大家好，我是硬件微講堂。這是在電子星球的第10篇原創(chuàng)文章。
前兩天，有小伙伴在群里問Buck電路的自舉電容，讓講一講。誰知道，腦門一熱就答應(yīng)了……既然牛皮已吹出去了，就算跪著也要寫出來！如有不對(duì)或不夠深入，還請(qǐng)包涵。
1、一道面試題
照例，先拋出來一道面試題：“Buck電路的SW引腳通常會(huì)放置一顆小電容，這顆電容有什么用？”。這個(gè)問題問得比較細(xì)，非常考驗(yàn)被面試者的硬件基本功。
2、似懂非懂的答案
有小伙伴可能不太清楚這顆電容的作用，回答不上來。也有小伙伴脫口而出：自舉電容，用來做升壓的。面試官再問的話，后面就說不出來具體邏輯。
沒具體了解過，答不上來，也沒啥可惜的。但是了解過一點(diǎn)，但又似懂非懂的這種，給出的答案只是輕輕點(diǎn)水或者千篇一律，那無疑是錯(cuò)過了一個(gè)加分項(xiàng)。
3、異步Buck的自舉環(huán)路組成
既然是針對(duì)Buck電路講自舉電容，前面我們聊過Buck電路有異步和同步之分，想必大家對(duì)這個(gè)已經(jīng)很熟悉。我們就先聊聊異步Buck的自舉電容，為了更有說服力，就以TI的LMR16006為例。
上圖為芯片的典型應(yīng)用拓?fù)洌珻boot就是我們說的自舉電容。為了能清楚的理解自舉電容的原理，我們需要深入到Buck芯片內(nèi)部，去看個(gè)究竟。
上圖即為異步Buck芯片LMR16006的內(nèi)部架構(gòu)。今天我們主要介紹跟Cboot相關(guān)的部分，其他的不做展開。
①Q(mào)1：NMOS管，是異步Buck電路的開關(guān)管；
②HS Driver：Q1的g極驅(qū)動(dòng)電路；
③Q2：NMOS管，配合CB Refresh模塊，用于給Cboot電容充電提供回路；
④兩個(gè)單向二極管，必要時(shí)及時(shí)截止，阻止不必要的通路；
⑤VCC：Bootstrap Regulator(自舉調(diào)整器，翻譯得可能不一定恰當(dāng))，用于從Vin取電并給MOS管高邊驅(qū)動(dòng)HS Driver提供偏置電壓。
LMR16006的Datasheet上并沒有明確給出該Bootstrap Regulator的電壓值，只是說低于3V會(huì)進(jìn)入U(xiǎn)VLO(Undervoltage lockout thresholds)狀態(tài)。
4、Cboot充電回路
如下圖所示，當(dāng)高邊MOS管Q1關(guān)斷時(shí)，異步Buck電路的電流回路，如綠色箭頭所示。這個(gè)想必大家都已經(jīng)熟悉了。
在電感泄放能量的同時(shí)，Cboot也開始充電，充電的回路正如上圖紅色箭頭所示：Vin-->VCC-->D-->Cboot-->Q2-->GND。這里我們忽略二極管D1的導(dǎo)通壓降，就認(rèn)為A點(diǎn)的點(diǎn)位約等于0電平。B點(diǎn)的防反二極管導(dǎo)通壓降也忽略，那么，Cboot充電完成后的電壓約等于VCC。
簡(jiǎn)單概括：電容充/電感放，各走各路！
注意：由于Q2上端有二極管的存在，不會(huì)給電感泄放提供第二個(gè)回路，所以不會(huì)影響電感的正常泄放。
5、浮地驅(qū)動(dòng)
當(dāng)電感儲(chǔ)存的能量泄放完，D1反向截止，而HS Driver要驅(qū)動(dòng)高邊MOS管Q1導(dǎo)通時(shí)，細(xì)心的你會(huì)發(fā)現(xiàn)：Q2的S極直接接地，G極只要輸出高電平(>Vth)，Mos管Q2即可導(dǎo)通。而Q1的S極是接在SW(即A點(diǎn))上，D1已反向截止，Q2也關(guān)斷，這樣就沒了回路，我們可以認(rèn)為Q1是懸浮在半空中。只是單純的讓G極輸出高電平，并不能讓Q1導(dǎo)通。
正是由于Cboot的存在，而且并聯(lián)在HS Driver電源兩端，電壓剛好約等于VCC。這里強(qiáng)調(diào)下：Cboot是并聯(lián)在HS Driver的電源兩端(V+/V-)，并不是直接并聯(lián)在MOS管的G和S兩端。但HS Driver和MOS是共"參考點(diǎn)"(實(shí)際是V-，即A點(diǎn)電位)。
正是Cboot，將原本懸浮的HS Driver的兩個(gè)電源端V+/V-之間建立了(電位差)聯(lián)系。這個(gè)電位差剛好是VCC。
當(dāng)邏輯控制單元給HS Driver輸入高電平時(shí)，HS Drvier立即輸出高電平(相對(duì)V-，即A點(diǎn)電位而言)，驅(qū)動(dòng)高邊MOS管的G極。此時(shí)，MOS管的Vgs剛好就是Cboot兩端的電壓(約等于VCC)，Vgs>Vth，Q1導(dǎo)通。
簡(jiǎn)單概括：浮地要驅(qū)動(dòng)，就要加自舉！
6、不突變與能持久
Q1導(dǎo)通后，A點(diǎn)電位突變?yōu)閂IN，及V-電位變成VIN（遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于VCC電壓）。如果V+依舊保持VCC的電位，那Q1恐怕要被迫關(guān)閉了！正是由于Cboot的存在，Cboot電容兩端電壓差不能突變，B點(diǎn)電位變?yōu)閂IN+VCC。這樣對(duì)Cboot而言，電壓差依然是VCC。對(duì)HS Drvier而言，以A點(diǎn)電位為參考，輸出高電平時(shí)，Vgs依然是VCC，大于Vth，可以讓Q1持續(xù)導(dǎo)通。
簡(jiǎn)單概況：電壓不突變，導(dǎo)通能持久！
7、總結(jié)
聊到這里，今天想說的也差不多了，我們大概清楚了異步Buck的自舉環(huán)路組成、Cboot的充電回路、浮地驅(qū)動(dòng)方式以及上管持續(xù)導(dǎo)通的原因。
為了便于理解，概括三句話：
- 充電回路：電容充/電感放，各走各路！
- 浮地驅(qū)動(dòng)：浮地要驅(qū)動(dòng)，就要加自舉！
- 持續(xù)導(dǎo)通：電壓不突變，導(dǎo)通能持久！
以上所述，部分內(nèi)容涉及個(gè)人理解，如有覺得不妥，歡迎留言討論。
怎么樣？一個(gè)簡(jiǎn)短的問題，給出的回答可淺可深，就看你對(duì)這個(gè)知識(shí)點(diǎn)的理解達(dá)到怎樣的程度。你學(xué)廢了么？
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