如何正确调整自举电容的大小

最重要的栅极驱动器设计参数之一是选择足够的自举电容器。 如果电容太小、则在开关期间高侧晶体管的栅极将没有足够的电荷。 因此、这将导致输出电压减小、从而可能导致 MOSFET 发热、逻辑错误、脉冲缺失以及效率降低。

对于实际应用、自举电容器应是高侧晶体管栅极每周期充电所需的最小电容的10倍。 这使得电路能够更加稳健地应对非理想因素，例如随温度和电压变化的电容变化、瞬态和 EMI 事件、跳过的脉冲，并使高侧晶体管的栅源极电压能够更好地跟踪电源电压。 提高自举电容可提高正常运行的裕度。 但是、自举电容有上限、上限由自举充电电路的 RC 时间常数和低侧晶体管的最短导通时间设置。

理论最小自举电容可使用以下公式计算：

其中 N 是高侧晶体管的数量、QG 是一个晶体管的栅极电荷、IHBS 是从 HB 到 VSS 的最大静态电流、DMAX 是最大占空比、FSW 是开关频率、IHB 是引导电压静态电流、 VDD 是器件的电源电压，VF 是自举二极管的正向电压，VHBF 是相对于 HS 的最小 UVLO HB 下降阈值。

图1. 仿真设置

图1显示了用于针对不同自举电容值评估 UCC27211半桥驱动器性能的 SIMPLIS 原理图。 该器件以250kHz 的频率工作、具有50%的高侧占空比。 图2和3是通过改变自举电容器 C2获得的。

使用以下数据表值、可以计算出该电路的理论最小电容：QG=62.7nC、IHBS=1uA、D=0.5、FSW=250kHz、Vdd=12V、 Vf=0.65V、Vhbf=5.6V、IHb=100uA

图2. 不同 Cboot 电容的 VHBHS

图2显示了自举电容器两端的电压。 在开启时、自举电容器立即充电至电源电压、接下来、当高侧输出启用时、电容器放电以对高侧栅极充电。 因此、如果这导致自举电容器损失其存储的大量电荷、自举电压将下降。

图3. VHOHS 用于不同的 Cboot 电容

图3显示了高侧晶体管的栅源极电压。 当高侧栅极上的高侧输出被切换时、如果这导致自举电压下降至低于此驱动器的5.6V UVLO、高侧输出被禁用并且发生逻辑错误。

图2和3说明了虽然可以使用最小理论电容运行驱动器、但不建议这样做。 此外、可以看到、当使用接近建议的10x 最小值的值时、高侧输出能够保持更高的稳定电压。

参考文献：

• 有关栅极驱动器的更多信息、请参阅 ti.com/gatedrivers。
• 有关低侧晶体管的最短导通时间的更多信息、请参阅 确定低侧晶体管的最短导通时间