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
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
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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。
LS2
GND
- VS
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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
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图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
B⚍ C⚍ VGS=B-C П䯈
VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
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假想自举电源被理想浮动电源替代,如图 11 所示举电路,就能实现这种情况。这时, 如果 VS 过冲超过数据表 (datasheet) 规定的最大 VBS 电 压,闭锁危险就会发生,因为寄生二极管 DBCOM 最终沿 COM 端到 VB 方向导通,如图 12 所示。
高压栅极驱动 ic 自举电路的设计与应用指南(
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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。
驱动高压浮动MOSFET的自举电容设计
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驱动高压浮动MOSFET的自举电容设计
刘桂英;成叶琴;周琴
【期刊名称】《上海电机学院学报》
【年(卷),期】2009(012)003
【摘要】介绍高压浮动MOSFET自举驱动电路的工作原理和高压驱动芯片的内部原理;讨论影响自举电容设计的各种因素,并给出自举电容的计算公式.通过实例,以测试波形来证明设计结果的准确性,表明其具有实际应用价值.
【总页数】4页(P190-193)
【作者】刘桂英;成叶琴;周琴
【作者单位】上海电机学院,电气学院,上海,200240;上海电机学院,电气学院,上海,200240;上海电机学院,电气学院,上海,200240
【正文语种】中文
【中图分类】TN86;TN712
【相关文献】
1.MOSFET驱动中自举电路的可靠性设计 [J], 郭夏;宋莹君;张春雷;
2.自举电路在MOSFET驱动中的应用 [J], 顾建平;夏春燕
3.高压浮动MOSFET栅极驱动器原理及应用 [J], 樊晓光;孙卫
4.高压浮动MOSFET栅极驱动技术 [J], 李正中;孙德刚
5.自举高端驱动浮动地负过冲闭锁问题 [J], 王友军
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高压栅极驱动器自举电路设计
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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。
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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。
工程师经验之高压栅极驱动器自举电路设计
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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。
AN-6076SC-自举电路讲解(中文版)
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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
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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
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。
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
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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
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V COUT
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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
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VS -COM
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图 4. 关断期间的 VS 波形
A⚍
VBS
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VDC+VGSˈᆚࢦ VDC
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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。
自举电路与H桥驱动电路
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自举电路百科名片自举电路也叫升压电路,利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件,使电容放电电压和电源电压叠加,从而使电压升高.有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。
举个简单的例子:有一个12V的电路,电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压,这个电压怎么弄出来?就是用自举。
通常用一个电容和一个二极管,电容存储电压,二极管防止电流倒灌,频率较高的时候,自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压,起到升压的作用。
自举电路只是在实践中定的名称,在理论上没有这个概念。
自举电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。
甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半,但在实际的测试中,输出电压远达不到Vcc的一半。
其中重要的原因就需要一个高于Vc c的电压。
所以采用自举电路来升压。
常用自举电路(摘自fair child,使用说明书A N-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》)P 沟道高端栅极驱动器直接式驱动器:适用于最大输入电压小于器件的栅-源极击穿电压。
开放式收集器:方法简单,但是不适用于直接驱动高速电路中的MOSFE T。
电平转换驱动器:适用于高速应用,能够与常见P WM 控制器无缝式工作。
N 沟道高端栅极驱动器直接式驱动器:MOSFEF最简单的高端应用,由PWM 控制器或以地为基准的驱动器直接驱动,但它必须满足下面两个条件:VCC<Vgs,max and Vdc<VCC-Vgs,miller浮动电源栅极驱动器:独立电源的成本影响是很显著的。
光耦合器相对昂贵,而且带宽有限,对噪声敏感。
变压器耦合式驱动器:在不确定的周期内充分控制栅极,但在某种程度上,限制了开关性能。
高侧mos自举电容原理
![高侧mos自举电容原理](https://img.taocdn.com/s3/m/43a4874903768e9951e79b89680203d8ce2f6ab5.png)
高侧mos自举电容原理高侧MOS自举电容原理引言在电源管理和驱动电路设计中,高侧驱动MOSFET(金属氧化物场效应晶体管)是一个常见的组件。
高侧MOS自举电容原理是其中一种常用的驱动方式。
