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此常见问题解答讨论了确定半桥栅极驱动器自举电容器大小的正确方法
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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: