自举电容的选择

DT98-2___________________________________________________________________________________设计指南功率驱动集成电路中自举元件的选择1.自举电路工作原理Vbs(驱动电路Vb和Vs管脚之间的电压差)给集成电路高端驱动电路提供电源。该电源电压必须在10-20V之间，以确保驱动集成电路能够完全地驱动MOS栅极器件(MGT)。IR公司的部分驱动集成电路有Vbs欠压保护，当Vbs电压下降到一定值时(见数据表中Vbsuv)，将关闭高端驱动输出，这保证了MGT不会在高功耗下工作。Vbs电源是悬浮电源，附加在Vs电压上(Vs通常是一个高频的方波)。有许多方法可以产生Vbs悬浮电源，其中一种如本文中介绍的自举方式。这种方式的好处是简单、低廉，但也有局限性。占空比和开通时间受限于自举电容的再充电(长时间导通和大占空比时要求有充电泵电路支持,见AN978)，自举电源由二极管和电容组成，如图1所示。VdcDbsVccVbHoVsCbsRQ1TolowsideloadorFET图1.自举二极管和电容电路电路的工作原理如下，当Vs被拉到地时(通过下端器件或负载，视电路结构而定)，15VVcc电源通过自举二极管(Dbs)给自举电容(Cbs)充电。因此给Vbs提供一个电源。DT98-2___________________________________________________________________________________2.影响自举电源的因素有五种以下因素影响对Vds电源的要求：a)MGT栅极电荷要求。b)Iqbs：高端驱动电路静态电流。c)驱动IC中电平转换电路的电流。d)MGT栅极源漏电流。e)自举电容漏电流。第e)个因素只有当自举电容是电解电容时才考虑，其它类型电容可以忽略，因此建议使用非电解类电容。3.计算自举电容值下列公式列出了自举电容应该提供的最小电荷要求：fIQfIQQleakcbslsqbsgbs)((max)2+++=(1)其中：Qg：高端器件栅极电荷f：工作频率Icbs(leak)：自举电容漏电流Qls：每个周期内，电平转换电路中的电荷要求500V/600VIC为5nc1200VIC为20nc自举电容必须能够提供这些电荷，并且保持其电压。否则Vbs将会有很大的电压纹波，并且可能会低于欠压值Vbsuv，使高端无输出并停止工作。因此Cbs电容的电荷应是最小值的二倍，最小电容值可以由下式计算：LsfccleakcbslsqbsgVVVfIQfIQC−−+++≥)((max)2[2其中,Vf：自举二极管正向压降VLS：低端器件压降或高端负载压降注意事项：由式（2）计算的Cbs电容值是最小的要求，由于自举电路的固有工作原理，低容值可能引起过充电，从而导致IC损坏。为了避免过充电和进一步减小Vbs纹波，由式（2）计算的容值应乘一个系数15。DT98-2___________________________________________________________________________________Cbs电容只在高端器件关断，Vs被拉到地时才被充电。因此低端器件开通时间（或高端器件关断时间）应足够长，以保证被高端驱动电路吸收掉的电容Cbs上的电荷被完全补充，因此对低端器件的开通时间（或高端器件的关断时间）有最小要求。另外，由于高端器件电路的结构使负载成为充电回路一部分时，负载的阻抗将直接影响自举电容Cbs的充电。如果阻抗太高，电容将不能充分充电，这时就需要充电泵电路，见AN978。4.自举二极管的选择在高端器件开通时，自举二极管必须能够阻止高压，并且应是快恢复二极管，以减小从自举电容向电源Vcc的回馈电荷。如果电容需要长期贮存电荷时，高温反向漏电流指标也很重要。二极管的额定电流值式（1）和工作频率的乘积得到。其中：二极管特性VRRM=功率端电压最大trr=100nsfQIbsF×=5.布板方法自举电容要尽可能靠近IC的管脚。如图2所示，至少有一个低ESR的电容提供就近耦合。例如：如果使用了铝电解电容做为自举电容，就应再用一个瓷电电容。如果自举电容是瓷电或钽电容，自己做为就地耦合也就足够了。VccVbHoVsC1C2RDbs图2.自举器件的推荐布板方式IRXi’anApplicationCentre