驱动高压浮动MOSFET的自举电容设计

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1、第卷第期上海电机学院学报年月文章编号驱动高压浮动的自举电容设计刘桂英!成叶琴!周琴!上海电机学院电气学院"上海#摘要!介绍高压浮动自举驱动电路的工作原理和高压驱动芯片的内部原理"讨论影响自举电容设计的各种因素!并给出自举电容的计算公式#通过实例!以测试波形来证明设计结果的准确性!表明其具有实际应用价值#关键词!自举电路"驱动芯片"高压浮动中图分类号!文献标识码!功率管因其耐压较高导通电流大变压器法充电泵法载波驱动法自举法等随价格低廉而到得广泛应用在许多场合需要功率着高压半导体技术和芯片技术的发展许多功率半用作高压侧开关此时漏极接到高压

2、干导体公司推出了功率驱动芯片把驱线负载接在源极为保证饱和导通要动高压侧和低压侧功率管的绝大部分功能集成在一求栅极驱动电压比漏极电压高～栅极控个高性能的封装内这些高性能的芯片使电路的工制电压一般以地为参考点因此栅极电压必定高于作频率达到几百千赫兹只外接很少的分立元件就干线电压其可能是系统中最高的电压控制信号能较快地提供驱动而其本身功耗很小从隔离技必须转换电平使其成为高压侧源极电位同时要求术占空比开关频率成本等诸多方面考虑它们可栅极驱动电路功率不能明显影响总效率高压浮动以用自举方法工作也可用浮地的独立电源方法栅极驱动的常用技术有隔离电源法

3、脉冲工作若采用自举电路每路的高压侧收稿日期!作者简介!刘桂英女副教授专业方向为电工电子过程控制和智能控制＠年第期刘桂英!等"驱动高压浮动的自举电容设计用自举电容供电整个电路半桥或桥或三相桥的驱动芯片只用一个电源就可以了并且这种方法大大减少了整个电路的元器件简化了电路降低了成本此时电路中自举电容值的选取就成为设计的关键本文介绍了高压驱动芯片自举工作的原理设计了自举电容值并通过实例验证了自举电容选取公式的应用性高压驱动芯片自举工作的基本原理图半桥电路中的高压驱动芯片图是半桥电路中的高压驱动芯片图中是一个高压驱动芯片驱动个半桥为高压端供电为

4、高压端驱动输出晶体管源极电压上下浮动出为低压端驱动供电为低压端驱动图是一个典型高压驱动芯片的内输出为数字电路供电此半桥电路的上下桥臂部框图它是一个半桥驱动芯片同时驱动一个半是交替导通的每当下桥臂开通上桥臂关断时桥的上下个桥臂的功率管芯片内部承受高压部脚的电位为下桥臂功率管的饱和导通压降基分的电路做在一个耐高压的隔离区内高压侧和低本上接近地电位此时通过自举二极管对自压侧电路之间能承受以上的电压高低电压举电容充电使其接近电压当关断时的信号转换通过芯片内部耐高压的进行端的电压就会升高由于电容两端的电压不能突电平转移来实现的是一个低压信号它经

5、过变因此端的电平接近于和端电压之和施密特触发器电平转换先是逻辑地和功率地之间而和之间的电压还是接近电压当转换再以窄脉冲的形式把低压端输入信号传送到开通时作为一个浮动的电压源驱动而高压端降低高压损耗滤波放大等通道最后驱在开通其间损失的电荷在下一个周期又会得到动半桥上桥臂功率管的传输是低压信号之间补充这种自举供电方式就是利用端的电平在高的传输信号电平转换只发生在逻辑地和功率地之低电平之间不停地摆动来实现的由于自举电路无间没有高压电平转换电路它经过施密特触发器需浮动电源因此是最便宜的如图所示自举电逻辑地和功率地电平转换延时放大等通道最后路给

6、一只电容器充电电容器上的电压基于高端输控制半桥下桥臂的功率管为数字电路供电图高压驱动芯片内部原理上海电机学院学报年第期是一个保护脚的漏电流和高端的开通时间于是得到总的电荷数自举电容值的设计图中的和是在脉宽调制应用时应严格挑选和设由式和式得到的最小值为计的元器件根据一定的规则进行计算分析并在电丛路实验时进行调整使电路工作处于最佳状态其需要注意的是式必须满足以下条件①中是一个重要的自举器件应能阻断直流干线上是恒定的电压源无纹波②不考虑占空比的高压其承受的电流是栅极电荷与开关频率之积的变化和驱动电阻上消耗的功率为了减少电荷损失应选择反向漏电

7、流小的快恢复实例二极管芯片内高压部分的供电都来自图中自举电容用半桥高压驱动芯片驱动上的电荷为保证高压部分电路有足够的能量供场效应管半桥谐振电路其中卜给应适当选取的大小卜公司高压驱动芯片和具有相似的一般以此值为参考门极特性开通时需要在极短的时间内向门极用此参数在其卜提供足够的栅电荷在自举电容的充电路径上分数据手册中可查到采用瓷片电容可布电感影响了充电的速率下桥臂功率管的最窄导忽略漏电流卜通时间应保证自举电容有足够的电荷以满足栅极由式得所需要的电荷量再加上功率器件稳态导通时漏电流所失去的电荷量因此从最窄导通时间为最小且其中值考虑自举电容应

8、足够小O综上所述在选择自举电容大小时应考虑既不故由式得能太大影响窄脉冲的驱动性能也不能太小影响宽丛脉冲的驱动要求应从功率器件的工作频率开关速由此得到自举电容值为度门极特性等方面进行选择估算后调试而定假设上下桥臂为和如图实