自举电路的挑战与解决方案-matlab_simulink解析

"自举式电路在开关电源中的应用与缺点分析-matlab_simulink实例讲解书籍" 自举式电路是一种常用于高电压栅极驱动电路的技术，尤其在功率MOSFET和IGBT的开关电源设计中。这种电路结构简单、成本较低，但同时也存在一些显著的缺点和挑战。 在2.3章节中，讨论了自举式电路的局限性。首先，占空比和导通时间受到自举电容CBOOT的影响，因为充电时间限制了电路的动态性能。当开关器件关闭时，源极负电压可能导致负载电流突然通过续流二极管，这会对栅极驱动电路的输出端造成问题，可能使VS引脚下拉到地以下，影响PWM控制集成电路的内部电路。此外，负电压的转换可能会使自举电容CBOOT承受过压，增加了故障风险。 自举电容CBOOT通过自举二极管DBOOT瞬间由电源VDD充电，形成的电压等于VDD加上源极上的负电压振幅。在半桥式应用电路中，这个负电压会在开关器件关断时引起VS引脚的负电压问题。如图5所示，低端续流二极管的前向偏置会导致VS引脚电压低于COM（地）电位。关键问题出现在开关器件的关断瞬间，此时电感LS1和LS2会使VS电压进一步下降，这个负电压的幅度与寄生电感和开关速度有关。 图6展示了高端N沟道MOSFET在关断期间的电压波形，揭示了负电压如何影响电路行为。其中，栅极驱动电阻RGATE和开关器件的输入电容Ciss（包括Cgs和Cgd，即密勒电容）共同决定了负电压的幅度。 在2.4章节中，进一步分析了VS引脚负电压产生的原因，主要是因为电感和开关器件关断速度导致的负电压放大，与寄生参数密切相关。设计者必须充分理解和考虑这些因素，以优化自举电路的设计，减少潜在的问题。 自举式电路虽然提供了成本效益高的解决方案，但在实际应用中需要谨慎处理其固有的缺点，比如负电压对电路的影响、占空比限制以及电容的过压问题。通过深入理解这些机制，并结合MATLAB_Simulink等工具进行仿真，工程师可以更有效地设计和优化自举电路，确保其在开关电源中的稳定和高效运行。