本文将从浅入深,逐步解释高侧MOS自举电容的原理及其应用。
什么是高侧MOS自举电容原理?高侧MOS自举电容原理,简称自举电容原理,是一种通过利用电容放电和充电的方式,为高侧驱动MOSFET提供足够的驱动电压的方法。
自举电容原理的工作原理自举电容原理的核心是利用电容器的存储电荷,通过放电和充电的方式,提供足够的电压来驱动高侧的MOSFET。
具体工作原理如下:1.初始状态:当高侧的MOSFET关闭时,电容器通过一个集电极上的二极管D充电,电容器的两端电压为VCC。
2.开始导通:当控制信号使得高侧MOSFET导通时,电容器开始放电,同时形成反向偏压,使二极管D截止。
3.电容器放电:电容器通过R1电阻形成的电压分压,电容器的负极电压逐渐降低,直到达到门极-源极电压(VGS(th))。
4.电容器充电:当电容器的负极电压等于VGS(th)时,二极管D开始导通,电容器开始重新充电,电容器的两端电压逐渐恢复到VCC。
由于电容器的两端电压通过放电和充电的方式,能够保持在足够的驱动电压,自举电容原理可以为高侧驱动MOSFET提供可靠的驱动。
自举电容原理的应用自举电容原理常用于需要驱动高侧MOSFET的应用中,例如:•H桥驱动器:将自举电容原理应用在H桥电路中,可以实现高低侧MOSFET的驱动,用于直流电机驱动和电源逆变器等应用中。
•电源管理:在电源管理电路中,自举电容原理可以用来提供高侧开关的驱动电压,实现增强型开关电源的设计。
结论通过自举电容原理,我们可以利用电容器的放电和充电过程,为高侧MOSFET提供可靠的驱动电压。
它在驱动高侧MOSFET的应用中广泛使用,并在H桥驱动器和电源管理电路中发挥重要作用。
希望本文能够帮助读者理解高侧MOS自举电容原理及其应用,以及为相关电路设计提供指导。
什么是自举电路
![什么是自举电路](https://img.taocdn.com/s3/m/9c3cac35d15abe23492f4dac.png)
什么是自举电路自举电路自举电路也叫升压电路,是利用自举升压二极管,自举升压电容等电子元件,使电容放电电压和电源电压叠加,从而使电压升高.有的电路升高的电压能达到数倍电源电压。
MOS管自举电路原理举个简单的例子:有一个12V的电路,电路中有一个场效应管需要15V的驱动电压,这个电压怎么弄出来?就是用自举。
通常用一个电容和一个二极管,电容存储电荷,二极管防止电流倒灌,频率较高的时候,自举电路的电压就是电路输入的电压加上电容上的电压,起到升压的作用。
自举电路只是在实践中定的名称,在理论上没有这个概念。
自举电路主要是在甲乙类单电源互补对称电路中使用较为普遍。
甲乙类单电源互补对称电路在理论上可以使输出电压Vo达到Vcc的一半,但在实际的测试中,输出电压远达不到Vcc的一半。
其中重要的原因就需要一个高于Vcc的电压。
所以采用自举电路来升压。
常用自举电路(摘自fairchild,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》)the boost converter,或者叫step-up converter,是一种开关直流升压电路,它可以是输出电压比输入电压高。
假定那个开关(三极管或者mos管)已经断开了很长时间,所有的元件都处于理想状态,电容电压等于输入电压。
下面要分充电和放电两个部分来说明这个电路。
MOS管自举电容工作原理自举电容,内部高端MOS需要得到高出IC的VCC的电压,通过自举电路升压得到,比VCC高的电压,否则,高端MOS无法驱动。
自举是指通过开关电源MOS管和电容组成的升压电路,通过电源对电容充电致其电压高于VCC。
最简单的自举电路由一个电容构成,为了防止升高后的电压回灌到原始的输入电压,会加一个Diode.自举的好处在于利用电容两端电压不能突变的特性来升高电压。
举个例子来说,如果MOS的Drink极电压为12V,Source极电压原为0V,Gate极驱动电压也为12V,那么当MOS在导通瞬间,Soure极电压会升高为Drink减压减去一个很小的导通压降,那么Vgs电压会接近于0V,MOS在导通瞬间后又会关断,再导通,再关断。
高压自举式栅极驱动装置[发明专利]
![高压自举式栅极驱动装置[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/2435e28458fafab068dc0210.png)
专利名称:高压自举式栅极驱动装置专利类型:发明专利
发明人:郭明奇,蔡宗志,徐仁耀
申请号:CN201410246723.X
申请日:20140605
公开号:CN105024676A
公开日:
20151104
专利内容由知识产权出版社提供
摘要:一种高压自举式栅极驱动装置,包括高端晶体管、低端晶体管、缓冲器、升压电容以及高压耗尽型晶体管。
高端晶体管接收第一电源电压。
缓冲器则依据偏压电压以提供高端驱动信号至高端晶体管。
升压电容串接在基准电压以及偏压电压间。
耗尽型晶体管的第一端耦接至第二电源电压,耗尽型晶体管的第二端耦接至偏压电压,且耗尽型晶体管的控制端接收参考接地电压。
申请人:钜晶电子股份有限公司
地址:中国台湾新竹科学工业园区
国籍:CN
代理机构:北京市柳沈律师事务所
代理人:史新宏
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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 ;
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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。
(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 )
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。
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图 9. 情况 1:理想自举电路
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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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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
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。
VB VS
VB 䖥 COM VBS ࡴ
GND
图 13. VB 和 VS 的典型响应
准确地说,任何一种极限情况都是流行的,检验如下。
如果 VS 过冲持续时间超过 10 个纳秒,自举电容 CBOOT 被 过 充 电,那 么 高 端 栅 极 驱 动 器 电 路 被 过 电 压 应 力 破
坏,因为 VBS 电压超过了数据表指定的绝对最大电压 (VBSMAX) 。设计一个自举电路时,其输出电压不能超过 高端栅极驱动器的绝对最大额定电压。
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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。
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
AN-6076
假想自举电源被理想浮动电源替代,如图 11 所示,这 时, VBS 在任何情况下都是恒定的。注意利用一个低电 阻辅助电源替代自举电路,就能实现这种情况。这时, 如果 VS 过冲超过数据表 (datasheet) 规定的最大 VBS 电 压,闭锁危险就会发生,因为寄生二极管 DBCOM 最终沿 COM 端到 VB 方向导通,如图 12 所示。
VCC
VCC
VB
DBCOM
COM
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。
例如:如果 VDD=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。
如果 VS 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。
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
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。
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。
间等于高端导通时间 (占空比 50%)。根据不同的自举
电容值,使用以下的等式:
ΔV B O O T
=
-Q----T---O----T---A----LCBOOT