bootstrap自举

1、自举型栅驱动 ICIC 原理简述及设计注意点 编注：本文主要描述自举型的IC,些类驱动IC因些简单、实用而被广泛使用。本文以MOSFET作为目标对象,由于IGBT的栅极使用MOSFET制作,故本文一定程度上 适用于IGBT的驱动电路。什么是 MOSFETMOSFET s s 驱动器MOSFETMOSFET DriverDriver ?1、 为了使MOSFET能够完全导通、需要在其栅 -源极Vgs之间施加一定的电压，在 电 机控制中，常用1215V。这个电压和很多MCU或控制器的输出电平不兼容。2、 当驱动桥的上半桥为N沟道MOSFET时、需要附加为路以保证MOSFET的栅-源极Ugs之间的电压

2、到达使MOSFET完全导通的电平。3、 由于MOSFET的结电容可见MOSFET管的数据手册的相关数据:C、Q等比拟大， 为了保护MOSFET的开关速度,施加在栅-源极的电压需要较大的瞬时驱动能力,以减少结 电容的充放电时间,保护开关速度。4、为了保护驱动桥等,MOSFET的控制信号常需要一定逻辑作硬件保护等,如死区、过 流、欠压等保护。5、.。综合以上几个因素，应用分立元件搭建电路那么需要多个器件完成。而MOSFET驱动器那么集成了以上功能，只需外接几个器件即可。为什么要使用 MOSFETMOSFET 的驱动电路推动 MOSFETMOSFET ? ?第一，MOSFET具备一定的 驱动能力，因

3、为由于工艺原因，MOSFET的GS间存在是寄生电容。对电容充电开启MOSFET和放电关闭MOSFET的瞬间需要相当的电流,驱边力缺乏会降低MOSFET的开关速度,从而增加MOSFET的开关损耗。第二,用于驱动桥的上半桥highside的MOSFET。工程应用中,多采用NMOS作为桥的 高端器件，因为相对PMOS , N沟的MOSFET的导通电阻会更少, 且就目前工艺，比PMOS容易生产，换言之，价格廉价。MOFSETMOFSET 开关条件对于MOSFET ,导通的条件是栅-源极之间的电压Ugs大于某个阀值，这个阀值不同的管其 值不尽相同。下列图所示是一个NMOS的半桥，对于低端的管子Q2,由于

4、其源极接地，所以 当要求Q2导通时，只要在Q2的栅极加个一定的电压即可；但是，对于高端的管子Q1,由于其源极的电压Us是浮动的，那么不好在其栅极上施加电压以使Q1的Ugs满足导通条件。试想，理想下，Q2的导通电阻为0,即导通时，Q2的Uds为0,贝U Us=Ud，那么要求Q2的 栅极电压Ug大于Ud。简单地说，要求升压。MT POWUs -高端管的驱动方法有几个-如用隔离变压器等。自举型骐IC具有简单、实用的特点，目前被广泛地使用，。下面简要地描述自举的工作过程，目的是理清自举的工作原理，更合理 地设计电路、布局布线和器件选型。电路简图首先，如下列图，是一款MOSFET驱动IC的电路图，值得注

5、意：出于便于分析的初衷，对电 路进行了简化。如上图，这电路并不陌生，二极管D1和电容C1分别被称为自举二极管和自举 电容,有些IC把自举二极管集成到IC内部。把上图的驱动作简化,只留下它的输出级，得到下列图：注：此图为示意图，只用于功能的描 述。+15VMT_POW上图的黄色框内可以看作开关，这样更利于下面的分析和理解。充电过程可以理解，半桥的两个禁止同时导通，否那么会炸管。下列图是半桥的低端管导通的示意图:+15V町POW如上图所示，半桥的高端管关闭，而低端管开启，这时泵二极管和泵 电容组成充电回路。由上图，易得，+15V电源经过泵二极管、泵 电容、再经过半桥的低端管、再到地 电源负极,它们

6、组成回路，对泵 电容进行充电,使 电容两边的电压为15V，即Uc=15V。放电过程这时，再分析半桥低端管关闭的情况，如下列图所示:+15VIWTPOW由于半桥低端管关闭，所以上文所述的回路被截断， 泵二极管处于反向截止。由于高端开启， 所以Ug=Uc+Us。易得：Ugs = Ug - Us = Uc。由于在充电过程中， 电容已被充电,所以Uc的电压大概为15V。即Ugs = 15V。这个电压可以开启MOSFET。至此，已完成一个PWM周期内，自举电路的工作过程，可以理解为泵电容的充放电机过程。小结由其工作过程：可以得到一些设计的考前须知，下面列出其中的几点：1.由于高端MOSFET的开启需要自

7、举 电容，所以为了保证高端管的正常开关,在PWM周 期内需要预留一段时间给自举 电容充电。故对于自举升压 驱动的驱动电路,PWM占空比不 能100%;2.自举电容自举电容取值一般0.1uF1uF方波驱动的无刷电机需要大些，以无感或低感的 电容为好。 一般地，电感PCB走线等和电容的并存可能产生振荡,这是MOSFET栅极上产生振铃 的其中一个原因。 虹容量选择，一般地，都要保证高端管能够至少开启几个PWM周期。对于无刷直流电机 的方波驱动方式,通常要求能够保持电机的一个换相周期以上，所以不能太少。同样地，也不宜太大。3.自举二极管自举二极管用于自举二极管的充电，当高端管开启时，它承受着MOSFET漏极相等的电压,所以二极管反向承受电压要大