功率驅(qū)動(dòng)集成電路中自舉元件的選擇

　　1. 自舉電路工作原理

　　Vbs （驅(qū)動(dòng)電路V b 和Vs 管腳之間的電壓差） 給集成電路高端驅(qū)動(dòng)電路提供電源。該電源電壓必須在10-20V 之間，以確保驅(qū)動(dòng)集成電路能夠完全地驅(qū)動(dòng)MOS 柵極器件（MGT）。IR 公司的部分驅(qū)動(dòng)集成電路有 V bs 欠壓保護(hù)，當(dāng)V bs 電壓下降到一定值時(shí)（見(jiàn)數(shù)據(jù)表中V bsuv ） ，將關(guān)閉高端驅(qū)動(dòng)輸出，這保證了MGT 不會(huì)在高功耗下工作。

　　Vbs 電源是懸浮電源，附加在Vs 電壓上（Vs通常是一個(gè)高頻的方波） 。有許多方法可以產(chǎn)生V bs 懸浮電源，其中一種如本文中介紹的自舉方式。這種方式的好處是簡(jiǎn)單、低廉，但也有局限性。占空比和開(kāi)通時(shí)間受限于自舉電容的再充電（長(zhǎng)時(shí)間導(dǎo)通和大占空比時(shí)要求有充電泵電路支持， 見(jiàn)AN978） ，自舉電源由二極管和電容組成，如圖1所示。

　　圖1. 自舉二極管和電容電路

　　電路的工作原理如下，當(dāng)Vs 被拉到地時(shí)（通過(guò)下端器件或負(fù)載，視電路結(jié)構(gòu)而定） ，15V Vcc 電源通過(guò)自舉二極管（Dbs ） 給自舉電容（Cbs ） 充電。因此給V bs 提供一個(gè)電源。

　　2. 影響自舉電源的因素

　　有五種以下因素影響對(duì)V ds 電源的要求：

　　a） MGT柵極電荷要求。

　　b） Iqbs ：高端驅(qū)動(dòng)電路靜態(tài)電流。

　　c） 驅(qū)動(dòng)IC 中電平轉(zhuǎn)換電路的電流。

　　d） MGT柵極源漏電流。

　　e） 自舉電容漏電流。

　　第e） 個(gè)因素只有當(dāng)自舉電容是電解電容時(shí)才考慮，其它類(lèi)型電容可以忽略，因此建議使用非電解類(lèi)電容。

　　3. 計(jì)算自舉電容值

　　下列公式列出了自舉電容應(yīng)該提供的最小電荷要求：

　　其中：Q g ：高端器件柵極電荷

　　f： 工作頻率

　　I cbs（leak）：自舉電容漏電流

　　Q ls ：每個(gè)周期內(nèi)，電平轉(zhuǎn)換電路中的電荷要求

　　500V/600V IC 為5nc

　　1200V IC 為20nc

　　自舉電容必須能夠提供這些電荷，并且保持其電壓。否則V bs 將會(huì)有很大的電壓紋波，并且可能會(huì)低于欠壓值V bsuv ，使高端無(wú)輸出并停止工作。因此C bs 電容的電荷應(yīng)是最小值的二倍，最小電容值可以由下式計(jì)算：

　　其中， Vf ：自舉二極管正向壓降

　　V LS ：低端器件壓降或高端負(fù)載壓降

　　注意事項(xiàng)：

　　由式（2）計(jì)算的C bs 電容值是最小的要求，由于自舉電路的固有工作原理，低容值可能引起過(guò)充電，從而導(dǎo)致IC 損壞。為了避免過(guò)充電和進(jìn)一步減小V bs 紋波，由式（2）計(jì)算的容值應(yīng)乘一個(gè)系數(shù)15。

　　C bs 電容只在高端器件關(guān)斷，Vs 被拉到地時(shí)才被充電。因此低端器件開(kāi)通時(shí)間（或高端器件關(guān)斷時(shí)間）應(yīng)足夠長(zhǎng)，以保證被高端驅(qū)動(dòng)電路吸收掉的電容C bs 上的電荷被完全補(bǔ)充，因此對(duì)低端器件的開(kāi)通時(shí)間（或高端器件的關(guān)斷時(shí)間）有最小要求。

　　另外，由于高端器件電路的結(jié)構(gòu)使負(fù)載成為充電回路一部分時(shí)，負(fù)載的阻抗將直接影響自舉電容C bs 的充電。如果阻抗太高，電容將不能充分充電，這時(shí)就需要充電泵電路，見(jiàn)AN978。

　　4. 自舉二極管的選擇

　　在高端器件開(kāi)通時(shí)，自舉二極管必須能夠阻止高壓，并且應(yīng)是快恢復(fù)二極管，以減小從自舉電容向電源Vcc 的回饋電荷。如果電容需要長(zhǎng)期貯存電荷時(shí)，高溫反向漏電流指標(biāo)也很重要。二極管的額定電流值式（1）和工作頻率的乘積得到。

　　其中：二極管特性

　　VRRM =功率端電壓

　　最大 trr = 100ns

　　I F =Q bs ×f

　　5. 布板方法

　　自舉電容要盡可能靠近IC 的管腳。如圖2所示，至少有一個(gè)低ESR 的電容提供就近耦合。例如：如果使用了鋁電解電容做為自舉電容，就應(yīng)再用一個(gè)瓷電電容。如果自舉電容是瓷電或鉭電容，自己做為就地耦合也就足夠了。

　　圖2. 自舉器件的推薦布板方式