[学习资料] 自举电容为什么要串联一个电阻?

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mollylawrence 发表于 2025-9-22 23:03 | 显示全部楼层 |阅读模式
Part 01、前言

在很多采用高侧N沟道MOSFET的BUCK电路中,自举电路Bootstrap是不可或缺的一环。它巧妙地利用一个电容和一个二极管,为驱动高侧MOSFET提供了高于输入电压的稳定电压源。如果你多找几个参考电路设计原理图来看,会发现自举电容一般会串联一个不起眼的小电阻。那这个电阻究竟有什么用呢?又如何选型计算呢?


Part 02、电阻的两大作用

1.抑制开关节点SW的电压振铃

这是串联电阻的最主要的原因。当高侧MOSFET准备导通时,自举电容会通过驱动芯片的内部开关,将电荷快速注入MOSFET的栅极。电阻与MOSFET的输入电容构成了RC网络,这个电阻直接限制了栅极的充电电流,从而减缓了Q1的开启速度。

为什么要减缓开启速度?因为过快的开启速度意味着极高的dV/dt,这会激发开关节点上的寄生电感和寄生电容,形成一个LC振荡回路,导致SW节点在上升沿出现剧烈的电压过冲和振铃。这种振铃不仅会带来严重的电磁干扰问题,其过高的电压尖峰甚至可能超过MOSFET的耐压规格,导致元器件损坏。通过加入这个小电阻,我们可以有效地控制MOSFET的开启dV/dt,抑制振铃幅度。


2.限制自举电容的浪涌充电电流

在系统首次上电或S2首次导通时,自举电容是完全放电的。如果路径中没有串联小电阻,当S2导通将SW拉至地时,VCC会通过D直接对一个近乎短路的电容充电,形成一个巨大的瞬间浪涌电流。这个浪涌电流可能会超过自举二极管或驱动芯片内部路径的最大电流承受能力,造成永久性损坏。RBOOT作为一个限流电阻,可以有效地将这个初始浪涌电流限制在一个安全范围内。


Part 03、电阻阻值如何计算?

电阻的选型是一个权衡过程,其值不能太大也不能太小。如果RBOOT太大:充电时间常数过长,可能导致在最小的低侧导通时间内,自举电容来不及补充上一周期消耗的电荷,使得自举电压逐周期下降,最终触发UVLO保护。如果RBOOT太小:对浪涌电流和SW振荡的抑制效果不明显,失去了其存在的意义。

总结来说计算RBOOT主要基于以下约束条件,即保证电容能充分充电,这是对电阻阻值的约束。我们必须保证充电时间常数远小于低侧MOSFET的最小导通时间。一般来说经过3个时间常数电容可以充至约95%的电量,基本满足要求。

因此,我们得到如下关系:


Rother是路径上的其他等效电阻,Cboot是自举电容,Dmax是BUCK的开关占空比,fsw是开关频率,有了这些参数就能算出电阻值了!


modesty3jonah 发表于 2025-10-2 21:07 | 显示全部楼层
自举电容、PCB走线和MOSFET的栅极存在寄生电感,这些寄生电感与自举电容及MOSFET的栅极电容会形成LC谐振电路。当开关电压剧烈变化时,这种谐振可能导致高频振铃和过冲,从而引发电磁干扰(EMI)问题,甚至损坏元器件。
hilahope 发表于 2025-10-2 21:55 | 显示全部楼层
可能与自举电容形成 “LC 振荡回路”,导致充电过程中出现电压尖峰或电流振荡,干扰驱动信号稳定性。
sdlls 发表于 2025-10-3 08:54 | 显示全部楼层
既通过抑制冲击电流保护自举二极管和电源,又通过调节充电时间常数确保自举电容充放电与功率器件开关时序匹配,同时抑制寄生振荡。
yeates333 发表于 2025-10-4 09:56 | 显示全部楼层
串联电阻可限制充电电流峰值,使其在安全范围内。
 楼主| mollylawrence 发表于 2025-10-4 15:57 | 显示全部楼层
限制浪涌电流,保护元器件              
chenci2013 发表于 2025-10-4 18:50 | 显示全部楼层
抑制电压振铃和过冲,减少电磁干扰
earlmax 发表于 2025-10-6 19:47 | 显示全部楼层
平衡充电时间和效率              
macpherson 发表于 2025-10-6 22:55 | 显示全部楼层
过调整电阻值,可精确控制充电时间,满足芯片时序要求。
uytyu 发表于 2025-10-7 07:51 | 显示全部楼层
限制浪涌电流              
deliahouse887 发表于 2025-10-8 12:01 | 显示全部楼层
限制充电电流、增加阻尼、控制放电速度
sheflynn 发表于 2025-10-8 15:43 | 显示全部楼层
串联电阻可以减缓MOSFET的开启速度
nomomy 发表于 2025-10-8 21:12 | 显示全部楼层
提高电路的稳定性。              
dspmana 发表于 2025-10-10 11:52 | 显示全部楼层
在PCB布局时,如果空间允许,建议在自举电容的SW端预留一个0Ω电阻的焊盘。
pixhw 发表于 2025-10-10 13:50 | 显示全部楼层
串联电阻的阻值通常选择在10-30欧姆之间。
bestwell 发表于 2025-10-11 10:14 | 显示全部楼层
自举电容需在MOSFET导通期间快速充电,并在关断期间为高侧驱动提供能量。
MYWX 发表于 2025-10-11 11:24 | 显示全部楼层
主要目的是为了限制瞬间充电电流,防止对电路产生冲击,同时也有助于改善EMI(电磁干扰)性能和保护二极管/开关器件
ccook11 发表于 2025-10-11 12:45 | 显示全部楼层
在自举电容回路中串联一个电阻,可以防止自举电容过充电。
usysm 发表于 2025-10-11 19:36 | 显示全部楼层
抑制电压过冲,保护电路              
gygp 发表于 2025-10-12 12:41 | 显示全部楼层
优化自举电容的充电时序              
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