Part 01  前言

在采用高側N溝道MOSFET的同步BUCK電路中，自舉電容CBOOT在實現高側MOSFET驅動中是核心器件。自舉電容選值過小可能導致驅動不足、MOSFET發熱嚴重，選值過大可能引發其他問題。那這玩意該怎么選一個合適的容值呢？

要理解如何選擇自舉電容，首先必須明確它的工作原理。在BUCK電路中，高側MOSFET的源極連接在開關節點SW上，開關節點SW的波形那可謂是劇烈波動，它的電壓在0V和輸入電壓VIN之間快速切換。我們為了讓N溝道MOSFET完全導通，就必須讓柵極電壓比源極電壓高出一個驅動電壓，一般是10V左右。而自舉電容的任務就是在Q1需要導通時，提供一個以SW節點為參考地、電壓約為VCC的懸浮電源。

充電過程：當低側MOSFET導通，SW節點被拉至地時，驅動芯片的供電VCC會通過自舉二極管為CBOOT充電，使其兩端電壓接近VCC。

放電過程：當低側MOSFET關斷，高側MOSFET準備導通時，SW節點電壓上升至VIN。由于電容電壓不能突變，自舉電容CBOOT的正極電壓也被抬升至VIN+VCC，從而為Q1的柵極提供充足的驅動電壓。

在Q1的整個導通期間，自舉電容CBOOT是唯一的能量來源，它通過放電來提供驅動電流。因此，自舉電容選型的核心原則就是確保在最長的高側導通時間內，CBOOT因放電導致的電壓下降，不會低到影響驅動電路正常工作的程度，簡單點來說就是咱不能把自舉電容的電放的太低了，因為MOSFET的導通電阻和驅動電壓有關系，驅動電壓過低會導致MOSFET內阻增大，發熱嚴重。

Part 02  自舉電容選型的計算

步驟一：計算總電荷消耗量Qtotal

在一個高側導通周期內，自舉電容需要提供的總電荷量包括以下幾個部分：

1．MOSFET柵極電荷Qg：這是最主要的電荷消耗，用于對高側MOSFET的柵極電容進行充電，使其開啟。這個值可以直接從MOSFET的數據手冊中查得。

2．驅動器靜態電流消耗Qqbs：驅動芯片的高側驅動電路在工作時自身會消耗一部分靜態電流。這部分消耗的電荷可以通過以下公式計算：

驅動器靜態電流消耗 = 高側驅動器的靜態工作電流 x ton(max)

高側驅動器的靜態工作電流，可從驅動芯片數據手冊中查得。

ton(max)：高側MOSFET可能出現的最長導通時間，等于最大占空比除以開關頻率(Dmax /fsw)。

3．各類漏電流消耗Qleak：這包括自舉電容自身的漏電流、MOSFET柵源極的漏電流、自舉二極管的反向漏電流等。現在的陶瓷電容和二極管半導體器件，對應的這部分漏電流通常非常小，咱們一般可以忽略。

因此，總的電荷消耗為：

步驟二：確定允許的自舉電壓降(△VBOOT)

自舉電容放電時，其兩端的電壓會下降。這個電壓降必須被限制在一個安全的范圍內，以確保驅動電壓始終高于驅動芯片的高側欠壓鎖定UVLO閾值。允許的最大電壓降可以通過以下公式計算：

• VCC是驅動芯片的供電電壓。
• Vf是自舉二極管的正向壓降，典型值0.7V。
• VUVLO(falling)是驅動芯片高側驅動的欠壓鎖定閾值，這是保證驅動器能正常工作的最低電壓，可從芯片數據手冊查得。
• VGS(min)：為確保MOSFET維持在低導通電阻狀態所需的最小柵源電壓。一般來說我們考慮了VUVLO就足夠了，出于余量考慮，我們可以把此部分考慮進來。

步驟三：計算最小電容值并最終選型

根據電容的基本定義Q = C × V，我們可以計算出所需的最小電容值：

注意，上面的這個計算值是理論上的最小值。在實際電容選型中，必須考慮以下影響電容容值的因素：

1.電容容值容差：電容的實際容值存在偏差，例如±10%。

2.直流偏壓特性：MLCC的實際電容量會隨著其兩端施加的直流電壓的升高而顯著下降。自舉電容上的直流電壓約為VCC，所以一定別忘了查閱電容規格書，確保在VCC電壓下，其實際容值仍大于計算出的CBOOT(min)。

3.溫度特性：電容的容值會隨溫度變化，應選擇溫度特性好的材質，如X7R，把溫度對容值的降額納入考慮范圍。