自舉電路(Bootstrap Circuit)是一種廣泛應用于電子和電力系統(tǒng)中的重要電路,尤其在需要提高輸入信號電平以控制高側開關時扮演關鍵角色。‘自舉’這一術語源于“引導自己上升”的意思,在電路中,它通過儲能元件將電壓升高至高于輸入電壓的值。這種電路常見于功率MOSFET或IGBT的驅動電路中。
在所示的自舉電路中,只需一個15至18伏的電源便可為逆變器的驅動級提供所需能量。在此配置中,所有的半橋低端IGBT都直接與該電源連接。而半橋高端IGBT的驅動器則通過自舉電阻Rboot和自舉二極管VF與電源Vb相連。每個驅動器配備一個自舉電容Cboot,用于電壓緩沖。
當低端開關S2激活,源電壓Vs降至電源電壓Vcc以下時,電流通過自舉二極管和自舉電阻Rboot向自舉電容Cboot充電,從而在其兩端形成懸浮電壓Vbs。這個懸浮電壓支持高端輸出HO相對于Vs的切換。在高端開關S1操作期間,如果Vs達到高電平,自舉二極管會反向偏置,使懸浮電壓Vbs與電源Vcc隔離。
自舉電路的一個典型應用是在電源轉換器中,用于提供比輸入電壓更高的驅動電壓,以確保MOSFET等開關器件能夠充分導通。這在高效能電源設計中尤為重要,因為即使是微小的傳導損失也可能大幅影響整個系統(tǒng)的效率。
在設計自舉電路時,對電容和二極管的選型非常重要。自舉電容需要具有足夠的容量來儲存所需的能量,并且其耐壓要高于工作電壓。自舉二極管則需要有足夠快的恢復速度,以應對高速開關操作,同時還應具備足夠的電流承受能力。
此外,自舉電路在某些情況下可能受到電荷泄漏或電容放電的影響,因此在要求持續(xù)穩(wěn)定輸出的應用中,可能需要采用額外的電路措施來維持電容的充電狀態(tài),如使用低壓差穩(wěn)壓器(LDO)來保持電容充電電壓的穩(wěn)定。
自舉電路也叫升壓電路,是利用自舉升壓二極管,自舉升壓電容等電子元件,使電容放電電壓和電源電壓疊加,從而使電壓升高,有的電路升高的電壓能達到數倍電源電壓。
1、mos管自舉電路原理
在EDA365電子論壇上看過這個簡單的例子:有一個12V的電路,電路中有一個場效應管需要15V的驅動電壓,這個電壓怎么弄出來?就是用自舉。通常用一個電容和一個二極管,電容存儲電荷,二極管防止電流倒灌,頻率較高的時候,自舉電路的電壓就是電路輸入的電壓加上電容上的電壓,起到升壓的作用。
自舉電路只是在實踐中定的名稱,在理論上沒有這個概念。自舉電路主要是在甲乙類單電源互補對稱電路中使用較為普遍。甲乙類單電源互補對稱電路在理論上可以使輸出電壓Vo達到Vcc的一半,但在實際的測試中,輸出電壓遠達不到Vcc的一半。
其中重要的原因就需要一個高于Vcc的電壓。所以采用自舉電路來升壓。常用自舉電路(摘自fairchild,使用說明書AN-6076《供高電壓柵極驅動器IC 使用的自舉電路的設計和使用準則》)the boost converter,或者叫step-up converter,是一種開關直流升壓電路,它可以是輸出電壓比輸入電壓高。
假定那個開關(三極管或者mos管)已經斷開了很長時間,所有的元件都處于理想狀態(tài),電容電壓等于輸入電壓。
下面要分充電和放電兩個部分來說明這個電路。
2、MOS管自舉電容工作原理
自舉電容,內部高端MOS需要得到高出IC的VCC的電壓,通過自舉電路升壓得到,比VCC高的電壓,否則,高端MOS無法驅動。
自舉是指通過開關電源MOS管和電容組成的升壓電路,通過電源對電容充電致其電壓高于VCC。最簡單的自舉電路由一個電容構成,為了防止升高后的電壓回灌到原始的輸入電壓,會加一個Diode。
自舉的好處在于利用電容兩端電壓不能突變的特性來升高電壓。
舉個例子來說,如果MOS的Drink極電壓為12V,Source極電壓原為0V,Gate極驅動電壓也為12V,那么當MOS在導通瞬間,Soure極電壓會升高為Drink減壓減去一個很小的導通壓降,那么Vgs電壓會接近于0V,MOS在導通瞬間后又會關斷,再導通,再關斷。
如此下去,長時間在MOS的Drink極與Source間通過的是一個N倍于工作頻率的高頻脈沖,這樣的脈沖尖峰在MOS上會產生過大的電壓應力,很快MOS管會被損壞。
如果在MOS的Gate與Source間接入一個小電容,在MOS未導通時給電容充電,在MOS導通,Source電壓升高后,自動將Gate極電壓升高,便可使MOS保持繼續(xù)導通。