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
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。
mosfet自举电路
mosfet自举电路
MOSFET自举电路是一种常见的电路设计，用于提供驱动电路所需的电压。
在这篇文章中，我们将介绍MOSFET自举电路的工作原理、应用场景以及设计要点。
让我们来了解一下MOSFET自举电路的工作原理。
MOSFET自举电路利用电容器存储电荷的特性，通过周期性地充放电来提供所需的驱动电压。
当输入信号触发时，电容器会充电，然后在下一个周期释放储存的电荷，从而提供足够的电压来驱动负载。
这种设计可以有效地提高电路的效率和性能。
MOSFET自举电路通常用于驱动需要较高电压的负载，例如功率放大器、电机驱动器等。
通过合理设计电容器的参数和工作频率，可以实现较高的输出电压和电流，以满足不同应用场景的需求。
在设计MOSFET自举电路时，有几个关键的要点需要考虑。
首先是选择合适的MOSFET管和电容器，以确保电路的稳定性和可靠性。
其次是合理设计电路拓扑结构，包括输入信号的触发方式、电容器的充放电控制等。
最后是进行严格的电路仿真和实际测试，以验证设计的正确性和性能。
总的来说，MOSFET自举电路是一种高效、可靠的电路设计，广泛应用于各种需要高电压驱动的场合。
通过合理的设计和优化，可以实现更好的性能和效率。
希望本文能帮助读者更好地了解MOSFET
自举电路的工作原理和设计要点，从而在实际应用中取得更好的效果。
自举高边的单通道隔离栅极驱动器ic
自举高边的单通道隔离栅极驱动器ic1.单通道隔离栅极驱动器ic可以有效地隔离输入和输出信号。
A single-channel isolated gate driver IC can effectively isolate input and output signals.2.这种驱动器ic通常用于电力电子应用中的高压隔离。
This type of driver IC is commonly used for high-voltage isolation in power electronic applications.3.它能够提供高速和高效的栅极驱动。
It can provide high-speed and efficient gate driving.4.这种ic能够在低功耗和高频率下工作。
This IC can operate at low power and high frequency.5.它有助于降低系统功耗并提高效率。
It helps to reduce system power consumption and improve efficiency.6.单通道隔离栅极驱动器ic还具有过流和过温保护功能。
The single-channel isolated gate driver IC also has overcurrent and over-temperature protection features.7.这种ic适用于各种工业和汽车应用。
This IC is suitable for a variety of industrial and automotive applications.8.它能够有效地降低emc干扰。
It can effectively reduce EMC interference.9.这种ic的输出晶体管具有强大的推动能力。
The output transistor of this IC has powerful driving capability.10.它还具有短路保护和低电压锁定功能。
高压栅极驱动器自举电路设计
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
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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
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。
600v单片集成ipm高压侧栅极驱动电路设计
600v单片集成ipm高压侧栅极驱动电路设计
设计一个600V单片集成IPM（智能功率模块）高压侧栅极驱动电路需要考虑到多个因素，包括电压等级、驱动能力、隔离要求、电磁兼容性等。
以下是一个基本的设计步骤和考虑因素：
1. 电压等级和安全裕量：考虑到600V的电压等级，设计时应留有足够的
安全裕量。
通常，实际应用中的电压可能高于或低于标称值，因此设计时应考虑这些极端情况。
2. 驱动能力：栅极驱动电路需要能够提供足够的电流来驱动IPM的功率开关。
这需要根据具体的IPM规格来确定。
3. 隔离要求：在高压应用中，隔离是关键。
需要考虑使用光耦、磁耦或者
其他隔离技术来确保电路的安全运行。
4. 电磁兼容性（EMC）：设计时需要考虑到EMC问题，如减小噪声、防
止电磁干扰等。
这可能涉及到滤波、屏蔽等措施。
5. 集成单片设计：考虑到单片集成的要求，应选择合适的芯片工艺和封装
形式。
同时，电路设计应尽量简洁高效，以减小芯片面积和成本。
6. 可靠性：在设计时应考虑采用一些可靠性措施，如降额设计、热设计等，以增强电路的稳定性。
7. 保护功能：考虑加入过流保护、过压保护、欠压保护等功能，以防止电
路在异常情况下受损。
8. 测试与验证：在设计完成后，需要进行充分的测试和验证，以确保电路的功能和性能满足要求。
具体设计时，还需要根据具体的IPM规格书和实际应用需求来进行调整。
如果需要更详细的设计指导或者具体电路图，建议寻求专业电子工程师的帮助。
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
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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。
高压栅极驱动ic自举电路的设计与应用指南
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cmos电平自举电路
cmos电平自举电路CMOS电平自举电路是一种用于驱动功率MOS器件的电路，它能够提供所需的高电压以确保正常工作。
本文将详细介绍CMOS电平自举电路的原理、工作方式和应用领域。
一、原理CMOS电平自举电路主要由电容和开关管组成。
当开关管打开时，电容开始充电，当开关管关闭时，电容上的电压将被保持。
在工作过程中，电容上的电压通过一个放大器来放大，然后被传递给功率MOS管的栅极，从而驱动功率MOS管工作。
二、工作方式CMOS电平自举电路的工作方式如下：1. 初始状态下，电容上没有电压。
2. 当开关管打开时，电容开始充电，电压逐渐上升。
3. 当电容上的电压达到所需的电平时，开关管关闭，电容上的电压被保持。
4. 通过放大器放大后的电压被传递给功率MOS管的栅极，从而驱动功率MOS管工作。
5. 循环上述过程，不断地提供所需的高电压，确保功率MOS管正常工作。
