詳解用于MOS管驅(qū)動(dòng)的電容自舉電路工作原理以及器件選型

一.前言

說(shuō)到升壓電路，大部分人第一反應(yīng)是BOOS升壓電路，今天我們就介紹一下成本更低的電容自舉升壓電路，它一般用于MOS管驅(qū)動(dòng)電路的開(kāi)啟部分，利用簡(jiǎn)單的自舉升壓二極管和自舉電容以及電阻就能實(shí)現(xiàn)比電源電壓更高的驅(qū)動(dòng)電壓輸出，極具性?xún)r(jià)比。如果你對(duì)比一下目前主流的MOS管門(mén)驅(qū)動(dòng)IC，你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些驅(qū)動(dòng)IC的驅(qū)動(dòng)電壓一般都在10-15V之間，所以該電路在MOS管集成驅(qū)動(dòng)IC中應(yīng)用廣泛。

二.自舉電容電路的原理以及器件選型

1.原理講解

我們以基于IC驅(qū)動(dòng)的半橋開(kāi)關(guān)電路為例，驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部其實(shí)也是半橋輸出拓?fù)?，其工作過(guò)程如下：

1.Q1關(guān)斷，Q2打開(kāi)，那么Q2柵極的電壓等于VCC；

2.由于Q2導(dǎo)通，Q1關(guān)斷，此時(shí)Q1 源極電壓約等于0V，此時(shí)VCC電壓通過(guò)Rboot→Dboot→Cboot→Q2-GND這樣一個(gè)路徑對(duì)自舉電容Cboot進(jìn)行充電；

3.Q2充滿(mǎn)電后，我們把Q2關(guān)斷，Q1打開(kāi)，此時(shí)Q1的源極和GND斷開(kāi)了，相當(dāng)于浮空，但是我們都知道電容有一個(gè)特性就是它兩端的電壓不能突變，所以此時(shí)VB處的電壓就約等于200V高壓加上電容兩端的電壓：200+Vc_boot;這么高的電壓如果和15V電壓連通那后果不堪設(shè)想，所以自舉二極管Dboot的存在就是防止高壓和15V短路。那么此時(shí)的高壓會(huì)經(jīng)過(guò)VB→HO→R1→Q1的柵極，這樣就相當(dāng)于通過(guò)自舉電路把Q1柵極的電壓抬高了。

2.器件選型

1.自舉電容

這個(gè)器件充當(dāng)了H-side MOS管導(dǎo)通的電流源，所以容值要足夠大，經(jīng)驗(yàn)值是至少要比MOS管柵極米勒寄生電容大10倍，同時(shí)還要考慮電容的直流電壓偏置特性以及溫度對(duì)容值的影響，考慮其容值的worse case情況。關(guān)于柵極寄生電容我們可以采用下面的公式計(jì)算，其中Qg可以在我們選型的MOS管規(guī)格書(shū)中找到，Vq1g約等于電源電壓減去自舉二極管正向?qū)▔航?，然后把?jì)算出來(lái)的Cg乘以10就能評(píng)估出需要選型的容值。

當(dāng)然容值不是越大越好，因?yàn)槿葜颠^(guò)大會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)自舉二極管的峰值電流同步增大，推薦使用低ESR和ESL的瓷片電容，電容額定電壓要大于2倍VCC電壓。

2.自舉二極管

為了降低損耗，以及提高反向恢復(fù)速度，推薦使用具有低正向?qū)▔航岛偷图纳Y(jié)電容的肖特基二極管。

3.自舉電阻

自舉電阻的作用是限制啟動(dòng)時(shí)流經(jīng)自舉二極管的電流，這個(gè)電阻的選型可要慎重，畢竟電阻加電容那就構(gòu)成了延時(shí)電路，直接決定了我們的電容充電時(shí)間，你想啊，如果電阻阻值過(guò)大，那自舉電容充不了多少電，從來(lái)無(wú)法正常驅(qū)動(dòng)MOS，可能連MOS的開(kāi)啟電壓都達(dá)不到，結(jié)合自舉電路的開(kāi)關(guān)占空比，我們可以計(jì)算出時(shí)間常數(shù)：

我們需要測(cè)試實(shí)際電路的啟動(dòng)時(shí)間來(lái)調(diào)整電阻阻值，進(jìn)而調(diào)整一個(gè)合理的啟動(dòng)時(shí)間，Duty cycle指的是自舉電路工作的占空比，這個(gè)參數(shù)在對(duì)應(yīng)的IC規(guī)格書(shū)中也能找得到，那么什么叫合理的啟動(dòng)時(shí)間呢？說(shuō)白了就是在自舉電路給電容充電的時(shí)間內(nèi)，我們使用到電阻阻值要能使電容兩端電壓達(dá)到我們的設(shè)定電壓值。其次說(shuō)到底電阻是為了限流，所以電阻功率得夠，電阻承受得由于電容充電帶來(lái)的能量沖擊計(jì)算如下：

充電時(shí)間計(jì)算如下：（這么計(jì)算的原因是RC是時(shí)間常數(shù)，一般3-5RC就基本能把電容充滿(mǎn)電）

有了能量，有了時(shí)間，那么電阻得功率就等于：P=E/t，輕松得到了。

三.總結(jié)

今天我們?cè)敿?xì)講解了用于MOS管驅(qū)動(dòng)的自舉電路工作原理以及器件選型計(jì)算，你學(xué)會(huì)了嗎？有疑問(wèn)歡迎評(píng)論區(qū)留言。