自舉電容的核心原理是：電容兩端電壓不能突變。
從這句話中，我們可以獲取到兩個關(guān)鍵字：兩端電壓、不能突變。
兩端電壓指的是電容一邊相對另一邊的電壓，我們知道電壓本身就是個參考值(一般認(rèn)定參考GND，認(rèn)定GND點平為0V)。
不能突變則指電容兩端電壓變化時，必然需要1個大于0s的時間。根據(jù)電容的公式I=C*dU/dt，得知，dU/dt=I/C，故電容兩端電壓從0升到VDD時，取決于電流和電容的比值。容值一定時，電流越大，電壓上升的越快。電流一定時，容值越小，電壓上升的越快。
簡單的自舉電容模型?
假如，只有個6V的電源，但是我們想輸出12V的電壓，相對簡單的方法就是應(yīng)用自舉電路，如下圖中的電路，(認(rèn)為器件均為理想模型)，二極管D1和電容C1就構(gòu)建了自舉電路。
1.A狀態(tài)為默認(rèn)狀態(tài)，此時開關(guān)A閉合，開關(guān)B斷開，Q1導(dǎo)通，C1負(fù)極與地導(dǎo)通，電流從電源VDD出發(fā)，通過D1，經(jīng)過C1，經(jīng)過Q1，再流回電源VDD。達(dá)到穩(wěn)態(tài)后，電容上端對地電壓為6V，下端對地電壓為0V。
2.當(dāng)開關(guān)B閉合，開關(guān)A斷開，Q1截止，電容下端電壓與電源正極直連，此時電容下端對地電壓等于電源正極對地電壓，為6V。由于電容兩端電壓不能突變，電容上端相對電容下端，電壓為6V，電容下端相對地，電壓為6V。所以電容下端相對地，電壓成了12V。由于D1的反向截止作用，使得電容上端對地電壓可以保持在12V。
實際的模型中，由于反向二極管和MOS管均存在微弱的漏電，自舉電路需要不斷切換狀態(tài)來對自舉電容充放電，來保證電壓被長時間抬起來。且自舉電路的供電能力取決于自舉電容的大小。
自舉電路的經(jīng)典應(yīng)用
在很多Buck或者Boost電源芯片的手冊中，我們都能看到自舉電容的應(yīng)用。我們打開TI廠家的BQ25895充電芯片(內(nèi)含Buck)的器件手冊，如下，紅色框框中47nF電容即為自舉電容。
繼續(xù)往后看，打開BQ25895的內(nèi)部框圖，就可以看到芯片內(nèi)部的自舉電路設(shè)計。如圖中，假設(shè)VBUS為5V，VREGN為電源輸出，輸出電壓小于5V，Q2和Q3導(dǎo)通條件為VGS > 4V。
首先你要明白，高電壓很容易產(chǎn)生低電壓(比如電阻分壓)，但是低電壓產(chǎn)生高電壓就需要額外的措施。所以下圖中，5V的VBUS輸入可以很容易產(chǎn)生低于5V的VREGN輸出。
那么在下圖中，我們可以看到，對于Q3而言，S極接地，G極電壓直接由VREGN驅(qū)動，VREGN可以輕易產(chǎn)生小于5V的電壓在Q3的G極和S極，所以Q3很容易導(dǎo)通。
而對于Q2而言，由于S極未接地，若要保證Q2導(dǎo)通，則要求Q2的G極電壓必須比S極電壓高4V，才能滿足Q2 VGS>4V的條件。若S極電壓為0V，VREGN可以輕松導(dǎo)通。若S極為5V，則G極電壓必須為9V，而VREGN最大不超過5V，怎么辦呢?
自舉電路的作用就彰顯出來了。
還是如上圖，首先VREGN產(chǎn)生小于5V的電壓，讓Q3導(dǎo)通，同時VREGN通過二極管D，自舉電容C，以及導(dǎo)通的Q2構(gòu)成對地回路，電容C開始充電，充電完成后，電容兩端電壓幾乎等于VREGN(忽略二極管D的導(dǎo)通壓降)，由于電容C并聯(lián)在Q2的G極和S極上，對于Q2來講，VGS兩端電壓同樣可以達(dá)到VREGN，從而使得Q2可以導(dǎo)通。
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