說到升壓電路,大部分人第一反應(yīng)是BOOS升壓電路,今天我們就介紹一下成本更低的電容自舉升壓電路,它一般用于MOS管驅(qū)動(dòng)電路的開啟部分,利用簡單的自舉升壓二極管和自舉電容以及電阻就能實(shí)現(xiàn)比電源電壓更高的驅(qū)動(dòng)電壓輸出,極具性價(jià)比。如果你對(duì)比一下目前主流的MOS管門驅(qū)動(dòng)IC,你會(huì)發(fā)現(xiàn)這些驅(qū)動(dòng)IC的驅(qū)動(dòng)電壓一般都在10-15V之間,所以該電路在MOS管集成驅(qū)動(dòng)IC中應(yīng)用廣泛。
二.自舉電容電路的原理以及器件選型
1.原理講解
我們以基于IC驅(qū)動(dòng)的半橋開關(guān)電路為例,驅(qū)動(dòng)IC內(nèi)部其實(shí)也是半橋輸出拓?fù)洌涔ぷ鬟^程如下:
1.Q1關(guān)斷,Q2打開,那么Q2柵極的電壓等于VCC;
2.由于Q2導(dǎo)通,Q1關(guān)斷,此時(shí)Q1 源極電壓約等于0V,此時(shí)VCC電壓通過Rboot→Dboot→Cboot→Q2-GND這樣一個(gè)路徑對(duì)自舉電容Cboot進(jìn)行充電;
3.Q2充滿電后,我們把Q2關(guān)斷,Q1打開,此時(shí)Q1的源極和GND斷開了,相當(dāng)于浮空,但是我們都知道電容有一個(gè)特性就是它兩端的電壓不能突變,所以此時(shí)VB處的電壓就約等于200V高壓加上電容兩端的電壓:200+Vc_boot;這么高的電壓如果和15V電壓連通那后果不堪設(shè)想,所以自舉二極管Dboot的存在就是防止高壓和15V短路。那么此時(shí)的高壓會(huì)經(jīng)過VB→HO→R1→Q1的柵極,這樣就相當(dāng)于通過自舉電路把Q1柵極的電壓抬高了。
MOS管電容自舉驅(qū)動(dòng)電路
IC內(nèi)部框圖
IC內(nèi)部框圖
2.器件選型
1.自舉電容
這個(gè)器件充當(dāng)了H-side MOS管導(dǎo)通的電流源,所以容值要足夠大,經(jīng)驗(yàn)值是至少要比MOS管柵極米勒寄生電容大10倍,同時(shí)還要考慮電容的直流電壓偏置特性以及溫度對(duì)容值的影響,考慮其容值的worse case情況。關(guān)于柵極寄生電容我們可以采用下面的公式計(jì)算,其中Qg可以在我們選型的MOS管規(guī)格書中找到,Vq1g約等于電源電壓減去自舉二極管正向?qū)▔航担缓蟀延?jì)算出來的Cg乘以10就能評(píng)估出需要選型的容值。
當(dāng)然容值不是越大越好,因?yàn)槿葜颠^大會(huì)導(dǎo)致流經(jīng)自舉二極管的峰值電流同步增大,推薦使用低ESR和ESL的瓷片電容,電容額定電壓要大于2倍VCC電壓。
2.自舉二極管
為了降低損耗,以及提高反向恢復(fù)速度,推薦使用具有低正向?qū)▔航岛偷图纳Y(jié)電容的肖特基二極管。
3.自舉電阻
自舉電阻的作用是限制啟動(dòng)時(shí)流經(jīng)自舉二極管的電流,這個(gè)電阻的選型可要慎重,畢竟電阻加電容那就構(gòu)成了延時(shí)電路,直接決定了我們的電容充電時(shí)間,你想啊,如果電阻阻值過大,那自舉電容充不了多少電,從來無法正常驅(qū)動(dòng)MOS,可能連MOS的開啟電壓都達(dá)不到,結(jié)合自舉電路的開關(guān)占空比,我們可以計(jì)算出時(shí)間常數(shù):
我們需要測試實(shí)際電路的啟動(dòng)時(shí)間來調(diào)整電阻阻值,進(jìn)而調(diào)整一個(gè)合理的啟動(dòng)時(shí)間,Duty cycle指的是自舉電路工作的占空比,這個(gè)參數(shù)在對(duì)應(yīng)的IC規(guī)格書中也能找得到,那么什么叫合理的啟動(dòng)時(shí)間呢?說白了就是在自舉電路給電容充電的時(shí)間內(nèi),我們使用到電阻阻值要能使電容兩端電壓達(dá)到我們的設(shè)定電壓值。其次說到底電阻是為了限流,所以電阻功率得夠,電阻承受得由于電容充電帶來的能量沖擊計(jì)算如下:
充電時(shí)間計(jì)算如下:(這么計(jì)算的原因是RC是時(shí)間常數(shù),一般3-5RC就基本能把電容充滿電)
有了能量,有了時(shí)間,那么電阻得功率就等于:P=E/t,輕松得到了。
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