自举电路在高电压栅极驱动器IC中的应用与设计

"本文档是飞兆半导体提供的AN-6076使用说明书，详细介绍了供高电压栅极驱动器IC使用的自举电路的设计和使用准则，涵盖了自举电路的工作原理、高速栅极驱动电路的技术要求以及自举电阻和电容的影响。" 在电力电子领域，高电压栅极驱动器IC是控制功率半导体器件如MOSFET和IGBT的关键组件。自举电路在此扮演着至关重要的角色，它为IC的高端栅极驱动提供所需的电压，使得在输入电平不允许直接驱动的情况下仍能正常工作。自举电路的运用尤其在高频、大功率和高效率的开关应用中十分常见。 自举栅极驱动技术主要应用于输入电平不能直接驱动高端N沟道MOSFET或IGBT的场景。这种技术允许驱动电路和偏置电路在器件源极的两个电压之间切换，而驱动电路本身可以通过低压电路实现，通过电平转换电路连接控制信号。电平转换电路必须能处理高电压差和电容性开关电流，同时在主开关导通时不消耗电流，通常采用脉冲式锁存电平转换器。 自举电路的工作原理依赖于电源VDD、自举电阻RBOOT和自举二极管DBOOT。当低端开关导通，高端开关关闭时，电源VDD通过RBOOT和DBOOT为CBOOT充电。一旦CBOOT充满电，它就能在高端开关导通时维持电压，供给栅极驱动器，从而驱动高端MOSFET或IGBT。 然而，自举电路并非没有挑战。其一，占空比受限于自举电容的充电时间，这可能影响开关的速度和效率。其二，如果开关器件的源极连接到负电压，可能会导致严重问题。此外，自举电路的性能还受到寄生参数（如电感和电容）的影响，这些因素需要在设计时仔细考虑和优化。 为了确保自举电路的稳定性和高效运行，设计者需要关注自举电阻的选择，因为它影响充电速率和功耗。自举电容CBOOT的容量也需适中，既能满足快速充电的需求，又能在高端开关导通期间提供足够的电压。 总结来说，自举电路是高电压栅极驱动器IC不可或缺的一部分，其设计和使用涉及到多个关键因素，包括电平转换电路、自举电阻和电容的选择，以及对开关占空比和寄生参数的考量。理解并掌握这些准则对于电力电子工程师来说至关重要，可以提升系统的性能和可靠性。