高压栅极驱动器自举电路设计
自举电路举例
自举电路是一种用于提高电压的电路，通常用于驱动需要高电压的设备，如场效应管等。
以下是一个简单的自举电路的例子：
假设我们有一个12V的电源和一个需要15V驱动电压的场效应管。
我们可以使用一个电容和一个二极管来构建一个自举电路，将电源电压提高到所需的15V。
具体来说，我们将电容的一端连接到电源的正极，另一端连接到场效应管的栅极。
同时，我们将二极管的正极连接到电容的另一端，负极连接到电源的负极。
当电源接通时，电容开始充电，并存储电荷。
由于二极管的单向导电性，电流只能从电容流向场效应管的栅极，从而将电压提高到所需的15V。
当电源断开时，电容将继续为场效应管的栅极提供所需的电压，直到电容上的电荷完全释放为止。
这个简单的自举电路可以用于许多不同的应用，例如音频放大器、电机控制器等。
通过改变电容和二极管的参数，我们可以根据需要调整输出电压的大小。
高压栅极驱动 ic 自举电路的设计与应用指南(
一、概述高压栅极驱动IC自举电路是一种常用于驱动MOSFET等功率器件的电路，其设计与应用对于提高系统的性能和稳定性具有重要意义。
本文将从基本原理、设计要点和实际应用等方面，对高压栅极驱动IC自举电路进行全面系统的介绍和分析，旨在为工程师和研究人员提供一份全面且实用的指南。
二、基本原理1. 高压栅极驱动IC自举电路的概念高压栅极驱动IC（Integrated Circuit）自举电路是一种能够产生驱动信号所需的高压电源的电路，通常用于驱动功率开关器件（如MOSFET、IGBT等）。
2. 自举电路的工作原理自举电路通过外部电容器储存电荷，在需要驱动时将这部分电荷释放，从而形成高压供电。
该电路能够有效地提供驱动信号所需的高电压，同时具有简单、高效等特点。
三、设计要点1. 电容器的选择在设计高压栅极驱动IC自举电路时，电容器的特性对电路的性能具有重要影响。
电容器的选择应考虑其容量、工作电压和频率特性等。
2. 电源管理电路自举电路需要有稳定可靠的电源管理电路，来保证其供电过程的稳定性和可靠性。
在设计时应选用合适的稳压器、电源管理IC等器件。
3. 驱动信号的匹配高压栅极驱动IC自举电路应能够有效地匹配待驱动器件的输入电压和电流要求，以确保系统的性能和稳定性。
四、实际应用1. 在功率电子系统中的应用高压栅极驱动IC自举电路广泛应用于各种功率电子系统中，如电源逆变器、电机驱动器、变流器等。
2. 在新能源领域的应用随着新能源技术的快速发展，高压栅极驱动IC自举电路在太阳能、风能等领域得到了广泛的应用，为新能源系统的高效工作提供了重要支持。
五、总结高压栅极驱动IC自举电路作为一种常见的功率器件驱动方案，在现代电子系统中具有重要的应用价值。
本文通过对其基本原理、设计要点和实际应用进行了全面介绍，旨在帮助读者更好地了解和应用这一技术，并在实际工程中取得更好的效果。
文章的篇幅可能不足3000字，需要根据实际情况继续扩展内容。
mos管自举驱动电路
mos管自举驱动电路自举驱动电路（Bootstrap Driver Circuit）是一种用于驱动功率MOSFET的电路。
它通常用于桥式逆变器、升压转换器等需要高速开关的电路中。
自举驱动电路利用了MOSFET的电容特性，在驱动信号周期性变化时，通过电容的充放电过程来提供所需的驱动电压。
这样可以在驱动信号频率较高的情况下保持驱动电路的工作稳定性。
自举驱动电路通常由一个高侧驱动电路和一个低侧驱动电路组成。
高侧驱动电路用于驱动高侧MOSFET的栅极，低侧驱动电路用于驱动低侧MOSFET的栅极。
在每个驱动电路中，一个功率MOSFET的栅极连接到一个NPN晶体管的集电极上，而NPN晶体管的发射极则连接到VCC电压。
此外，在高侧驱动电路中，MOSFET的源极还连接到一个电容上。
具体工作原理如下：1. 初始时刻，高侧驱动电路中的电容充满了电压VCC。
低侧驱动电路中的电容充满了电压VCC-Vin，其中Vin为低侧驱动信号。
2. 当低侧驱动信号变为高电平时，低侧的NPN晶体管导通，将低侧MOSFET的栅极拉低，使其导通。
3. 由于低侧MOSFET导通，电感中的电流开始增加。
4. 由于高侧MOSFET导通，电容开始放电，驱动电压逐渐下降。
5. 当驱动电压下降到一定程度时，高侧MOSFET将关闭，电容停止放电。
6. 当低侧驱动信号变为低电平时，低侧的NPN晶体管截止，低侧MOSFET断开。
7. 由于高侧MOSFET断开，电容开始充电，驱动电压逐渐增加。
8. 重复上述步骤，实现对功率MOSFET的高速开关。
自举驱动电路可以提供较高的驱动电压，从而减小MOSFET 的导通电阻，提高开关速度。
它具有结构简单、效率高、成本低等优点，在多种应用中得到了广泛应用。
工程师经验之高压栅极驱动器自举电路设计
工程师经验之高压栅极驱动器自举电路设计引言高压栅极驱动器是一种用于驱动功率MOSFET或IGBT的电路，它能够产生高达几百伏甚至上千伏的栅极驱动电压。
