Bootstap自举电路工作原理讲解

为什么需要自举电容？

Bootstrap电路通常是用于N+N MOS半桥电路的，P+N的半桥驱动是不需要自举电容的的，因为PMOS的栅极驱动电平只要低于电源电压一定值就可以，所以电路实现比较简单。

但因为PMOS的成本高于NMOS，并且选择的型号少，因此N+N半桥架构应用更广泛，相应的MOS驱动芯片大多是针对N+N MOS架构。

先字面理解一下“bootstrap”的意思，中文是“自举”的意思，CBST电容具有的电压保持特性，可以给high-side NMOS的驱动电路供电，bootstrap电路的工作过程可以分解成充电和供电两个阶段，我们逐一分析。

参考下图，这是一个典型带自举电路的N+N驱动电路。

下面我们详细解释一下“bootstrap”电路工作原理。

充电阶段

当LS MOS导通，HS MOS关闭，SW节点被LS NMOS短接到地，此时VCC电源通过二极管D0给CBST电容充电，直到CBST电容的电压值被充到VCC电压相等，该充电电路非常简单使用。

供电过程

当LS MOS关闭，HS MOS导通，SW节点的电压被拉升到VCC电位，同时D0二极管反向截止，CBST电容给HS NMOS的驱动电路供电，其中BST管脚就是HS NMOS驱动电路的电源，所以CBST电容可以理解成一个浮动DC电源。

自举电容如何取值？

大家应该发现了，bootstrap电路是基于HS NMOS和LS NMOS不停开关切换，每个开关周期可以给CBST电容补充能量。

假如这个电路的开关周期非常的慢，这种情况会不会出现CBST电容在下一个开关周期到来之前就被放电完成了？这会造成整体工作效率降低，或者High side MOS 不能正常的开关，是不是后果很严重！

那CBST电容值到底取多少合适? 我们可以一起推导一下。

推导之前，我们需要知道两个参数，一个是BST管脚上的静态工作电流IBST, 通常驱动芯片会提供这个参数的，另一个参数是MOS的Qg量，因为CBST电容上消耗的电荷都跟这两个参数有关。

根据CBST×ΔV=IBST×t+Qg, where t=1/FSW, 可得到， CBST=(IBST/FSW+Qg)/ΔV，

ΔV中是BST电容电压值在下一个充电周期到来之前的电压变化量。

举个例子，IBST=1mA, Qg=6n,ΔV=1V, FSW＝100KHz, CBST计算结果是16nF, 因此在应用中只要取比这个容值大的电容即可。

为什么有的MOS驱动芯片没有肖特基二极管D0？

现在很多MOS驱动芯片都把外部的肖特基二极管省掉了，被内部集成的MOS代替了，它的优点是降低了应用成本。