DC-DC自举升压电路的典型应用
一、自举升压电路的典型应用：
图一：buck电路系统的框图、参考设计
图二：boost 电路系统的框图、参考设计
如图一、图二所示，在dc-dc开关芯片【buck、boost】上都有一个bst的引脚，它和sw开关引脚之间需要连接一个小电容通常0.1uf-1uf之间，那么为什么需要加这个电容呢？有什么作用呢？
图三：芯片内部结构简易图
其实仔细观察芯片内部结构简易图可以找到答案。如图三所示的内部原理框图可以看到：输出端sw引脚的高侧、低侧均采用的n-mos管，使用n-mos管需要解决一个驱动电压的问题，因为驱动信号参考端和高端驱动管s极不是同一个参考电位，所以需要将高侧端驱动信号抬高，这里很巧妙使用了电容自举升压抬高。具体过程如下：低侧端n-mos导通时，输出端电感通过其续流，同时对自举电容充电；当低侧端n-mos管断开时，自举升压电容为高侧端驱动电路直接提供电压，高侧端驱动信号使高端n-mos导通。
该电容如何选择呢？
电容、电荷量和其电压的基本关系如下：
q=c*u------c：容量，q：电荷量，u：电压；
因为我们知道，驱动消耗的功率在电容上面最终是电荷量的形式，我们驱动的如mosfet，最终在其门极是结电容造成的，根据数据手册往往会给出其在一定驱动电压下需要的电荷量q，如下图是某mosfet数据手册中给出的门极总电荷量qg：
门极总电荷量测试曲线，可以看出其是门极电压vgs的正相关量
通过转换一下电容、电荷量和其电压的基本关系就可以得到自举电容的计算方法：
c=qg/△u
这里，qg是高侧端mos的门极总电荷量；△u是电容两端电压的变化量，我们知道这个电压越稳定，意味着驱动电压越稳定，保持一定的驱动电压意味着mosfet在稳定的饱和区，功率损耗越小。
常规情况下，在电容已经被充电稳定的情况下，保持电容电压的变化或波动量在100mv到300mv是我们能够接受的，这个值也就就是电容电压的纹波大小。假如门极电荷量是10nc（驱动电压是10v的情况下），我们要求驱动过程中，自举电容的电压变化量最大是100mv，那么自举电容则为：
c=10nc/0,1=100nf
实际中，这个电容我们通常要求采用低esr的陶瓷电容，以便提供高质量的驱动能量，大小则需要取值为计算值的3至5倍。这是因为电容本身会存在一定的偏差，且陶瓷电容在直流偏置下容量衰减的比较厉害。
我们常用的小功率dc-dc更是会给出一个典型的自举电容，比如100nf或10nf，这个值往往都是大于计算值的，我们采用推荐值，因为这些dc-dc的mosfet内置，无法得知这个mosfet的特性，所以采用它们给的推荐值。
二、简单模型：
相对简单的应用自举电路，如下图中的电路，二极管d1和电容c1就构建了自举电路。
a状态：电容充电时状态
a状态为默认状态：此时开关s1闭合，开关s2断开，q1导通，c1负极与地导通，电流从电源v1出发，通过d1，经过c1，经过q1，再流回电源v1。达到稳态后，电容上端对地电压为5v，下端对地电压为0v。
b状态：自举升压时状态
b状态为自举升压状态：开关s1断开，q1截止，开关s2闭合，电容下端电压与电源正极直连，此时电容下端对地电压等于电源正极对地电压，即为5v。由于电容两端电压不能突变，电容上端相对电容下端，电压为5v，电容下端相对地，电压为5v。所以电容下端相对地，电压成了5v+5v=10v。由于d1的反向截止作用，使得电容上端对地电压可以保持在10v。
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图三：芯片内部结构简易图
其实仔细观察芯片内部结构简易图可以找到答案。如图三所示的内部原理框图可以看到：输出端sw引脚的高侧、低侧均采用的n-mos管，使用n-mos管需要解决一个驱动电压的问题，因为驱动信号参考端和高端驱动管s极不是同一个参考电位，所以需要将高侧端驱动信号抬高，这里很巧妙使用了电容自举升压抬高。具体过程如下：低侧端n-mos导通时，输出端电感通过其续流，同时对自举电容充电；当低侧端n-mos管断开时，自举升压电容为高侧端驱动电路直接提供电压，高侧端驱动信号使高端n-mos导通。
该电容如何选择呢？
电容、电荷量和其电压的基本关系如下：
q=c*u------c：容量，q：电荷量，u：电压；
因为我们知道，驱动消耗的功率在电容上面最终是电荷量的形式，我们驱动的如mosfet，最终在其门极是结电容造成的，根据数据手册往往会给出其在一定驱动电压下需要的电荷量q，如下图是某mosfet数据手册中给出的门极总电荷量qg：
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c=qg/△u
这里，qg是高侧端mos的门极总电荷量；△u是电容两端电压的变化量，我们知道这个电压越稳定，意味着驱动电压越稳定，保持一定的驱动电压意味着mosfet在稳定的饱和区，功率损耗越小。
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c=10nc/0,1=100nf
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a状态：电容充电时状态
a状态为默认状态：此时开关s1闭合，开关s2断开，q1导通，c1负极与地导通，电流从电源v1出发，通过d1，经过c1，经过q1，再流回电源v1。达到稳态后，电容上端对地电压为5v，下端对地电压为0v。
b状态：自举升压时状态
b状态为自举升压状态：开关s1断开，q1截止，开关s2闭合，电容下端电压与电源正极直连，此时电容下端对地电压等于电源正极对地电压，即为5v。由于电容两端电压不能突变，电容上端相对电容下端，电压为5v，电容下端相对地，电压为5v。所以电容下端相对地，电压成了5v+5v=10v。由于d1的反向截止作用，使得电容上端对地电压可以保持在10v。
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