高压栅极驱动器自举电路设计是工程师在高电压驱动应用中常遇到的问题之一，本文将从设计的步骤、原理和注意事项等方面进行介绍。
设计步骤设计高压栅极驱动器自举电路需要经过以下几个步骤：1.确定需求：首先需要明确所驱动的功率MOSFET或IGBT的工作电压范围以及其所需的栅极驱动电流。
这将有助于确定设计参数，如输出电压和电流。
2.选择元件：选择适合的电容器和二极管。
电容器应具有较高的工作电压和适当的电容值，以满足输出需求。
二极管应具有较高的反向电压和快速恢复特性。
3.设计方案：根据需求和所选元件，设计自举电路的基本方案。
常用的自举电路方案包括简单的单极性自举电路和更复杂的双极性自举电路。
其中，单极性自举电路是最简单的方案，但它不能提供负电压输出；而双极性自举电路可以提供正负电压输出，但相对复杂一些。
4.电路分析：对所选方案进行电路分析，计算理论值和估算实际性能。
这将涉及到电荷注入和放电过程的计算，以及电容器和二极管的工作特性等。
5.仿真验证：使用电路仿真软件验证设计。
通过仿真可以检验设计的正确性，优化参数设置，并评估电路性能。
6.确定元件参数：根据仿真结果和实际需求，确定具体的元件参数。
例如，电容器的容值和电阻值，二极管的反向电压和反向恢复时间等。
7.原理图和PCB设计：根据元件参数，绘制高压栅极驱动器自举电路的原理图，并设计相应的PCB版图。
原理图和PCB设计应满足高电压和高电流的要求，如高电压间隔和大电流走线等。
8.制作和测试：将设计的原理图和版图制作成实际的电路板，并进行测试和调试。
测试应包括输出电压和电流的测量、电路的稳定性和可靠性等。
注意事项在设计高压栅极驱动器自举电路时，需要注意以下几个方面：1.安全性：高压栅极驱动器自举电路涉及到高电压和高电流，所以在设计和制作时，必须严格遵守安全规范，如使用高压绝缘材料和设备，确保安全接地等。
n型mos高端自举电路工作流程
n型mos高端自举电路工作流程N型MOSFET高端自举电路是一种常见的电路拓扑，用于驱动高侧N型MOSFET。
它通常用于要求高电压开关的应用中，比如直流-直流变换器和电机驱动器。
下面我将从多个角度全面介绍N型MOSFET高端自举电路的工作流程。
首先，让我们从电路结构的角度来看。
N型MOSFET高端自举电路通常由一个低端N型MOSFET、一个高端N型MOSFET、一个电感和一个电容组成。
在工作时，高端N型MOSFET的栅极被连接到电源电压，而它的漏极被连接到负载。
低端N型MOSFET的栅极被连接到控制信号，漏极连接到地。
电容器用于存储电荷，而电感则用于平滑电流。
其次，让我们从工作原理的角度来看。
在N型MOSFET高端自举电路中，当低端N型MOSFET导通时，电容器开始充电，将高端N型MOSFET的栅极极性反转，使其导通。
一旦高端N型MOSFET导通，它开始为负载提供电流。
在这个过程中，电容器不断地为高端N型MOSFET的栅极提供所需的电荷，从而保持其导通状态。
当低端N型MOSFET关闭时，电容器通过高端N型MOSFET继续为负载提供电流，从而实现了自举效应。
此外，让我们从优缺点的角度来看。
N型MOSFET高端自举电路的优点包括，能够实现高侧开关，适用于高电压应用，电路简单，成本较低。
然而，它也存在一些缺点，比如在启动时需要一定的时间来充电电容器，同时需要额外的电路来控制低端N型MOSFET的导通。
综上所述，N型MOSFET高端自举电路通过合理的电路结构和工作原理，实现了高侧开关的功能，适用于许多高压应用。
当然，在实际设计中，还需要考虑电路的稳定性、效率和保护等方面的问题。
希望这些信息能够帮助你更好地理解N型MOSFET高端自举电路的工作流程。
AN-6076SC-自举电路讲解(中文版)
3. 自举部件的设计流程
3.1 选择自举电容
自举电容 (Cboot) 在低端驱动器导通，输出电压低于栅极 驱动器的电源电压 (VDD) 时每次都被充电。自举电容仅 当高端开关导通的时候放电。自举电容给高端电路提供
电源 (VBS)。首先要考虑的参数是高端开关处于导通时， 自举电容的最大电压降。允许的最大电压降 (VBOOT) 取决 于要保持的最小栅极驱动电压 （对于高端开关） 。如果
© 2008 飞兆半导体 Rev. 1.0.0 • 6/8/09
4
AN-6076
tON = 高端导通时间；和 ILKDIODED = 自举二极管的漏电流；
电容器的漏电流，只有在使用电解电容器时，才需要考 虑，否则，可以忽略不计。
使用说明书
快恢复二极管RS1M的正向导通压降为VFW=1.3V
2. 高速栅极驱动电路
2.1 自举栅极驱动技术
