自舉電路(Bootstrap Circuit)是一種在電子電路中廣泛應用的升壓技術，其核心作用是通過電路自身的工作狀態(tài)提升某個節(jié)點的電壓，而無需增加外部電源電壓。自舉電路也叫升壓電路，是利用自舉升壓二極管，自舉升壓電容等電子元件，使電容放電電壓和電源電壓疊加，從而使電壓升高，有的電路升高的電壓能達到數(shù)倍電源電壓。以下是自舉電路的主要作用及其應用場景：

1. ?提升電壓?

自舉電路的核心功能是提升電壓。它通過利用自舉電容和自舉二極管等元件，將電容放電電壓與電源電壓疊加，從而實現(xiàn)電壓的升高。例如，在MOS管驅動電路中，自舉電路可以為上管提供高于電源電壓的驅動電壓，確保其正常導通。

2. ?優(yōu)化MOS管驅動?

在橋式電路中，自舉電路解決了上管MOS管驅動電壓不足的問題。由于上管的源極電壓會隨輸出變化，直接驅動柵極難以滿足導通條件。自舉電路通過提升柵極電壓，確保上管能夠持續(xù)導通。

3. ?提高電源效率?

在開關電源等應用中，自舉電路可以減少電源損耗，提高效率。例如，在IGBT驅動電路中，自舉電路為高壓柵極驅動提供能量，簡化了電路設計并降低了成本。

4. ?增強抗干擾能力?

自舉電路可以提高邏輯門的閾值電壓，從而增強電路的抗干擾能力。這在數(shù)字電路中尤為重要，能夠有效減少噪聲對電路性能的影響。

5. ?擴大放大器動態(tài)范圍?

在模擬電路中，自舉電路可以提升放大器的輸入電壓范圍，從而擴大其動態(tài)范圍。這對于需要處理大信號的應用場景非常有用。

6. ?減少電源噪聲?

自舉電路通過提升關鍵節(jié)點的電壓，能夠減少電源噪聲對電路性能的影響，從而提高電路的穩(wěn)定性和可靠性。

實際選擇時我們可能考慮更多的是自舉電阻太小限制：

1、充電電流過大在小功率輸出應用觸發(fā)采樣電阻過流保護

2、過小的自舉電阻可能會造成更高的dVbs/dt,從而產(chǎn)生更高的Vs負壓，關于Vs負壓的危害我們會在后面繼續(xù)討論。

3、充電電流過大容易導致充電階段Vcc電壓過低，造成欠壓保護。

4、容易造成自舉二極管過流損壞。

自舉電路設計要點

為了保證自舉電路能夠正常工作，需要注意很多問題：

1、開始工作后，總是先導通半橋的下橋臂IGBT，這樣自舉電容能夠被重新充電到供電電源的額定值。否則可能會導致不受控制的開關狀態(tài)和/或錯誤產(chǎn)生。

2、自舉電容Cboot的容量必須足夠大，這樣可以在一個完整的工作循環(huán)內滿足上橋臂驅動器的能量要求。

3、自舉電容的電壓不能低于最小值，否則就會出現(xiàn)欠壓閉鎖保護。

4、最初給自舉電容充電時，可能出現(xiàn)很大的峰值電流。這可能會干擾其他電路，因此建議用低阻抗的自舉電阻限流。

5、一方面，自舉二極管必須快，因為它的工作頻率和IGBT是一樣的，另一方面，它必須有足夠大的阻斷電壓，至少和IGBT的阻斷電壓一樣大。這就意味著600V的IGBT，必須選擇600V的自舉二極管。

6、當選擇驅動電源Vcc電壓時，必須考慮驅動器內部電壓降及自舉二極管和自舉電阻的壓降，以防止IGBT柵極電壓不會太低而導致開通損耗增加。更進一步，所確定的電壓必須減去下管IGBT的飽和壓降，這樣導致上下管IGBT在不同的正向柵極電壓下開通，因此Vcc應當保證上管有足夠的柵極電壓，同時保證下管的柵極電壓不會變的太高。

7、用自舉電路來提供負壓的做法是不常見的，如此一來，就必須注意IGBT的寄生導通。

最后，自舉電路也有一些局限性，有些應用如電機驅動的電機長期工作在低轉速大電流場合，下管的開通占空比一直比較小，造成上管的自舉充電不夠，這種情況需要在PWM算法上做特定占空比補償或者獨立電源供應。

自舉電路在電子系統(tǒng)中通過獨特的電壓提升機制實現(xiàn)多維度性能優(yōu)化，其核心價值體現(xiàn)在提升信號處理能力、增強系統(tǒng)穩(wěn)定性、優(yōu)化電源管理三個方面。該電路通過電容儲能與動態(tài)電壓調節(jié)技術，在放大電路、邏輯電路和電源系統(tǒng)中發(fā)揮關鍵作用，有效解決電壓擺幅受限、噪聲干擾和能耗控制等核心問題。

1. 擴展信號處理動態(tài)范圍

在放大電路應用中，自舉電路通過儲能電容在交流通路中建立附加電勢。當放大器輸入端接收大信號時，電容充電形成的疊加電壓使晶體管偏置電壓動態(tài)提升，突破傳統(tǒng)電路受限于電源電壓的輸入范圍限制。這種動態(tài)偏置調節(jié)可使放大器的有效輸入擺幅提升30%-50%，在音頻功放和傳感器信號調理電路中顯著改善信號保真度。

2. 增強數(shù)字系統(tǒng)抗干擾性能

在CMOS邏輯門電路中，自舉網(wǎng)絡通過提升驅動管的柵極過驅電壓，使邏輯閾值向電源軌方向偏移。這種閾值重構機制將噪聲容限提升約200mV，有效抑制地彈噪聲和串擾引發(fā)的誤觸發(fā)。實驗數(shù)據(jù)顯示，采用自舉結構的數(shù)字電路在同等噪聲環(huán)境下誤碼率可降低1-2個數(shù)量級，特別適用于工業(yè)控制等惡劣電磁環(huán)境。

3. 優(yōu)化電源噪聲抑制特性

電源旁路電容與自舉電容構成的混合網(wǎng)絡形成雙重濾波結構。當電源出現(xiàn)高頻紋波時，自舉電容維持的局部高阻抗節(jié)點可衰減80%以上的共模噪聲。在ADC參考電壓電路中，這種結構使電源抑制比(PSRR)提升15-20dB，確保精密測量系統(tǒng)的有效分辨率。

4. 提升功率轉換效率

開關電源拓撲中，自舉電路通過浮動驅動技術實現(xiàn)功率MOSFET的完全導通。當Boost控制器工作時，自舉二極管和電容組成的電荷泵將柵極驅動電壓抬升至超出輸入電源電壓，使MOSFET導通電阻降低60%-70%。這種強驅動方式將典型DC-DC轉換器的效率曲線平坦區(qū)擴展20%負載范圍，在輕載條件下仍保持85%以上的轉換效率。