Buck电路中的自举电容如何取值？计算依据是什么？

在电子电路中，具有动态特性的器件往往是我们难以理解和掌握的，典型的动态特性器件如电感和电容，往往在电路中电感和电容赋予一定大小等属性， 我们总要问为什么取这个值？ 而随着疑问的解决，我们对这类器件会有更加深刻地认识，本次我们还是通过自举电路来认识自举电容的取值依据，我们可以了解到这个电容也不是随便取值，它包含了一个简单的计算原理，而这个原理我们早在初级物理中已经接触到了。

这里我们强调一下动态器件的意义，这就是说只有变化量才能感知这个器件的存在意义，如电感是电流变化（di/dt）而存在的器件，电容则是电压变化（dv/dt）而存在的器件。

再看看自举电路，我们从上篇已经了解了其工作原理，那就是这种电路是专门为驱动半桥中的 浮动管或上管而设置的 ，小功率几瓦到几百瓦的DC-DC应用中极为广泛，这里为什么会强调功率范围呢？其缘由是随着功率的增大，选用的开关管需要的驱动功率急剧增大，自举驱动会显得无能为力了，进而只能采用各自专门的隔离电源去驱动了，这个上篇中已提到过，如下图是Buck电路，C1是自举电容。

Buck DC-DC电路中的自举电容

Buck DC-DC

集成自举电路内部原理，其和外部自举的原理是相同的

自举电容的位置

我们再看看自举电容如何取值?计算依据是什么?很简单的公式，电荷量Q、电压U以及电容C的关系：

电容电荷量与电压关系

因为我们知道，驱动消耗的功率在电容上面最终是电荷量的形式，我们驱动的如MOSFET，最终在其门极是结电容造成的，而数据手册往往会给出其在一定驱动电压下需要的电荷量Q，如下图是某MOSFET数据手册中给出的门极总电荷量Qg，其值分别是在10V和4.5V下的电荷量Qg。

某MOSFET门极电荷参数

门极总电荷量测试曲线，可以看出其是门极电压Vgs的正相关量，中间平坦区是弥勒电容造成的，其电压被保持，但是电荷量在增加。

MOSFET门极驱动电压和门极电荷量的关系

那么，我们计算我们的自举电容就简单了，通过转换一下电容、电荷量和其电压的基本关系就可以得到自举电容C的计算方法

电容和电荷关系式

这里，Qg是我们驱动浮动MOSFET或高边MOSFET的门极总电荷量；△U是电容两端电压的变化量，我们知道这个电压越稳定，意味着驱动电压越稳定，保持一定的驱动电压意味着如MOSFET在稳定的饱和区，功率损耗越小。

常规情况下，在电容已经被充电稳定的情况下，保持电容电压的变化或波动量在100mV到300mV是我们能够接受的，这个值也就就是电容电压的纹波大小。假如门极电荷量是10nC（驱动电压是10V的情况下），我们要求驱动过程中，自举电容的电压变化量最大是100mV，那么自举电容则为：

自举电容值计算

实际中，这个电容我们通常要求采用低ESR的陶瓷电容，以便提供高质量的驱动能量，而大小则需要取值为计算值的3至5倍，这是因为电容本身会存在一定的偏差，陶瓷电容在直流偏置下容量衰减的比较厉害，即使你只使用它额定电压的50%或更低，尤其是非C0G材质的陶瓷电容。

而我们常用的小功率DC-DC更是会给出一个典型的自举电容，比如100nF或10nF，这个值往往都是大于计算值的，我们采用推荐值，因为这些DC-DC的MOSFET内置，多数情况下，我们无法得知这个MOSFET的特性，所以采用它们给的推荐值。

自举电容典型的推荐值