本节重点讲在不同开关模式的功率转换应用中，功率型 MOSFET 和 IGBT 对自举式栅极驱动电路的要求。当输 入电平不允许高端 N 沟道功率型 MOSFET 或 IGBT 使用 直接式栅极驱动电路时，我们就可以考虑自举式栅极驱 动技术。这种方法被用作栅极驱动和伴发偏置电路，两 者都以主开关器件的源极作为基准。驱动电路和偏置电 路 都 在 相 对 于 器 件 源 极 的 两 个 输 入 电 压 之 间 摆 动。但 是，驱动电路和它的浮动偏置可以通过低压电路实现， 因为输入电压不会作用到这些电路上。驱动电路和接地 控制信号通过一个电平转换电路相连。该电平转换电路 必须允许浮动高端和接地低端电路之间存在高电压差和 一定的电容性开关电流。高电压栅极驱动 IC 通过独特的 电 平 转 换 设 计 差 分 开。为 了 保 持 高 效 率 和 可 管 理 的 功 耗，电平转换电路在主开关导通期间，不能吸收任何电 流。对于这种情况，我们经常使用脉冲式锁存电平转换 器，如图 1 所示。
自举升压电路
自举升压电路自举升压电路的原理图，如图1所示。
所谓的自举升压原理，就是在输入端IN输入一个方波信号，利用电容Cboot将A点电压抬升至高于VDD的电平，这样就可以在B端输出一个与输入信号反相，且高电平高于VDD的方波信号。
具体工作原理如下。
当VIN为高电平时，NMOS管N1导通，PMOS管P1截止，C点电位为低电平。
同时N2导通，P2的栅极电位为低电平，则P2导通。
这就使得此时A点电位约为VDD，电容Cboot两端电压UC≈VDD。
由于N3导通，P4截止，所以B点的电位为低电平。
这段时间称为预充电周期。
当VIN变为低电平时，NMOS管N1截止，PMOS管P1导通，C点电位为高电平，约为VDD。
同时N2、N3截止，P3导通。
这使得P2的栅极电位升高，P2截止。
此时A 点电位等于C点电位加上电容Cboot两端电压，约为2VDD。
而且P4导通，因此B点输出高电平，且高于VDD。
这段时间称为自举升压周期。
实际上，B点电位与负载电容和电容Cboot的大小有关，可以根据设计需要调整。
具体关系将在介绍电路具体设计时详细讨论。
在图2中给出了输入端IN电位与A、B两点电位关系的示意图。
驱动电路结构图3中给出了驱动电路的电路图。
驱动电路采用Totem输出结构设计，上拉驱动管为NMOS管N4、晶体管Q1和PMOS管P5。
下拉驱动管为NMOS管N5。
图中CL为负载电容，Cpar为B点的寄生电容。
虚线框内的电路为自举升压电路。
本驱动电路的设计思想是，利用自举升压结构将上拉驱动管N4的栅极（B点）电位抬升，使得UB>VDD+VTH ，则NMOS管N4工作在线性区，使得VDSN4 大大减小，最终可以实现驱动输出高电平达到VDD。
而在输出低电平时，下拉驱动管本身就工作在线性区，可以保证输出低电平位GND。
因此无需增加自举电路也能达到设计要求。
考虑到此驱动电路应用于升压型DC－DC转换器的开关管驱动，负载电容CL很大，一般能达到几十皮法，还需要进一步增加输出电流能力，因此增加了晶体管Q1作为上拉驱动管。
利用MOSFET管自举升压驱动电路
利用MOSFET管自举升压驱动电路MOS管最显著的特性是开关特性好，所以被广泛应用在需要电子开关的电路中，常见的如开关电源和马达驱动，也有照明调光。
现在的MOS驱动，有几个特别的需求，1，低压应用当使用5V电源，这时候如果使用传统的图腾柱结构，由于三极管的be有0.7V左右的压降，导致实际最终加在gate上的电压只有4.3V。
这时候，我们选用标称gate电压4.5V的MOS管就存在一定的风险。
同样的问题也发生在使用3V或者其他低压电源的场合。
2，宽电压应用输入电压并不是一个固定值，它会随着时间或者其他因素而变动。
这个变动导致PWM电路提供给MOS管的驱动电压是不稳定的。
为了让MOS管在高gate电压下安全，很多MOS管内置了稳压管强行限制gate电压的幅值。
在这种情况下，当提供的驱动电压超过稳压管的电压，就会引起较大的静态功耗。
同时，如果简单的用电阻分压的原理降低gate电压，就会出现输入电压比较高的时候，MOS管工作良好，而输入电压降低的时候gate电压不足，引起导通不够彻底，从而增加功耗。
3，双电压应用在一些控制电路中，逻辑部分使用典型的5V或者3.3V数字电压，而功率部分使用12V甚至更高的电压。
两个电压采用共地方式连接。
这就提出一个要求，需要使用一个电路，让低压侧能够有效的控制高压侧的MOS管，同时高压侧的MOS管也同样会面对1和2中提到的问题。
在这三种情况下，图腾柱结构无法满足输出要求，而很多现成的MOS驱动IC，似乎也没有包含gate电压限制的结构。
于是我设计了一个相对通用的电路来满足这三种需求。
电路图如下：图1用于NMOS的驱动电路图2用于PMOS的驱动电路这里我只针对NMOS驱动电路做一个简单分析：Vl和Vh分别是低端和高端的电源，两个电压可以是相同的，但是Vl不应该超过Vh。
Q1和Q2组成了一个反置的图腾柱，用来实现隔离，同时确保两只驱动管Q3和Q4不会同时导通。
