在电子电路设计中，NMOS 高边自举驱动电路是一种常见且重要的电路结构。下面我们将深入探讨其原理、工作过程以及相关的优化方案。
　　基本的电路原理如下：
　　Q1 为高边开关管；
　　R2 是 8Ω 负载；
　　单刀双掷开关 S1 代表控制信号，向 Q2 基极拉高或拉低；
　　探针 GS 表示栅源电压，BS 表示电容对地电压，R 表示负载对地电压，LOAD 表示负载电流。
　　　NMOS 管 Q2 在负载 R2 的上游，所以叫 “高边”。NMOS 驱动需要把栅极拉高，一般需要把栅极拉高到比源极更高 3V 以上。当负载被启动时，负载电压接近电源电压，即源极电压接近电源电压。要让栅极电压比电源电压更高才能驱动 NMOS 管，这就是自举电路的作用。当然，也可以用专门的 BOOST 升压或者电荷泵驱动栅极，但自举驱动更为方便，且在电源电压较高时，升压电路设计较为麻烦。
　　在没有自举的情况下，高边 NMOS 并非完全无法导通。上电后初始状态，负载上就有 18V 电压、2A 电流。因为 Q1 栅极连接到电源正极，未被 Q2 拉低时，栅极被驱动到电源电压，约 30V。刚上电时，若 Q1 未导通，R2 上无电流，对地电压为 0，此时 MOS 管栅源电压有 30V，MOS 管会导通。但导通后负载电压上升，栅源电压持续下降，若负载电压升高到接近电源电压，MOS 管会截止，不过实际中不会振荡，而是卡在中间某个位置，栅源电压下降但不会使 MOS 管截止。然而，这种状态下 MOS 管不完全导通，30V 电压有 18V 加在负载上，剩下的 12V 都在 MOS 管上，叠加上 2A 电流，MOS 管会有 24W 发热功率，容易损坏。
　　自举驱动
　　从图中可知，电容 C1 一端是电源电压 30V，另一端是负载电压 18V，C1 会被充电到 12V。若用开关拉高 Q2 的基极，使 Q2 导通，会拉低 Q1 的栅极，使 Q1 完全截止，此时负载电压是 0V，电容 C1 被充到 30V。
　　然后让 Q2 截止，Q1 栅极很快上升到电源电压，Q1 逐渐导通，负载电压逐渐上升。BS 点的电压是负载电压加上电容两端的压差，由于电容之前已被充到 30V，所以 BS 点会逐渐升高到超过电源电压。BS 电压升高让 Q1 导通程度升高，使负载电压上升，又使 BS 电压更高，这个正反馈让 Q1 很快完全导通，30V 电源电压大部分加在负载电阻 R2 上。此时 BS 电压大约是电源电压的两倍，二极管 D1 用来阻止电容向电源倒灌，电容里充的电在各种漏电流的作用下电压缓慢下降。要让电容充电、电压恢复，需把开关拉低，Q2 导通后，Q1 截止。所以控制信号是低电平有效，在 Q2 截止时，Q1 导通，且控制信号应周期性拉高，及时给电容充电，避免 Q1 进入不完全导通的状态。因此，自举驱动时，控制信号的占空比不能达到 100%，这也是很多 DC - DC 芯片占空比到不了 100% 的原因。
　　增加稳压管
　　现在给 MOS 管栅源极上并一个稳压管，同时把 R1 的阻值增加到 10k，电容值也可减少一些。R4 只是为了让仿真不报错，可忽略。驱动信号换成一个 5V 的方波信号源 V2，输出频率 10Hz 的方波，模拟 PWM 控制信号，占空比 50%。探针 DRIVE 用来显示驱动电压的波形。
　　栅源电压的蓝色波形基本跟着驱动信号走，且被稳压管限制在 12V 左右。在驱动信号拉低的瞬间，BS 电压冲到 50V，然后快速下降，因为稳压管开始给电容放电。虽然栅极上串联了 10k 电阻，但驱动栅极的 BS 电压有 50V，经过 10k 电阻的栅极充电电流大概还是足够的。
　　不过，该电路存在几个问题：
　　二极管 D1 能否扛得住 BS 的电压；
　　电容 C1 耐压是否足够；
　　电阻 R1 发热量有多大。
　　常用的肖特基二极管 1N5819 耐压是 40V，BS 电压为两倍电源电压，加在二极管 D1 上的反向电压就是一倍电源电压 30V，理论上问题不大。但肖特基二极管反向漏电流相对较大，可能导致 BS 电压下降过快，可考虑换成 1N4007。虽然 BS 电压能到 60V，但电容 C1 上电压不会超过电源电压 30V，普通的 50V 耐压陶瓷电容基本就 OK 了，可尝试 100nF 50V 的 0603 或 0805 电容，仿真时按 50nF 容量计算。当 Q2 拉低时，电阻 R1 两边电压 30V，功耗 90mW，而 0603 电阻额定功耗 100mW，比较极限。所以把 R1 再增大到 15kΩ，这时功耗 60mW。做这些修改后，仿真曲线显示，因为 C1 容量减少了，VGS 存在明显的倾斜，不过应该问题不大，实在不行就增加容量，或者稍微增大稳压管的电压。
　　串联电容降压
　　可以把 C1 分成两个电容串联，每个电容上电压 15V，不超过 MOS 管栅源耐压，然后把栅极接到两个电容中间。
　　　15kΩ 的 R4 用来给栅极提供一个恒定的驱动电压，开启自举驱动的正反馈，但这个电阻并联在 C1 上，会造成 C1 和 C2 不能等分电源电压。不过仿真效果看起来还不错，探针 PC1 和 PC2 表示 C1 和 C2 上电压，看上去均分还行。而且关闭 MOS 管时，GS 上出现一个 - 15V 电压尖峰，这个负压可以加速 MOS 管关断，但具体原理还不太明确。
　　增加推挽驱动
　　还有一种用推挽电路加速 MOS 管开启的设计，就是再加一个 NPN 三极管和一个二极管。
　　增加了 Q3，对应推挽电路的上桥臂，用来快速把 C1 里的电充进 MOS 管栅极，不用再经过 R1。D3 和 Q2 构成下桥臂，Q2 导通后让 Q3 截止，然后经过 D3 给栅极快速放电。仿真可以看到 MOS 管开启瞬间，BS 电压迅速下降到 35V 左右，几乎没有之前电路从 60V 下降的那个过程，这就是 Q3 的作用。可以在栅极上串个小电阻，用来在导通瞬间缓冲一下，以免稳压管没反应过来，电容里 30V 冲过来一下把栅极击穿。把稳压管换成 TVS 可能效果更好，导通更快，漏电流更小。也可以把稳压管挪到 Q3 基极，直接限制驱动电压。仿真发现 BS 电压根本没有那个下降过程了，看起来很平滑。MOS 管开启非常快，关断稍微慢一点。