOS管开启过快，会使SW有尖峰，EMI变差。

有些芯片的规格书中会明确给出自举电阻的计算方式，这里不再赘述，

三炮儿也没对自举电阻进行过具体的计算选型；

很多芯片已经将自举电阻内置，不需要工程师再额外选型。

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