R2和R3提供了PWM电压基准，通过改变这个基准，可以让电路工作在PWM信号波形比较陡直的位置。
供高电压栅极驱动器IC使用的自举电路的设计和使用准则
图 12. 情况 2 的 VB 和 VS 波形 VB=VBS+VS<0导致寄生二极管DBCOM导通VB被箝位在0V 一 种 实 用 的 电 路 可 能 处 在 以 上 两 种 极 限 之 间，结 果 是 VBS 电压稍微增大，和 VB 稍低于 VDD，如图 13 所示。
VB
VS
VB 䖥 COM VBS ࡴ
LS2
GND
- VS
D1
iLOAD iFree
V COUT
OUT
图 5. 降压转换器 图 6 描述了高端 N 沟道 MOSFET 关断期间的电压波形。
图 3. 半桥式应用电路
HIN
t
VS -COM
-VS
t
㓁⌕
图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
B⚍ C⚍ VGS=B-C П䯈
VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
㛝ކথ⫳఼
IN
䌃䗮⬉⌕㸹ٓᷙᵕ偅ࡼ఼
VB
UVLO
HO
RR
ాໄ⍜䰸఼
S
Q
VS
图 1. 高端驱动集成电路的电平转换器
2.2 自举式驱动电路工作原理
自举式电路在高电压栅极驱动电路中是很有用的，其工
作原理如下。当 VS 降低到 IC 电源电压 VDD 或下拉至地 时 （低端开关导通，高端开关关断），电源 VDD 通过自 举电阻， RBOOT，和自举二极管， DBOOT，对自举电容 CBOOT，进行充电，如图 2 所示。当 VS 被高端开关上拉 到一个较高电压时，由 VBS 对该自举电容充电，此时， VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压 （低 端开关关断，高端开关导通）和 IC 电源电压 VDD，被隔 离开。
AN-6076高压栅极驱动 IC 自举电路的设计与应用指南
DBOOT
VDC INPUT
IN VB CBOOT Q1 B RGATE LS1 GND VS C LS2
GND
HVIC
VDD
RBOOT DBOOT
HO
A
CDRV
iLOAD C iFree COUT
VB
RG1
VOUT
- VS
DHO
CBOOT Ls1
Q1 High Side OFF
VDC
t -VS
Freewheeling
VB
UVLO PULSE GENERATOR Shoot-through current compensated gate driver
IN
NOISE CANCELLER
R S
R Q
HO
VS
图 1. 高端驱动集成电路的电平转换器
2.2 自举式驱动电路工作原理
自举式电路在高电压栅极驱动电路中是很有用的，其工 作原理如下。 当 VS 降低到 IC 电源电压 VDD 或下拉至地 时 （低端开关导通，高端开关关断） ，电源 VDD 通过自 举电阻， RBOOT，和自举二极管， DBOOT，对自举电容 CBOOT，进行充电，如图 2 所示。当 VS 被高端开关上拉 到一个较高电压时，由 VBS 对该自举电容充电，此时， VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压 （低 端开关关断，高端开关导通）和 IC 电源电压 VDD，被隔 离开。
DC SUPPLY
2.4 VS 引脚产生负电压的原因
如图 5 所示，低端续流二极管的前向偏置是已知的将 VS 下低到 COM( 地 ) 以下的原因之一。 主要问题出现在整流器换向期间，仅仅在续流二极管开 始箝压之前。 在这种情况下， 电感 LS1 和 LS2 会将 VS 压低到 COM 以 下，甚至如上所述的位置或正常稳态。 该负电压的放大倍数正比于寄生电感和开关器件的关断 速度， di/dt ；它由栅极驱动电阻， RGATE 和开关器件的 输入电容， Ciss 决定。 Cgs 与 Cgd 的和，称为密勒电容。
IR21系列栅极驱动自举升压原理
IR21系列栅极驱动自举升压原理引言：一、自举升压原理概述：自举升压器是一种能够从低电压源中提供所需的高电压的电路。
它的基本原理是利用电容器的充电和放电过程，在合适的时机快速切换电压，实现电压升级。
二、IR21系列栅极驱动器原理：该驱动器的基本原理如下：1.驱动器采用了一个内部集成的升压电路，包括一个充电电容器和一个电压切换电路。
2.当驱动器的输入端连接到12V电源电压时，充电电容器开始充电。
充电电流通过电流限制电阻进行控制，以防止过量充电。
3.一旦充电电容器达到一定电压（比如说10V），切换电路就会将输入电压切换到电容器的正极，这个时候充电电容器开始放电。
4.放电过程中，电压切换电路将电容器的负极接地，通过电感和二极管形成回路，使电容器能够快速放电，产生高电压。
