如何利用电容两端电压不能突变的特性来升高电源电压

自举电路(Bootstrap Circuit)是一种广泛应用于电子和电力系统中的重要电路，尤其在需要提高输入信号电平以控制高侧开关时扮演关键角色。‘自举’这一术语源于“引导自己上升”的意思，在电路中，它通过储能元件将电压升高至高于输入电压的值。这种电路常见于功率MOSFET或IGBT的驱动电路中。

在所示的自举电路中，只需一个15至18伏的电源便可为逆变器的驱动级提供所需能量。在此配置中，所有的半桥低端IGBT都直接与该电源连接。而半桥高端IGBT的驱动器则通过自举电阻Rboot和自举二极管VF与电源Vb相连。每个驱动器配备一个自举电容Cboot，用于电压缓冲。

当低端开关S2激活，源电压Vs降至电源电压Vcc以下时，电流通过自举二极管和自举电阻Rboot向自举电容Cboot充电，从而在其两端形成悬浮电压Vbs。这个悬浮电压支持高端输出HO相对于Vs的切换。在高端开关S1操作期间，如果Vs达到高电平，自举二极管会反向偏置，使悬浮电压Vbs与电源Vcc隔离。

自举电路的一个典型应用是在电源转换器中，用于提供比输入电压更高的驱动电压，以确保MOSFET等开关器件能够充分导通。这在高效能电源设计中尤为重要，因为即使是微小的传导损失也可能大幅影响整个系统的效率。

在设计自举电路时，对电容和二极管的选型非常重要。自举电容需要具有足够的容量来储存所需的能量，并且其耐压要高于工作电压。自举二极管则需要有足够快的恢复速度，以应对高速开关操作，同时还应具备足够的电流承受能力。

此外，自举电路在某些情况下可能受到电荷泄漏或电容放电的影响，因此在要求持续稳定输出的应用中，可能需要采用额外的电路措施来维持电容的充电状态，如使用低压差稳压器(LDO)来保持电容充电电压的稳定。

自举电路也叫升压电路，是利用自举升压二极管，自举升压电容等电子元件，使电容放电电压和电源电压叠加，从而使电压升高，有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。

1、mos管自举电路原理

在EDA365电子论坛上看过这个简单的例子：有一个12V的电路，电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压，这个电压怎么弄出来?就是用自举。通常用一个电容和一个二极管，电容存储电荷，二极管防止电流倒灌，频率较高的时候，自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压，起到升压的作用。

自举电路只是在实践中定的名称，在理论上没有这个概念。自举电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半，但在实际的测试中，输出电压远达不到Vcc的一半。

其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。所以采用自举电路来升压。常用自举电路(摘自fairchild，使用说明书AN-6076《供高电压栅极驱动器IC 使用的自举电路的设计和使用准则》)the boost converter,或者叫step-up converter，是一种开关直流升压电路，它可以是输出电压比输入电压高。

假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间，所有的元件都处于理想状态，电容电压等于输入电压。

下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。

2、MOS管自举电容工作原理

自举电容，内部高端MOS需要得到高出IC的VCC的电压，通过自举电路升压得到，比VCC高的电压，否则，高端MOS无法驱动。

自举是指通过开关电源MOS管和电容组成的升压电路，通过电源对电容充电致其电压高于VCC。最简单的自举电路由一个电容构成，为了防止升高后的电压回灌到原始的输入电压，会加一个Diode。

自举的好处在于利用电容两端电压不能突变的特性来升高电压。

举个例子来说，如果MOS的Drink极电压为12V，Source极电压原为0V，Gate极驱动电压也为12V，那么当MOS在导通瞬间，Soure极电压会升高为Drink减压减去一个很小的导通压降，那么Vgs电压会接近于0V，MOS在导通瞬间后又会关断，再导通，再关断。

如此下去，长时间在MOS的Drink极与Source间通过的是一个N倍于工作频率的高频脉冲，这样的脉冲尖峰在MOS上会产生过大的电压应力，很快MOS管会被损坏。

如果在MOS的Gate与Source间接入一个小电容，在MOS未导通时给电容充电，在MOS导通，Source电压升高后，自动将Gate极电压升高，便可使MOS保持继续导通。