2.自舉電路的工作過程

(資料圖)

如圖19-1

圖19-1：自舉電路拓?fù)?/p>

圖19-2：Q1關(guān)閉，Q2導(dǎo)通時的電流流向

如圖19-2所示，當(dāng)Q1關(guān)閉，Q2導(dǎo)通時，半橋的開關(guān)節(jié)點SW被拉到接近地電位（GND），此時Vin通過D給Cboot充電。

圖19-3：Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)閉時的電流流向

如圖19-3所示，當(dāng)Q1導(dǎo)通，Q2關(guān)斷時，半橋的開關(guān)節(jié)點SW被拉到接近電源電位（Vin），自舉二極管D將開始阻斷。在這種狀態(tài)下，高壓側(cè)柵極電路與供電軌分離，并且僅由自舉電容器供電。此時已經(jīng)被充滿電的Cboot兩端電壓為Vin，但是不能突變，所以此時VH點的電壓=2×Vin-VD，達(dá)到上管Q1的導(dǎo)通閾值。上述過程中SW和BOOT引腳上的電壓如圖19-4所示，其中Vf是內(nèi)置二極管的正

圖19-4：SW和Boot處電壓波形

當(dāng)SW電壓在圖19-2中的開關(guān)操作期間較低時，電荷從VIN存儲在電容器中，從而導(dǎo)致電容器兩端的電壓為VIN-Vf。當(dāng)SW電壓高時，BOOT電壓增加到2×VIN-Vf，內(nèi)置二極管將電壓保持在2×VIN-Vf。因此，BOOT電壓在VIN-Vf和2×VIN-Vf之間切換。

如果VIN電壓>BOOT電壓，二極管中會流過正向電流。當(dāng)SW=接地時，BOOT電壓為VIN-Vf。

假設(shè)VIN電壓≤BOOT電壓，二極管中沒有電流流動。電容器兩端的電壓保持在VIN-Vf，因此，當(dāng)SW=VIN時，BOOT電壓為2×VIN-Vf。

當(dāng)該BOOT電壓用作高壓側(cè)N溝道MOSFET的柵極電壓時，可以獲得柵極和源極之間的電壓VGS，該電壓足以完全接通MOSFET。

在圖19-5中，內(nèi)置二極管的陽極連接VIN，BOOT電壓可以增加到2×VIN-Vf，高側(cè)N-chMOSFET的柵源電壓差最大為VIN-Vf。當(dāng)VIN-Vf超過VGS額定值時，高壓側(cè)N-ch MOSFET將被破壞。

圖19-5：考慮防止超過VGS額定值的方法

如計算中所述，該BOOT電壓可能超過高側(cè)N-ch MOSFET的柵極和源極之間的擊穿電壓VGSS。因此，在設(shè)計具有高輸入電壓的產(chǎn)品時，如圖19-6所示，將大約5V的內(nèi)部電源連接到陽極，以使BOOT電壓保持在柵極和源極之間的擊穿電壓以下

當(dāng)二極管的陽極連接到大約5V的內(nèi)部電源時，高側(cè)N-ch MOSFET的柵極電壓最大為5V-Vf。因此，不會超過N溝道MOSFET的VGS額定值，并且可以保護(hù)高側(cè)N溝道MOS。

3.自舉電容的計算和選型

圖19-8：確定CBOOT所需的電路圖

作為示例，使用QG＝10nC、IBOOT＝10nA、D＝0.3和f＝1MHz進(jìn)

因此，Cboot應(yīng)為0.1uF或更大。然而，應(yīng)使用數(shù)據(jù)表中描述的電容，因為它們是根據(jù)從這些方程獲得的結(jié)果設(shè)計的。

4.自舉二極管（外置）的計算和選型

盡管自舉電路僅由三個組件組成，但仔細(xì)選擇每個組件對于整個半橋的良好性能非常重要。下面概述選擇自舉二極管時的典型設(shè)計考慮因素。

閉鎖電壓：自舉二極管必須設(shè)計為與半橋FET相同的阻斷電壓。它必須能夠在半橋電路運行期間阻斷靜態(tài)高壓電源電壓VDC加上任何額外的關(guān)斷過沖。

動態(tài)與靜態(tài)性能：在選擇自舉二極管時，必須仔細(xì)考慮動態(tài)開關(guān)和靜態(tài)電氣參數(shù)，并且經(jīng)常需要權(quán)衡。在高達(dá)數(shù)十kHz的低頻設(shè)計中，快速二極管的動態(tài)參數(shù)需求比較寬泛，可以選擇低VF和低泄漏的器件。然而，對于高頻、快速開關(guān)應(yīng)用，必須選擇具有低結(jié)電容Cj和最佳反向恢復(fù)時間（最小trr和Qrr）的小型二極管。

二極管上存儲的電荷將在每個開關(guān)周期期間打開和關(guān)閉，并且在高頻下會導(dǎo)致Rboot中的相當(dāng)大的損失。在非常高的頻率設(shè)計中，自舉二極管中的充電電流在低側(cè)FET T2關(guān)斷之前可能不會衰減到零，并且將發(fā)生反向恢復(fù)。在該操作期間，關(guān)斷時額外電荷Qrr從高壓側(cè)電容器傳輸回來。這增加了所需的總充電電流。此外，快速的二極管恢復(fù)會導(dǎo)致可能導(dǎo)致強(qiáng)烈振鈴引發(fā)EMI問題，甚至?xí)|發(fā)柵極驅(qū)動電路的UVLO保護(hù)。由于這些原因，肖特基二極管可以是高頻設(shè)計的一個很好的選擇，即使它們的靜態(tài)存儲電荷通常大于相對普通的PN二極管。