5.驱动器的输出端口连接到MOSFET的栅极，将高电压传递给MOSFET，从而驱动MOSFET。
三、IR21系列栅极驱动器的特点：1.高集成度：IR21系列栅极驱动器采用了集成电路技术，具有高度集成的特点，减小了电路的体积和成本。
2.高电压输出：驱动器能够从低电压源中提供高达100V的电压，满足驱动高压功率晶体管和MOSFET的要求。
3.低功耗：驱动器采用了自举升压技术，能够高效地利用能量，减少功耗。
4.快速响应：驱动器能够快速切换电压，响应时间短，适合高速电路驱动应用。
结论：IR21系列栅极驱动自举升压原理是一种高效、紧凑的驱动器技术，广泛应用于高压功率MOSFET和晶体管驱动电路中。
通过充电和放电过程，该驱动器能够从低电压源中提供所需的高电压，具有高集成度、高电压输出、低功耗和快速响应等特点。
正是因为这些优点，IR21系列栅极驱动器在电子设备中越来越得到了广泛的应用。
MOSFET栅极应用电路分析汇总（驱动、加速、保护、自举等等）
MOSFET栅极应用电路分析汇总（驱动、加速、保护、自举等等）我们学电源电源看这里电源界第一大公众平台28000 电源工程师关注【新朋友】点击标题下面蓝字“电源研发精英圈”快速关注【老朋友】点击右上角按钮，将本文分享到您的朋友圈电源研发精英圈技术交流群（新）：539681241开关电源视频教程购买请加小编微信号：gcj5055查看电源工程师各地工资水平，请关注本公众号然后回复：工资投稿挣红包【最新通知】电源企业怎么快速招到电源工程师？各地招聘电源工程师（点击下面蓝色标题可直接查看）【深圳】招聘电源研发经理/工程师/电源PIE【广东河源】招聘电源工程师/助理工程师/layout工程师【北京】招聘电源工程师/项目负责人/电力电子软件工程师【浙江宁波】招聘总工程师/电源工程师/维修工程师/PE/销售/市场/品质/生产计划【东莞2】招聘电源工程师【广州2】招聘电源工程师/DSP工程师/ARM网络控制技术人员【佛山】招聘开关电源工程师/助理工程师【广州】招聘电源研发工程师【东莞1】招聘电源工程师/电子工程师/助理工程师MOSFET栅极应用电路汇总MOSFET是一种常见的电压型控制器件，具有开关速度快、高频性能、输入阻抗高、噪声小、驱动功率小、动态范围大、安全工作区域(SOA)宽等一系列的优点，因此被广泛的应用于开关电源、电机控制、电动工具等各行各业。
栅极做为MOSFET本身较薄弱的环节，如果电路设计不当，容易造成器件甚至系统的失效，因此发这篇文章将栅极常见的电路整理出来供大家参考讨论，也欢迎大家提出自己的观点。
MOSFET栅极电路常见的作用有以下几点。
1:去除电路耦合进去的噪音，提高系统的可靠性。
2：加速MOSFET的导通，降低导通损耗。
3：加速MOSFET的关断，降低关断损耗。
4：降低MOSFET DI/DT，保护MOSFET 同时抑制EMI干扰。
5：保护栅极，防止异常高压条件下栅极击穿。
6：增加驱动能力，在较小的信号下，可以驱动MOSFET。
工程师经验之高压栅极驱动器自举电路设计
工程师经验之高压栅极驱动器自举电路设计本文讲述了一种运用于功率型2. 高速栅极驱动电路1自举栅极驱动技术2自举式驱动电路工作原理S 降低到IC 电源电压VDD 或下拉至地时（低端开关导通，高端开关关断），电源VDD 通过自举电阻，RBOOT，和自举BOOT，对自举电容CBOOT，进行充电，如图2 所示。
当VS 被高端开关上拉到一个较高电压时，由VBS 对该自举电容充电，此时，VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压（低端开关关断，高端开关导通）和IC 电源电压VDD，被隔离开。
3自举式电路的缺点BOOT，刷新电荷所需时间的限制。
S引脚，可能会明显地将某些内部电路下拉到地以下，如图4 所示。
另外一个问题是，该负电压的转换可能会使自举电容处于过压状态。
BOOT，通过自举二极管DBOOT，被电源VDD瞬间充电。
DD 电源以地作为基准，自举电容产生的最大电压等于VDD 加上源极上的负电压振幅。
4VS引脚产生负电压的原因S下低到COM （地）以下的原因之一。
GATE 和开关器件的输入电容，Ciss 决定。
5VS 引脚电压下冲的影响S 电压下冲没有超过规定的绝对最大额定值，栅极驱动IC 不会受到损害。
然而，当VS 处于如图8 所示的下冲状态时，高端输出不会对输入转换作出响应。
在这种情况下，高端栅极驱动电路的电平转换器不会受到工作电压余量不足的影响。
需要注意的是，大多数事实证明高端通常不需要在一个开关动作之后立即改变状态。
6考虑闭锁效应S电压严重不足和由此产生闭锁效应之间的关系。
DD由一个零欧姆电源驱动，通过一个理想二极管连接到VB，如图9 所示。
当大电流流过续流二极管时，由于di/dt 很大，VS电压将低于地电压。
