bootstrap自舉

1、自舉型柵驅(qū)動(dòng) ICIC 原理簡(jiǎn)述及設(shè)計(jì)注意點(diǎn) 編注：本文主要描述自舉型的IC,些類(lèi)驅(qū)動(dòng)IC因些簡(jiǎn)單、實(shí)用而被廣泛使用。本文以MOSFET作為目標(biāo)對(duì)象,由于IGBT的柵極使用MOSFET制作,故本文一定程度上 適用于IGBT的驅(qū)動(dòng)電路。什么是 MOSFETMOSFET s s 驅(qū)動(dòng)器MOSFETMOSFET DriverDriver ?1、 為了使MOSFET能夠完全導(dǎo)通、需要在其柵 -源極Vgs之間施加一定的電壓，在 電 機(jī)控制中，常用1215V。這個(gè)電壓和很多MCU或控制器的輸出電平不兼容。2、 當(dāng)驅(qū)動(dòng)橋的上半橋?yàn)镹溝道MOSFET時(shí)、需要附加為路以保證MOSFET的柵-源極Ugs之間的電壓

2、到達(dá)使MOSFET完全導(dǎo)通的電平。3、 由于MOSFET的結(jié)電容可見(jiàn)MOSFET管的數(shù)據(jù)手冊(cè)的相關(guān)數(shù)據(jù):C、Q等比擬大， 為了保護(hù)MOSFET的開(kāi)關(guān)速度,施加在柵-源極的電壓需要較大的瞬時(shí)驅(qū)動(dòng)能力,以減少結(jié) 電容的充放電時(shí)間,保護(hù)開(kāi)關(guān)速度。4、為了保護(hù)驅(qū)動(dòng)橋等,MOSFET的控制信號(hào)常需要一定邏輯作硬件保護(hù)等,如死區(qū)、過(guò) 流、欠壓等保護(hù)。5、.。綜合以上幾個(gè)因素，應(yīng)用分立元件搭建電路那么需要多個(gè)器件完成。而MOSFET驅(qū)動(dòng)器那么集成了以上功能，只需外接幾個(gè)器件即可。為什么要使用 MOSFETMOSFET 的驅(qū)動(dòng)電路推動(dòng) MOSFETMOSFET ? ?第一，MOSFET具備一定的 驅(qū)動(dòng)能力，因

3、為由于工藝原因，MOSFET的GS間存在是寄生電容。對(duì)電容充電開(kāi)啟MOSFET和放電關(guān)閉MOSFET的瞬間需要相當(dāng)?shù)碾娏?驅(qū)邊力缺乏會(huì)降低MOSFET的開(kāi)關(guān)速度,從而增加MOSFET的開(kāi)關(guān)損耗。第二,用于驅(qū)動(dòng)橋的上半橋highside的MOSFET。工程應(yīng)用中,多采用NMOS作為橋的 高端器件，因?yàn)橄鄬?duì)PMOS , N溝的MOSFET的導(dǎo)通電阻會(huì)更少, 且就目前工藝，比PMOS容易生產(chǎn)，換言之，價(jià)格廉價(jià)。MOFSETMOFSET 開(kāi)關(guān)條件對(duì)于MOSFET ,導(dǎo)通的條件是柵-源極之間的電壓Ugs大于某個(gè)閥值，這個(gè)閥值不同的管其 值不盡相同。下列圖所示是一個(gè)NMOS的半橋，對(duì)于低端的管子Q2,由于

