自舉電路(Bootstrap Circuit)是一種在電子電路中廣泛應(yīng)用的升壓技術(shù)，其核心作用是通過電路自身的工作狀態(tài)提升某個(gè)節(jié)點(diǎn)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(dá)到數(shù)倍電源電壓。以下是自舉電路的主要作用及其應(yīng)用場(chǎng)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(shí)現(xiàn)電壓的升高。例如，在MOS管驅(qū)動(dòng)電路中，自舉電路可以為上管提供高于電源電壓的驅(qū)動(dòng)電壓，確保其正常導(dǎo)通。

2. ?優(yōu)化MOS管驅(qū)動(dòng)?

在橋式電路中，自舉電路解決了上管MOS管驅(qū)動(dòng)電壓不足的問題。由于上管的源極電壓會(huì)隨輸出變化，直接驅(qū)動(dòng)?xùn)艠O難以滿足導(dǎo)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(dǎo)通。

3. ?提高電源效率?

在開關(guān)電源等應(yīng)用中，自舉電路可以減少電源損耗，提高效率。例如，在IGBT驅(qū)動(dòng)電路中，自舉電路為高壓柵極驅(qū)動(dòng)提供能量，簡(jiǎn)化了電路設(shè)計(jì)并降低了成本。

4. ?增強(qiáng)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(qiáng)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(duì)電路性能的影響。

5. ?擴(kuò)大放大器動(dòng)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(kuò)大其動(dòng)態(tài)范圍。這對(duì)于需要處理大信號(hào)的應(yīng)用場(chǎng)景非常有用。

6. ?減少電源噪聲?

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

實(shí)際選擇時(shí)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(yīng)用觸發(fā)采樣電阻過流保護(hù)

2、過小的自舉電阻可能會(huì)造成更高的dVbs/dt,從而產(chǎn)生更高的Vs負(fù)壓，關(guān)于Vs負(fù)壓的危害我們會(huì)在后面繼續(xù)討論。

3、充電電流過大容易導(dǎo)致充電階段Vcc電壓過低，造成欠壓保護(hù)。

4、容易造成自舉二極管過流損壞。

自舉電路設(shè)計(jì)要點(diǎn)

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(dǎo)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(huì)導(dǎo)致不受控制的開關(guān)狀態(tài)和/或錯(cuò)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(gè)完整的工作循環(huán)內(nèi)滿足上橋臂驅(qū)動(dòng)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(huì)出現(xiàn)欠壓閉鎖保護(hù)。

4、最初給自舉電容充電時(shí)，可能出現(xiàn)很大的峰值電流。這可能會(huì)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?yàn)樗墓ぷ黝l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(dāng)選擇驅(qū)動(dòng)電源Vcc電壓時(shí)，必須考慮驅(qū)動(dòng)器內(nèi)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(huì)太低而導(dǎo)致開通損耗增加。更進(jìn)一步，所確定的電壓必須減去下管IGBT的飽和壓降，這樣導(dǎo)致上下管IGBT在不同的正向柵極電壓下開通，因此Vcc應(yīng)當(dāng)保證上管有足夠的柵極電壓，同時(shí)保證下管的柵極電壓不會(huì)變的太高。

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

最后，自舉電路也有一些局限性，有些應(yīng)用如電機(jī)驅(qū)動(dòng)的電機(jī)長(zhǎng)期工作在低轉(zhuǎn)速大電流場(chǎng)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(bǔ)償或者獨(dú)立電源供應(yīng)。

自舉電路在電子系統(tǒng)中通過獨(dú)特的電壓提升機(jī)制實(shí)現(xiàn)多維度性能優(yōu)化，其核心價(jià)值體現(xiàn)在提升信號(hào)處理能力、增強(qiáng)系統(tǒng)穩(wěn)定性、優(yōu)化電源管理三個(gè)方面。該電路通過電容儲(chǔ)能與動(dòng)態(tài)電壓調(diào)節(jié)技術(shù)，在放大電路、邏輯電路和電源系統(tǒng)中發(fā)揮關(guān)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(kuò)展信號(hào)處理動(dòng)態(tài)范圍

在放大電路應(yīng)用中，自舉電路通過儲(chǔ)能電容在交流通路中建立附加電勢(shì)。當(dāng)放大器輸入端接收大信號(hào)時(shí)，電容充電形成的疊加電壓使晶體管偏置電壓動(dòng)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(dòng)態(tài)偏置調(diào)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(hào)調(diào)理電路中顯著改善信號(hào)保真度。

2. 增強(qiáng)數(shù)字系統(tǒng)抗干擾性能

在CMOS邏輯門電路中，自舉網(wǎng)絡(luò)通過提升驅(qū)動(dòng)管的柵極過驅(qū)電壓，使邏輯閾值向電源軌方向偏移。這種閾值重構(gòu)機(jī)制將噪聲容限提升約200mV，有效抑制地彈噪聲和串?dāng)_引發(fā)的誤觸發(fā)。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，采用自舉結(jié)構(gòu)的數(shù)字電路在同等噪聲環(huán)境下誤碼率可降低1-2個(gè)數(shù)量級(jí)，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(gòu)成的混合網(wǎng)絡(luò)形成雙重濾波結(jié)構(gòu)。當(dāng)電源出現(xiàn)高頻紋波時(shí)，自舉電容維持的局部高阻抗節(jié)點(diǎn)可衰減80%以上的共模噪聲。在ADC參考電壓電路中，這種結(jié)構(gòu)使電源抑制比(PSRR)提升15-20dB，確保精密測(cè)量系統(tǒng)的有效分辨率。

4. 提升功率轉(zhuǎn)換效率

開關(guān)電源拓?fù)渲校?a href="/tags/自舉電路" target="_blank">自舉電路通過浮動(dòng)驅(qū)動(dòng)技術(shù)實(shí)現(xiàn)功率MOSFET的完全導(dǎo)通。當(dāng)Boost控制器工作時(shí)，自舉二極管和電容組成的電荷泵將柵極驅(qū)動(dòng)電壓抬升至超出輸入電源電壓，使MOSFET導(dǎo)通電阻降低60%-70%。這種強(qiáng)驅(qū)動(dòng)方式將典型DC-DC轉(zhuǎn)換器的效率曲線平坦區(qū)擴(kuò)展20%負(fù)載范圍，在輕載條件下仍保持85%以上的轉(zhuǎn)換效率。