这时，闭锁危险发生了，因为栅极驱动器内部的寄生二极管DBS，最终沿VS 到VB 方向导通，造成下冲电压与VDD叠加，使得自举电容被过度充电，如图10 所示。
DD=15V，VS下冲超过10V，迫使浮动电源电压在25V 以上，二极管DBS有被击穿的危险，进而产生闭锁。
IR21系列栅极驱动自举升压原理
IR21系列栅极驱动自举升压原理引言：一、电路结构及工作原理1. 输入电源（Vin）：用于提供初始电压。
2. 开关管（M1-M4）：由四个场效应管（FET）组成，用于控制电流的开关，可以将Vin分配到输出电压。
3. 驱动电源（Vdrive）：用于驱动M1-M4开关管的驱动电压。
4. 自举电路（Bootstrap circuit）：通过将驱动电压Vdrive应用到M2和M4的栅极，使其能够提供较高的驱动电流。
1. 初始状态：当输入电源（Vin）施加时，驱动电源（Vdrive）开始工作。
驱动电源将一部分电压（一般为Vin的一半）通过反相器IC1输出到M1和M4的栅极上，将其导通。
而M2和M3的栅极则连接到驱动电源Vdrive，使其处于关闭状态。
2. 上升边沿：当IC1的输出电压上升时，M1和M4的栅极上的电压也随之上升。
同时，M2和M3的栅极则由驱动电源Vdrive提供电压，维持其处于关闭状态。
因此，此时M1和M4导通，M2和M3截止。
电流从输入电源Vin经过M1流入M4，并继续流向负载。
负载电流通过M4的漏极回流到输入电源Vin上。
3. 下降边沿：当IC1的输出电压下降时，M1和M4的栅极上的电压也随之下降。
同时，驱动电源Vdrive提供的电压作用于M2和M3的栅极，使其导通。
此时，M2和M3导通，M1和M4截止。
电流从输入电源Vin流入M2，并继续流向负载。
负载电流通过M2的漏极回流到输入电源Vin上。
通过这样的工作原理，电路能够实现将输入电压升高至更高的电压。
二、优势及应用领域1.高效率：由于采用了自举电路，驱动电源能够提供高驱动电流，从而提高了系统的效率。
2.高电压输出：借助栅极驱动自举升压原理，可以实现输入电压向更高的电压转换，满足高压要求。
3.可靠性：采用了场效应管（FET）作为开关管，具有低导通压降和快速开关速度，能够提供可靠的开关特性。
1.可穿戴设备：在可穿戴设备如智能手表、健康监测器等中，常需要将低电压升高以满足设备对高压的需求。
高压栅极驱动ic自举电路的设计与应用指南
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栅压自举开关的设计与仿真
1.66V ，这就使 M 8 的 V gs 基本上保持恒定 1.66V ，达到了栅极电压自举的
效果，减小了开关 M 8 导通电阻的非线性。 图 3 给出了自举采样开关的输入输出波形图。从图中可以看出，采样 相时，输出 V out 跟随输入电压 V in 变化；保持相时，采样开关关断，输出 电压基本为零。
栅压自举开关的设计与仿真
为 了 降 低 MOS 开 关 导 通 电 阻 的 非 线 性 ， 常 常 采 用 栅 压 自 举 技 术 （ bootstrap ）结构，可以提高输入开关的线性度，减小失真。在具体的应 用电路中这种电路一般用在整个 ADC 的最前端。目的是为了减小信号进 入前端采样保持电路时由开关引入的失真。 ，图 1 所示的电路图是本设计 中采用的结构。
图 2 自举采样开关 V gs 仿真波形图
图 3 自举采样开关的输入输出关系图
本课题设计的采样保持电路为差分结构，因此将图 1 所示的两个开关 连成差分形式，输入信号频率为 48.83MHz ，采样频率为 100MHz ，在时域 很难看出开关的性能，对频域输出做 2048 个点的 DFT 分析 , 频域输出如图
增加了电路的速度。这一部分的主要功能是保证在 _clk 1s 为高电平时， M 3 能够导通，对电容 C 3 充电。因为在 _clk 1s 为高电平时，C 3 的上极板电压由 于上个周期的充电，此时 M 3 源极电压可能在 V DD 附近，为了让 M 3 能够快 速导通，必须采用这部分电路，确保 M 3 的栅电压足够高，设计时需要注 意一点，为了让 C 3 充电的速度足够快， M 3 的宽长比需要较大的值，本设 计中 M 3 的宽长比是 M 1 和 M 2 的 4 倍。 图 2 是这个自举采样开关电路的仿真结果，上图为 V g -V s ，即 M 8 的栅 源电压差，下图分别为 V g 和 V s 的波形。采用 Chartered 0.18um CMOS 工 艺模型，在 Cadence 的环境下，利用 Spectre 模拟软件对电路进行了仿真， ， 电源电压为 1.8V ，输入信号为 20MHz 正弦波，峰峰值为 1V（ 0.5V-1.5V ） 采样时钟频率为 100MHz 。可以看出当 M 8 导通时候，由图 3.5 上图可知栅 极电压跟随源极电压的变化，栅极电压基本高出 V in 电压一个恒定值约为
