倾佳电子自举电路的原理以及相关自举器件的选取原则

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一、自举电路的背景与原理倾佳电子（Changer Tech）是一家专注于功率半导体和新能源汽车连接器的分销商。他们主要服务于中国工业电源、电力电子设备和新能源汽车产业链。倾佳电子聚焦于新能源、交通电动化和数字化转型三大方向，并提供包括IGBT、SiC MOSFET、GaN等功率半导体器件以及新能源汽车连接器。
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自举电路（Bootstrap Circuit）常见于高边驱动电路，比如 半桥/全桥MOSFET驱动。
问题背景：
下管（低边MOSFET）驱动简单，可以直接由控制芯片给地参考的PWM驱动。
上管（高边MOSFET）需要栅极电压 高于源极电压约10V 才能导通，但源极电位会随开关变化而飘动。
👉 为了在成本与复杂度上平衡，很多驱动芯片采用自举电路，用电容“抬高”驱动电压。

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电路基本结构示意（自举驱动半桥MOSFET） Vcc | D_boot | ---- C_boot | | PWM驱动--| |--> 高边MOSFET Gate R_boot | | | GND Source（高边MOSFET源极，跟随输出节点切换）
D_boot（自举二极管）：在低边导通时为电容充电。
C_boot（自举电容）：存储能量，当高边需要驱动时，把电压叠加在输出节点上，提供“高于源极”的栅极驱动电压。
R_boot（自举电阻）：限制冲击电流，改善EMI，保护二极管。

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二、自举工作过程解析
低边MOSFET导通阶段
输出节点（高边源极）接近地电位。
自举二极管导通，给C_boot充电，充电电压约为：
VCboot≈VCC−VDV_{Cboot} \approx V_{CC} - V_{D}VCboot​≈VCC​−VD​
这时C_boot两端电压被“充满”。
高边MOSFET导通阶段
控制器通过内部驱动把C_boot上储存的电压叠加在高边源极上。
高边栅极电压 ≈ 源极电压 + V_Cboot。
这样就能保证栅极电压比源极高出足够的驱动电压（>10V），从而可靠导通。
持续导通与刷新问题
C_boot电压会逐渐消耗（漏电流、驱动电流、寄生电容）。
因此自举电路要求：高边不能无限期导通，必须周期性回到低电平，让C_boot重新充电。

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三、元件的选取原则1. 自举电容（C_boot）C_boot 是关键。容量太小，电压下跌快；容量太大，充电损耗高。
计算原则
保证压降 ΔV 不超过 5~10% 栅极驱动电压。
Cboot≥Qg+Qls+QleakΔVC_{boot} \geq \frac{Q_g + Q_{ls} + Q_{leak}}{\Delta V}Cboot​≥ΔVQg​+Qls​+Qleak​​
Qg：MOSFET栅极总电荷
Qls：高边驱动电路寄生电荷
Qleak：漏电流、IC自耗电
ΔV：容许电压跌落，一般取 0.1 × Vdrive (如 1V)
经验值
通常：100nF ~ 1µF，陶瓷电容，耐压要高（Vcc + Vswing），X7R或更好。
高频开关、Q_g 大的MOSFET → 电容取大。

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2. 自举二极管（D_boot）要求：
反向耐压 ≥ Vbus（母线电压），至少要大于高边源极的最大电压。
正向压降低，减少C_boot充电损失。
恢复特性好（高速二极管/肖特基优选）。
常用：
肖特基二极管（Vf 低，开关快）
若总线电压太高（>200V），需要用快恢复二极管。

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3. 自举电阻（R_boot）可选，有些电路直接短接。
作用：
限制充电瞬间电流，保护二极管。
抑制EMI和尖峰。
选取：
Rboot≈tcharge5×CbootR_{boot} \approx \frac{t_{charge}}{5 \times C_{boot}}Rboot​≈5×Cboot​tcharge​​
保证在低边导通时间内能充满。
一般 5Ω ~ 数十Ω。

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四、总结（口诀式）电容大不怕，小了麻烦大（C_boot要足够保证栅极电压不掉）。
二极管快又硬，耐压要够（D_boot选肖特基/快恢复）。
电阻取适中，抑冲防EMI（R_boot限流+降噪）。
自举非永续，高边需刷新（高边不能长时间持续导通）。
深圳市倾佳电子有限公司（简称“倾佳电子”）是聚焦新能源与电力电子变革的核心推动者：
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