ipm自举电容工作原理

IPM自举电容工作原理解释
在集成电力模块(IPM)中，自举电容用于提供栅极驱动所需的偏置电压。具体来说，在降压(BUCK)转换器中使用的N沟道金属氧化物半导体场效应晶体管(NMOS)，由于其较低的导通电阻和成本优势而被广泛采用。然而，NMOS更适合于低压应用，因此为了使高压侧开关正常运作，需要通过自举技术来提升栅源电压。
当PWM信号处于低电平期间，低端开关(Q3)关闭，高端开关(Q6)开启，此时电流流过负载并给输出滤波电容器充电。与此同时，自举二极管(D1)也处于反向阻断状态，阻止任何来自输入电源(Vin)的电流流入自举电容(Cboot)[^2]。
一旦PWM脉冲变为高电平，情况发生变化：Q6截止，Q3重新导通。这时，Cboot负极端子上的节点电位迅速上升至接近Vin水平，使得整个电容器两端电压相对于地而言变得更高。由于之前已经存储了一定量的能量，现在这个额外增加的部分足以让Cboot正极端子达到甚至超越Vin值，从而确保有足够的电压差去激活连接在其上面的上桥臂功率器件[^(2)]。
值得注意的是，在此过程中，D1防止了因Cboot放电而导致能量回传给供电轨的情况发生，维持住了必要的浮动电源供给环境。这种机制允许使用标准逻辑电平控制型MOSFET作为半桥配置里的顶部元件而不必担心门限电压不足的问题。
# Python伪代码模拟自举过程
def bootstrap_process(v_in, v_threshold):
c_boot = Capacitor() # 初始化自举电容

while True:
if pwm_signal == HIGH:
q6.off()
q3.on()

# 当Q3导通时,Cboot负极电位升高,Vgs随之增大
c_boot.charge_to(v_in + previous_charge)

if c_boot.voltage >= v_threshold:
high_side_mosfet.activate()

elif pwm_signal == LOW:
q6.on()
q3.off()

d1.block_reverse_current()
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