实战讲解：CBOOT的秘密——自举电容

原文来自原创书籍《硬件设计指南 从器件认知到手机基带设计》：

自举电路字面意思是自己把自己抬起来的电路，本节介绍利用电容的升压电路（或叫电荷泵电路），是电子电路中常见的电路之一。我们经常在IC外围器件中看到自举电容，比如图1-44 同步降压转换器（BUCK）电路中，CBOOT就是自举电容（也有叫飞跨电容），电源输入或输出端并联的电容如果掉了，起码电源还能输出一个目标电压（稳定性和噪声性能差），但是如果CBOOT电容异常，电源就完全不会工作。

图1-44 开关电源中的自举电容CBOOT

为什么要用自举电路呢？这是因为在一些电路中使用MOS搭建桥式电路，见图1-45 ，下管NMOS导通条件容易实现，下管Q2的栅极G与源极S之间的电压VGS超过VGS(th)后即可导通，VGS(th)通常比较低，因此很容易实现。而对于上管Q1而言，源极S本来就有一定的电压，如果要想直接驱动栅极G来满足VGS>VGS(th)的条件，栅极G的电压需要比源极S的电压还要高，则需要在栅极G和地之间加一个很高的电压，这个难以实现（MOS相关介绍见1.5小节）。

自举电路应运而生。

图1-45 双MOS的同步开关电源拓扑

有了自举电路，就可以轻松在上管栅极G产生一个高压，从而驱动上管MOS。具体原理如下：

见书图1-46 ，输入总电压VIN经过internal regulator后输出一个直流电压V，用于给CBOOT(C1)充电，这个internal regulator一般是LDO结构的电源（LDO原理在第二章有详细介绍）。当下管Q2导通时，SW电压为0，LDO输出电压V—>二极管—>自举电容C1—>下管Q2—>地，通过这条回路对CBOOT电容进行充电，电容两端两端电压约等于V。

图1-46 CBOOT充电路径

当下管Q2断开时，电容放电路径见图1-47 ，SW位置电压不再是0，不管SW位置的电压是多少，电容C1两端已经存储了电压V，那么A点电压现在比SW位置电压高了V，相当于Q1的栅极G比源极S高了电压V，可以使得上管Q1导通，此时A点的电压变为V+Vsw，实现了电压抬升，电容自己把自己的电压举了起来。

图1-47 CBOOT放电路径

图1-48 是自举电容电压实测波形，黄色和绿色曲线分别是电容两端相对于系统GND的电压波形，粉色是绿线减黄线，是电容两端的电压波形。可以看到随着管子的开关，电容两端的电压一直不变，保持为内部LDO的电压，而电容两端相对于系统GND的电压一直在波动，一会被升上去，一会又降下来，这样就可以在需要的时候，使得电容高边的电压足够高，以驱动上管导通，与前文分析的过程一致。

以上就是自举电容的基本原理。

图1-48 CBOOT两端实测波形

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