高电压栅极驱动IC的闭锁效应与自举电路分析

"这篇文档是飞兆半导体发布的AN-6076技术手册，主题聚焦于高电压栅极驱动集成电路的自举电路设计与使用准则。文档详细介绍了自举电路在功率转换应用中的作用，特别是在高速栅极驱动中的重要性，并讨论了闭锁效应这一潜在危害，以及如何避免闭锁导致的设备损坏。" 在高电压栅极驱动集成电路的设计中，闭锁效应是一个关键考虑因素。闭锁效应通常源于寄生二极管的前向或反向击穿，这可能导致寄生晶闸管（SCR）进入闭锁状态。一旦发生闭锁，电路的行为变得不可预测，可能导致设备运行不稳定甚至彻底失效。例如，闭锁可能会使栅极驱动器的两个输出同时处于高电平，引起交叉传导，从而损坏开关元件，最终破坏栅极驱动器本身。因此，在分析故障模式时，闭锁效应是一个重要的潜在原因。 文中提到了一个理想自举电路的例子，其中VDD通过一个理想二极管连接到VB。当大电流通过续流二极管时，由于di/dt很高，VS电压会低于地电位，此时闭锁风险增加。由于内部寄生二极管DBS可能沿VS到VB方向导通，导致VB电压上升，自举电容过度充电，可能造成二极管击穿并引发闭锁。如果VDD为15V，而VS下冲超过10V，VB电压可能升至25V以上，增大了闭锁的风险。 自举电路在高电压栅极驱动IC的应用中扮演着重要角色，尤其是在功率MOSFET和IGBT的高速栅极驱动中。自举电路提供了一种简单且成本效益高的方式来为高端栅极驱动供电，但它也有一些局限性，比如占空比受到自举电容充电时间的约束，以及在源极接负电压时可能出现问题。设计时需要考虑自举电阻和电容对浮动电源充电的影响，以及电平转换电路的设计，以防止在主开关导通时吸收电流，确保高效低耗。 本文档不仅提供了理论分析，还给出了实际电路图，如图1所示的高端驱动集成电路的电平转换器，有助于读者理解自举式驱动电路的工作原理。自举电容CBOOT在低端开关导通时，通过RBOOT和DBOOT被VDD充电，然后在高端开关导通时为高端栅极提供电源，实现了隔离的电压供应。 这份指南为设计和优化高电压栅极驱动IC的自举电路提供了宝贵的指导，强调了闭锁效应的防范措施，以及如何利用自举技术来提升功率转换系统的性能和可靠性。