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占空比和导通时间受限于自举电容 CBOOT，刷新电荷所 需时间的限制。
这个电路最大的难点在于：当开关器件关断时，其源极的 负电压会使负载电流突然流过续流二极管，如图 3 所示。
该负电压会给栅极驱动电路的输出端造成麻烦，因为它 直接影响驱动电路或 PWM 控制集成电路的源极 VS 引 脚，可能会明显地将某些内部电路下拉到地以下，如图 4 所示。另外一个问题是，该负电压的转换可能会使自举 电容处于过压状态。
Ls2 RG2
ifree
Q2 㓁⌕䏃ᕘ
使用说明书
2.4 VS 引脚产生负电压的原因
如图 5 所示，低端续流二极管的前向偏置是已知的将 VS 下低到 COM （地）以下的原因之一。
主要问题出现在整流换向期间，仅仅在续流二极管开始 箝压之前。
在这种情况下，电感 LS1 和 LS2 会将 VS 压低到 COM 以 下，甚至超过如上所述的位置或正常稳态。
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图 6. 关断期间的波形
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2.5 VS 引脚电压下冲的影响
如果电压下冲幅度超过规定的绝对最大额定值，栅极驱 动集成电路受到损害，或者栅极驱动集成电路暂时锁存 现态。
图 7 显示高端输出信号没有随输入信号而改变但发生闭 锁现象，此时，半桥电路中的外部主高端和低端开关处 于短路状态。
使用说明书
2.7 寄生电感效应
负电压的振幅是：
VS − COM = −(VRBOOT + VFDBOOT ) − (LS1 + LS2 )di dt
(1)
为了减小流过寄生电感的电流随时间变化曲线的斜度， 要使等式 1 中的导数项最小。
例如：一个 10 安培， 25V 的栅极驱动器，它的寄生电 感是 100nH，如果在 50ns 内开关，那么 VS 与地之间的 负电压尖峰是 20V。
自举电容 CBOOT，通过自举二极管 DBOOT，被电源 VDD 瞬间充电。
由于 VDD 电源以地作为基准，自举电容产生的最大电压 等于 VDD 加上源极上的负电压振幅。
Ⳉ⌕⑤
HIN LIN
RBOOT
DBOOT
VB
VDD
HO
HIN
LIN
VS
CIN
COM
LO
RG1 Q1 催ッ݇
CBOOT
Ls1 iLoad
VDD
VB
DBS
COM
VS
ᷙᵕ偅ࡼ఼
图 9. 情况 1：理想自举电路
䕧ܹ VB VS
䕧ߎ
ֵো϶༅䯂乬
催 V BS
GND
图 8. 信号丢失情况下的波形
图 10. 情况 1 的 VB 和 VS 波形
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tON = 高端导通时间；和 ILKDIODED = 自举二极管的漏电流；
电容器的漏电流，只有在使用电解电容器时，才需要考 虑，否则，可以忽略不计。
使用说明书
外部二极管导致的电压降大约为 0.7V。假设电容充电时
自举电容的电荷总量通过等式 4 计算：
QTOTAL = QGATE + (ILKCAP + ILKGS + IQBS + ILK + ILKDIODE) ⋅ tON + QLS
(4)
其中：
QGATE = 栅极电荷的总量 ILKGS = 开关栅 - 源级漏电流； ILKCAP = 自举电容的漏电流； IQBS = 自举电路的静态电流； ILK = 自举电路的漏电流； QLS= 内部电平转换器所需要的电荷，对于所有的高压栅 极驱动电路，该值为 3nC ；
VGSMIN 是最小的栅 - 源极电压，电容的电压降必须是：
Δ VBOOT = VDD − VF − VGSMIN
(2)
其中：
VDD = 栅极驱动器的电源电压；和 VF = 自举二极管正向电压降 [V]
计算自举电容为：
CBOOT
=
QTOTAL ΔVBOOT
(3)
其中 QTOTAL 是电容器的电荷总量。
RBOOT DBOOT
Ⳉ⌕⑤
VDD
VB
VDD
HO
VS
COM
LO
RG1 CBOOT
RG2
㞾В⌕⬉⬉ܙ䏃ᕘ 㞾Вᬒ⬉⬉⌕䏃ᕘ
Q1 ILOAD
䋳䕑 Q2
图 2. 自举式电源电路
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AN-6076
2.3 自举式电路的缺点
使用说明书 AN-6076
供高电压栅极驱动器 IC 使用的自举电路的设计和使用准则
1. 引言