三、应用领域CMOS电平自举电路广泛应用于功率MOS驱动电路中，特别是在开关电源、电机驱动和无线通信设备中。
具体应用领域包括：1. 开关电源：CMOS电平自举电路能够提供高电压来驱动开关管，使得开关电源能够高效稳定地工作。
2. 电机驱动：CMOS电平自举电路能够提供所需的高电压来驱动电机，使得电机能够正常运转。
3. 无线通信设备：CMOS电平自举电路能够提供高电压来驱动射频功放器件，提高无线通信设备的传输功率和性能。
总结：CMOS电平自举电路是一种能够提供所需的高电压来驱动功率MOS器件的电路。
它的工作原理是通过电容充电和保持电压的方式来实现。
CMOS电平自举电路广泛应用于开关电源、电机驱动和无线通信设备等领域。
它的应用能够提高设备的性能和稳定性。
希望通过本文的介绍，读者对CMOS电平自举电路有更加深入的了解。
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。
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。
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。
自举式2ED020I12-F芯片在IGBT驱动电路中的应用
自举式2ED020I12-F芯片在IGBT驱动电路中的应用驱动/自举/2ED020I12-F/IGBT1引言随着电力电子技术的发展，各种开关器件如power MOSFET、IGBT（绝缘栅双极晶体管）等功率开关器件得到越来越广泛的应用，同时各种开关器件的驱动芯片也同样得到了高度的重视。
目前大多数的驱动集成电路采用直接驱动或隔离驱动的方式。
隔离驱动的集成驱动芯片，如EXB841系列、TLP250等，这种芯片的特点是只能驱动单个功率管，且每路驱动都要一组独立的电源，增加了电源电路和驱动电路设计的复杂性。
德国英飞凌公司生产的2ED020I12-F驱动芯片是一种双通道高压、高速电压型功率开关器件栅极驱动器，具有自举浮动电源，驱动电路简单，单片2ED020I12-F驱动芯片可同时驱动逆变电路上下桥臂，三相桥式逆变电路仅用一组电源即可。
使用2ED020I12-F驱动芯片可以减小装置体积，降低成本，提高系统的可靠性。
2 2ED020I12-F驱动芯片的内部结构和特点2ED020I12-F芯片内部结构如图1所示，其中包括：逻辑逻入、电平转换、欠电压保护、无核心变压器（CLT），一个通用运算放大器和一个通用比较器。
芯片采用上下桥臂分别独立供电，当VSH和VSL两端电压均在13V~18V之间时，驱动芯片正常工作，当两端电压低于11V时，芯片内部启动欠电压保护；逻辑输入端采用施密特触发电路，提高抗干扰能力，输入逻辑电路与3.3V和5V的TTL电平兼容；当/SD引脚为低电平时，InH和InL封锁脉冲，模块关闭信号输入；当InH和InL同时为高电平时，模块自动检测到逻辑错误，关闭驱动芯片输出。
通用的运算放大器和比较器可以用于逆变桥下桥臂IGBT的电流检测。
为了保证信号传输时上下桥臂各通道相对独立，在芯片内部上桥臂端引入一个微小无核心变压器（CLT）作为上桥臂和下桥臂之间的电气屏蔽层。
信号在无核心变压器（CLT）一侧通过专门的编码发射器发送，在另一侧以相应的接收器恢复。
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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
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。
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。
外部二极管导致的电压降大约为 0.7V。假设电容充电时
间等于高端导通时间 （占空比 50%）。根据不同的自举
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。
在第一种情况中，使用了一个 “理想自举电路”，该电 路的 VDD 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。
何为闭锁现象
参考阎石主编数电第四
版Page114-116
或者Fairchild公司的
AN-600-Understanding
Latch-Up in Advanced
CMOS Logic
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
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。
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 ；
RBOOT DBOOT
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VDD
VB
VDD
HO
VS
COM
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RG2
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Q1 ILOAD
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图 2. 自举式电源电路
© 2008 飞兆半导体
Rev. 1.0.0 • 6/8/09
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2.3 自举式电路的缺点
于过压状态
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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VB
VDD
HO
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图 6. 关断期间的波形
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AN-6076
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。
自举式电路具有简单和低成本的优点，但是，它也有一 些局限。
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。续流将Vs电平拉低为负可能导致电容处
减小寄生电感、降低开关速度可以减小负电压尖峰
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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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。
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
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。