详解用于MOS管驱动的电容自举电路工作原理以及器件选型

一.前言

说到升压电路，大部分人第一反应是BOOS升压电路，今天我们就介绍一下成本更低的电容自举升压电路，它一般用于MOS管驱动电路的开启部分，利用简单的自举升压二极管和自举电容以及电阻就能实现比电源电压更高的驱动电压输出，极具性价比。如果你对比一下目前主流的MOS管门驱动IC，你会发现这些驱动IC的驱动电压一般都在10-15V之间，所以该电路在MOS管集成驱动IC中应用广泛。

二.自举电容电路的原理以及器件选型

1.原理讲解

我们以基于IC驱动的半桥开关电路为例，驱动IC内部其实也是半桥输出拓扑，其工作过程如下：

1.Q1关断，Q2打开，那么Q2栅极的电压等于VCC；

2.由于Q2导通，Q1关断，此时Q1 源极电压约等于0V，此时VCC电压通过Rboot→Dboot→Cboot→Q2-GND这样一个路径对自举电容Cboot进行充电；

3.Q2充满电后，我们把Q2关断，Q1打开，此时Q1的源极和GND断开了，相当于浮空，但是我们都知道电容有一个特性就是它两端的电压不能突变，所以此时VB处的电压就约等于200V高压加上电容两端的电压：200+Vc_boot;这么高的电压如果和15V电压连通那后果不堪设想，所以自举二极管Dboot的存在就是防止高压和15V短路。那么此时的高压会经过VB→HO→R1→Q1的栅极，这样就相当于通过自举电路把Q1栅极的电压抬高了。

MOS管电容自举驱动电路IC内部框图

2.器件选型

1.自举电容

这个器件充当了H-side MOS管导通的电流源，所以容值要足够大，经验值是至少要比MOS管栅极米勒寄生电容大10倍，同时还要考虑电容的直流电压偏置特性以及温度对容值的影响，考虑其容值的worse case情况。关于栅极寄生电容我们可以采用下面的公式计算，其中Qg可以在我们选型的MOS管规格书中找到，Vq1g约等于电源电压减去自举二极管正向导通压降，然后把计算出来的Cg乘以10就能评估出需要选型的容值。

当然容值不是越大越好，因为容值过大会导致流经自举二极管的峰值电流同步增大，推荐使用低ESR和ESL的瓷片电容，电容额定电压要大于2倍VCC电压。

2.自举二极管

为了降低损耗，以及提高反向恢复速度，推荐使用具有低正向导通压降和低寄生结电容的肖特基二极管。

3.自举电阻

自举电阻的作用是限制启动时流经自举二极管的电流，这个电阻的选型可要慎重，毕竟电阻加电容那就构成了延时电路，直接决定了我们的电容充电时间，你想啊，如果电阻阻值过大，那自举电容充不了多少电，从来无法正常驱动MOS，可能连MOS的开启电压都达不到，结合自举电路的开关占空比，我们可以计算出时间常数：

我们需要测试实际电路的启动时间来调整电阻阻值，进而调整一个合理的启动时间，Duty cycle指的是自举电路工作的占空比，这个参数在对应的IC规格书中也能找得到，那么什么叫合理的启动时间呢？说白了就是在自举电路给电容充电的时间内，我们使用到电阻阻值要能使电容两端电压达到我们的设定电压值。其次说到底电阻是为了限流，所以电阻功率得够，电阻承受得由于电容充电带来的能量冲击计算如下：

充电时间计算如下：（这么计算的原因是RC是时间常数，一般3-5RC就基本能把电容充满电）

有了能量，有了时间，那么电阻得功率就等于：P=E/t，轻松得到了。

三.总结

今天我们详细讲解了用于MOS管驱动的自举电路工作原理以及器件选型计算，你学会了吗？有疑问欢迎评论区留言。