高电压栅极驱动：自举电路设计与开关时间分析

"这篇文档是飞兆半导体公司提供的设计指南，涵盖了ACM算法模板集，主要讨论了在电力电子设计中如何量化导通和关断栅极电阻，以及自举电路在高电压栅极驱动器IC中的应用。文档详细解释了开关时间和电阻选择的关系，输出电压斜率的控制，以及在关断过程中的栅极电阻量化方法。同时，介绍了自举电路的设计和使用准则，强调了自举电源在高频率、大功率应用中的重要性，并分析了自举电路的优缺点及其工作原理。" 文章详细内容: 在设计电力电子设备时，量化导通和关断栅极电阻是关键步骤。导通栅极电阻(Rg(ON))的选择基于开关时间(tsw)，电源电压(VDD或VBS)，驱动器的等效导通电阻(RDRV(ON))，以及开关器件的参数(Qgs, Qgd, Vgs(th))。开关时间定义为MOSFET达到平台电压所需的时间，这涉及到MOSFET的总电荷(Qgd+Qgd)。导通电阻的计算涉及这些因素，控制着输出电压斜率(dVOUT/dt)。当输出电压是非线性时，大的输出电压斜率可以近似通过公式计算。 在关断过程中，量化栅极电阻要考虑最坏情况，即MOSFET漏极关闭时，外部动作导致电阻整流。此时，输出节点的dV/dt会引起寄生电流通过Cgd流向RG(OFF)和RDRV(OFF)。关断电阻的量化需要考虑MOSFET的栅极阈值电压和漏极dV/dt的关系，以确保在各种应用条件下稳定工作。 自举电路是为高电压栅极驱动器提供电源的常见方法，尤其适用于高频、大功率和高效率的开关应用。自举电路的优点在于其简单和成本效益，但也受限于自举电容的刷新时间，以及在源极接负电压时可能出现的问题。自举电路的工作原理是利用自举电阻和电容在开关状态变化时为浮动电源充电，确保高端栅极驱动电路的正常运行。 电平转换电路在自举栅极驱动技术中扮演重要角色，它允许在高低压电平之间进行信号转换，同时在主开关导通时不消耗电流。脉冲式锁存电平转换器是常见的解决方案，能有效维持高效率和低功耗。 总结来说，这篇文档深入探讨了栅极电阻的量化方法和自举电路的设计准则，为电力电子工程师提供了宝贵的指导，帮助他们优化高电压栅极驱动器的设计，提高开关效率和系统性能。