自舉電路的工作原理主要基于電容兩端電壓不能突變的特性。12

自舉電路是一種電子電路，常見于需要高電壓驅(qū)動(dòng)的電路中，如MOS管和功率放大器。自舉電路的核心組成部分包括一個(gè)電容和一個(gè)二極管，工作時(shí)，電路通過開關(guān)控制電容的充電和放電過程。當(dāng)開關(guān)閉合時(shí)，電容充電，電壓升高;當(dāng)開關(guān)斷開時(shí)，電容通過二極管放電，電壓降低，但不會(huì)低于電源電壓。這樣，通過周期性地充電和放電，電容上的電壓可以維持在一個(gè)高于輸入電壓的水平，從而為上一級(jí)電路提供所需的驅(qū)動(dòng)電壓。23456

自舉電路不僅用于提高電壓，還用于穩(wěn)定電壓，尤其是在開關(guān)電源和功率放大器等應(yīng)用中，自舉電路能夠提高輸出電壓，使其達(dá)到或超過電源電壓，從而滿足高壓驅(qū)動(dòng)的需求

自舉電路(Bootstrap Circuit)是一種廣泛應(yīng)用于電子和電力系統(tǒng)中的重要電路，尤其在需要提高輸入信號(hào)電平以控制高側(cè)開關(guān)時(shí)扮演關(guān)鍵角色?！耘e’這一術(shù)語源于“引導(dǎo)自己上升”的意思，在電路中，它通過儲(chǔ)能元件將電壓升高至高于輸入電壓的值。這種電路常見于功率MOSFET或IGBT的驅(qū)動(dòng)電路中。

在所示的自舉電路中，只需一個(gè)15至18伏的電源便可為逆變器的驅(qū)動(dòng)級(jí)提供所需能量。在此配置中，所有的半橋低端IGBT都直接與該電源連接。而半橋高端IGBT的驅(qū)動(dòng)器則通過自舉電阻Rboot和自舉二極管VF與電源Vb相連。每個(gè)驅(qū)動(dòng)器配備一個(gè)自舉電容Cboot，用于電壓緩沖。

當(dāng)?shù)投碎_關(guān)S2激活，源電壓Vs降至電源電壓Vcc以下時(shí)，電流通過自舉二極管和自舉電阻Rboot向自舉電容Cboot充電，從而在其兩端形成懸浮電壓Vbs。這個(gè)懸浮電壓支持高端輸出HO相對(duì)于Vs的切換。在高端開關(guān)S1操作期間，如果Vs達(dá)到高電平，自舉二極管會(huì)反向偏置，使懸浮電壓Vbs與電源Vcc隔離。

自舉電路的一個(gè)典型應(yīng)用是在電源轉(zhuǎn)換器中，用于提供比輸入電壓更高的驅(qū)動(dòng)電壓，以確保MOSFET等開關(guān)器件能夠充分導(dǎo)通。這在高效能電源設(shè)計(jì)中尤為重要，因?yàn)榧词故俏⑿〉膫鲗?dǎo)損失也可能大幅影響整個(gè)系統(tǒng)的效率。

在設(shè)計(jì)自舉電路時(shí)，對(duì)電容和二極管的選型非常重要。自舉電容需要具有足夠的容量來儲(chǔ)存所需的能量，并且其耐壓要高于工作電壓。自舉二極管則需要有足夠快的恢復(fù)速度，以應(yīng)對(duì)高速開關(guān)操作，同時(shí)還應(yīng)具備足夠的電流承受能力。

此外，自舉電路在某些情況下可能受到電荷泄漏或電容放電的影響，因此在要求持續(xù)穩(wěn)定輸出的應(yīng)用中，可能需要采用額外的電路措施來維持電容的充電狀態(tài)，如使用低壓差穩(wěn)壓器(LDO)來保持電容充電電壓的穩(wěn)定。

我們知道，MOS管是電壓驅(qū)動(dòng)型器件。當(dāng)G極大于S極至少一個(gè)Vth時(shí)，MOS管才會(huì)導(dǎo)通。我們來看下面這個(gè)電路：

這里的G極是12V，但由于電阻R7流過電流時(shí)存在壓降，導(dǎo)致G極被抬高。

一般不是低壓MOS的情況下，datasheet的驅(qū)動(dòng)電壓用10V或者12V，在上圖電路中我們將驅(qū)動(dòng)電壓設(shè)為G-S= 12-8.42=3.58V，3.5V同樣能實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，但是導(dǎo)通電阻會(huì)很大，導(dǎo)致MOS管發(fā)熱。

這時(shí)候，自舉電容電路的用處就來啦。

首先簡(jiǎn)單解釋下自舉電容電路

自舉，是指通過開關(guān)電源MOS管(這里指上管)和電容組成的升壓電路，一般通過電源對(duì)電容充電，使其電壓高于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，會(huì)回灌到原始的輸入電壓，通常會(huì)加一個(gè)二極管。

它的優(yōu)勢(shì)在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來升高電壓。

那么在剛剛上述的電路問題中，我們就可以用自舉電容的方法來解決。

我們來看下面這個(gè)自舉電路

-電容的左端為VB，即Vboost，電容的右端為VS浮地;

-C3則為自舉電容;

-M為感性負(fù)載，電流向右續(xù)流。

MOS管Q開通

假設(shè)此時(shí)的自舉電容C3已經(jīng)充滿電，為14V。

當(dāng)PWM為1時(shí)，Q1實(shí)現(xiàn)導(dǎo)通，C端的電壓為低，接著Q2的B端電壓也為低，Q2導(dǎo)通;

這時(shí)Q2的E端電壓為14V，經(jīng)過Q2、D2、R4以后MOS管G端大概為12V，Q管(MOS)導(dǎo)通。在這里我們可以得知，自舉電源的電壓需要比MOS管驅(qū)動(dòng)電壓高約2V。

此后Q3的B端電壓高于E端，Q3則關(guān)斷。

Q管導(dǎo)通以后，VM(電機(jī)M為感性負(fù)載)直接施加在Q管的S端，由于S端與電容的右端相連，自舉電容C3右端被抬高，大概在24V。

這時(shí) 電容兩端的電壓無法突變，電容左邊的電壓同樣被抬高，此時(shí)14V+24V=38V。

隨后，38V電壓經(jīng)過Q2、D2、R4持續(xù)給Q管的G端供電。

最后便達(dá)到了Q管的S端和G端被同時(shí)抬高至24V，且Vgs=12V。

接著我們來說MOS管Q關(guān)斷的情況：

當(dāng)PWM變?yōu)?時(shí)，Q1斷開，Q2的BE沒有了電流路徑，Q2就會(huì)斷開。這時(shí)自舉電容的泄Vgs=0，Q管則關(guān)閉。

電機(jī)M(感性負(fù)載)電流向右續(xù)流，電流通過Q管的體二極管進(jìn)行續(xù)流，此時(shí)C3電容右端電壓為-0.7V，無法起到升壓作用。二極管D1導(dǎo)通，14V電源通過D1給C3電容充電，充電完成。

接著PWM從0切換為1繼續(xù)循環(huán)步驟。