4、其源極接地，所以 當(dāng)要求Q2導(dǎo)通時(shí)，只要在Q2的柵極加個(gè)一定的電壓即可；但是，對(duì)于高端的管子Q1,由于其源極的電壓Us是浮動(dòng)的，那么不好在其柵極上施加電壓以使Q1的Ugs滿足導(dǎo)通條件。試想，理想下，Q2的導(dǎo)通電阻為0,即導(dǎo)通時(shí)，Q2的Uds為0,貝U Us=Ud，那么要求Q2的 柵極電壓Ug大于Ud。簡(jiǎn)單地說(shuō)，要求升壓。MT POWUs -高端管的驅(qū)動(dòng)方法有幾個(gè)-如用隔離變壓器等。自舉型騏IC具有簡(jiǎn)單、實(shí)用的特點(diǎn)，目前被廣泛地使用，。下面簡(jiǎn)要地描述自舉的工作過(guò)程，目的是理清自舉的工作原理，更合理 地設(shè)計(jì)電路、布局布線和器件選型。電路簡(jiǎn)圖首先，如下列圖，是一款MOSFET驅(qū)動(dòng)IC的電路圖，值得注

5、意：出于便于分析的初衷，對(duì)電 路進(jìn)行了簡(jiǎn)化。如上圖，這電路并不陌生，二極管D1和電容C1分別被稱(chēng)為自舉二極管和自舉 電容,有些IC把自舉二極管集成到IC內(nèi)部。把上圖的驅(qū)動(dòng)作簡(jiǎn)化,只留下它的輸出級(jí)，得到下列圖：注：此圖為示意圖，只用于功能的描 述。+15VMT_POW上圖的黃色框內(nèi)可以看作開(kāi)關(guān)，這樣更利于下面的分析和理解。充電過(guò)程可以理解，半橋的兩個(gè)禁止同時(shí)導(dǎo)通，否那么會(huì)炸管。下列圖是半橋的低端管導(dǎo)通的示意圖:+15V町POW如上圖所示，半橋的高端管關(guān)閉，而低端管開(kāi)啟，這時(shí)泵二極管和泵 電容組成充電回路。由上圖，易得，+15V電源經(jīng)過(guò)泵二極管、泵 電容、再經(jīng)過(guò)半橋的低端管、再到地 電源負(fù)極,它們

6、組成回路，對(duì)泵 電容進(jìn)行充電,使 電容兩邊的電壓為15V，即Uc=15V。放電過(guò)程這時(shí)，再分析半橋低端管關(guān)閉的情況，如下列圖所示:+15VIWTPOW由于半橋低端管關(guān)閉，所以上文所述的回路被截?cái)啵?泵二極管處于反向截止。由于高端開(kāi)啟， 所以Ug=Uc+Us。易得：Ugs = Ug - Us = Uc。由于在充電過(guò)程中， 電容已被充電,所以Uc的電壓大概為15V。即Ugs = 15V。這個(gè)電壓可以開(kāi)啟MOSFET。至此，已完成一個(gè)PWM周期內(nèi)，自舉電路的工作過(guò)程，可以理解為泵電容的充放電機(jī)過(guò)程。小結(jié)由其工作過(guò)程：可以得到一些設(shè)計(jì)的考前須知，下面列出其中的幾點(diǎn)：1.由于高端MOSFET的開(kāi)啟需要自

7、舉 電容，所以為了保證高端管的正常開(kāi)關(guān),在PWM周 期內(nèi)需要預(yù)留一段時(shí)間給自舉 電容充電。故對(duì)于自舉升壓 驅(qū)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)電路,PWM占空比不 能100%;2.自舉電容自舉電容取值一般0.1uF1uF方波驅(qū)動(dòng)的無(wú)刷電機(jī)需要大些，以無(wú)感或低感的 電容為好。 一般地，電感PCB走線等和電容的并存可能產(chǎn)生振蕩,這是MOSFET柵極上產(chǎn)生振鈴 的其中一個(gè)原因。 虹容量選擇，一般地，都要保證高端管能夠至少開(kāi)啟幾個(gè)PWM周期。對(duì)于無(wú)刷直流電機(jī) 的方波驅(qū)動(dòng)方式,通常要求能夠保持電機(jī)的一個(gè)換相周期以上，所以不能太少。同樣地，也不宜太大。3.自舉二極管自舉二極管用于自舉二極管的充電，當(dāng)高端管開(kāi)啟時(shí)，它承受著MOSFET漏極相等的電壓,所以二極管反向承受電壓要大