高电压栅极驱动IC的自举电路设计与准则

"这篇文档是关于高电压栅极驱动器IC使用的自举电路设计和使用准则的指导，来自飞兆半导体。文档详细介绍了如何在功率型MOSFET和IGBT设计中应用自举电路，特别是在高频率、大功率和高效率的开关应用中。文档分析了自举电路的优缺点，探讨了自举电阻和电容对浮动电源充电的影响，以及自举栅极驱动技术的工作原理。" 在功率电子设计中，栅极电阻起着关键作用。在标题提到的"重布置栅极电阻双重目的"中，栅极电阻不仅控制MOSFET的导通和关断速度，还限制了主开关源极电压负向瞬变时肖特基二极管的电流，防止过电压。同时，双二极管连接于CBOOT两端，确保自举电容不受过电压影响。然而，栅极电阻也会影响CBOOT的充电速率，可能成为PWM占空比的一个限制因素。 第四个设计选择是重新布置栅极电阻，并在VS和VOUT之间添加箝压器件，如齐纳二极管和600V二极管，以稳定电压。齐纳电压的选择应遵循特定规则，以确保电路稳定性。 选择HVIC（高电压集成电路）的电流能力是关键。计算HVIC驱动电流能力时，需要考虑开关时间内的最大栅极电荷QG，以及MOSFET的开关速度。例如，100ns的开关时间在不同频率下对应转换电路开关周期的不同比例。所需额定栅极驱动电流取决于在开关时间tSW-ON/OFF内必须移动的QG，可以从MOSFET的数据表获取。如果实际VGS与规格表条件不符，可以使用VGS与QG的关系曲线来调整。对于并联的MOSFET，数据表的值应乘以MOSFET的数量。 在设计自举电路时，必须考虑开关损耗和驱动器的电流驱动能力。拉电流能力（导通）和灌电流能力（关断）的计算涉及VBIN、GND、HO、VS等节点的电压，以及自举电容CBOOT、栅极电阻RGATE等元件。开关损耗估算涉及VDS和ID的最大值，而栅极驱动器的电流驱动能力则与开关时间、最大栅极电荷和开关速度直接相关。 自举电路提供高端栅极驱动电源，虽然简单且成本低，但有占空比限制和负电压问题。自举电路工作时，电源VDD通过自举电阻RBOOT和二极管DBOOT为CBOOT充电。在低端开关导通、高端开关关断时，电源通过这个路径供给高端驱动电路。 设计高效的高电压栅极驱动电路涉及多个因素，包括栅极电阻的布置、HVIC的电流能力选择、自举电路的优化，以及考虑开关损耗和占空比限制。理解这些知识点对于实现高性能、高效率的功率转换系统至关重要。