本文讲述了一种运用于功率型 MOSFET 和 IGBT 设计高 性能自举式栅极驱动电路的系统方法，适用于高频率， 大功率及高效率的开关应用场合。不同经验的电力电子 工程师们都能从中获益。在大多数开关应用中，开关功 耗主要取决于开关速度。因此，对于绝大部分本文阐述 的大功率开关应用，开关特性是非常重要的。自举式电 源 是 一 种 使 用 最 为 广 泛 的，给 高 压 栅 极 驱 动 集 成 电 路 (IC) 的高端栅极驱动电路供电的方法。这种自举式电源 技术具有简单，且低成本的优点。但是，它也有缺点， 一是占空比受到自举电容刷新电荷所需时间的限制，二 是当开关器件的源极接负电压时，会发生严重的问题。 本文分析了最流行的自举电路解决方案；包括寄生参 数，自举电阻和电容对浮动电源充电的影响。
该负电压的放大倍数正比于寄生电感和开关器件的关断 速度， di/dt ；它由栅极驱动电阻， RGATE 和开关器件的 输入电容， Ciss 决定。 Cgs 和 Cgd 的和，称为密勒电容。
VCC 䕧ܹ
CDRV
DBOOT
VDC
IN VDD GND
HVIC
VB
CBOOT
Q1
HO
A
B RGATE
VS
C
LS1 C
LS2
GND
- VS
D1
iLOAD iFree
V COUT
OUT
图 5. 降压转换器 图 6 描述了高端 N 沟道 MOSFET 关断期间的电压波形。
图 3. 半桥式应用电路
HIN
t
VS -COM
-VS
t
㓁⌕
图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
B⚍ C⚍ VGS=B-C П䯈
VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
(5)
其中：
ICHARGE = 自举电容的充电电流； RBOOT= 自举电阻；和 tCHARGE= 自举电容的充电时间 ( 低端导通时间 )
VCC
VCC
VB
DBCOM
COM
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
VS
ᷙᵕ偅ࡼ఼
图 11. 情况 2：理想浮动电源
VB VS
VB ԢѢ COM
GND
图 12. 情况 2 的 VB 和 VS 波形
一 种 实 用 的 电 路 可 能 处 在 以 上 两 种 极 限 之 间，结 果 是 VBS 电压稍微增大，和 VB 稍低于 VDD，如图 13 所示。
㛝ކথ⫳఼
IN
䌃䗮⬉⌕㸹ٓᷙᵕ偅ࡼ఼
VB
UVLO
HO
RR
ాໄ⍜䰸఼
S
Q
VS
图 1. 高端驱动集成电路的电平转换器
2.2 自举式驱动电路工作原理
自举式电路在高电压栅极驱动电路中是很有用的，其工
作原理如下。当 VS 降低到 IC 电源电压 VDD 或下拉至地 时 （低端开关导通，高端开关关断），电源 VDD 通过自 举电阻， RBOOT，和自举二极管， DBOOT，对自举电容 CBOOT，进行充电，如图 2 所示。当 VS 被高端开关上拉 到一个较高电压时，由 VBS 对该自举电容充电，此时， VBS 电源浮动，自举二极管处于反向偏置，轨电压 （低 端开关关断，高端开关导通）和 IC 电源电压 VDD，被隔 离开。
2. 高速栅极驱动电路
2.1 自举栅极驱动技术
本节重点讲在不同开关模式的功率转换应用中，功率型 MOSFET 和 IGBT 对自举式栅极驱动电路的要求。当输 入电平不允许高端 N 沟道功率型 MOSFET 或 IGBT 使用 直接式栅极驱动电路时，我们就可以考虑自举式栅极驱 动技术。这种方法被用作栅极驱动和伴发偏置电路，两 者都以主开关器件的源极作为基准。驱动电路和偏置电 路 都 在 相 对 于 器 件 源 极 的 两 个 输 入 电 压 之 间 摆 动。但 是，驱动电路和它的浮动偏置可以通过低压电路实现， 因为输入电压不会作用到这些电路上。驱动电路和接地 控制信号通过一个电平转换电路相连。该电平转换电路 必须允许浮动高端和接地低端电路之间存在高电压差和 一定的电容性开关电流。高电压栅极驱动 IC 通过独特的 电 平 转 换 设 计 差 分 开。为 了 保 持 高 效 率 和 可 管 理 的 功 耗，电平转换电路在主开关导通期间，不能吸收任何电 流。对于这种情况，我们经常使用脉冲式锁存电平转换 器，如图 1 所示。
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图 7. 闭锁情况下的波形
使用说明书
2.6 考虑闭锁效应
最完整的高电压栅极驱动集成电路都含有寄生二极管， 它被前向或反向击穿，就可能导致寄生 SCR 闭锁。闭锁 效应的最终结果往往是无法预测的，破坏范围从器件工 作时常不稳定到完全失效。栅极驱动集成电路也可能被 初次过压之后的一系列动作间接损坏。例如，闭锁导致 两输出驱动同时置于高态，造成交叉传导，从而导致开 关故障，并最终使栅极驱动器集成电路遭受灾难性破 坏。如果功率转换电路和 / 或栅极驱动集成电路受到破 坏，这种失效模式应被考虑成一个可能的根本原因。下 面的理论极限可用来帮助解释 VS 电压严重不足和由此产 生闭锁效应之间的关系。