在一些低成本的應用中，特別是對于一些600V小功率的IGBT，業(yè)界總是嘗試把驅動(dòng)級成本降到最低。因而自舉式電源成為一種廣泛的給高壓柵極驅動(dòng)（HVIC）電路供電的方法，原因是電路簡(jiǎn)單并且成本低。
自舉電路的工作原理
如下圖自舉電路僅僅需要一個(gè)15~18V的電源來(lái)給逆變器的驅動(dòng)級提供能量，所有半橋底部IGBT都與這個(gè)電源直接相連，半橋上部IGBT的驅動(dòng)器通過(guò)電阻Rboot和二極管VF連接到電源Vb上，每個(gè)驅動(dòng)器都有一個(gè)電容Cboot來(lái)緩沖電壓；
當下管S2開(kāi)通使Vs降低到電源電壓Vcc以下時(shí)，Vcc通過(guò)自舉二極管和自舉電阻Rboot對自舉電容Cboot進(jìn)行充電，在自舉電容兩端產(chǎn)生Vbs懸浮電壓，支持HO相對Vs的開(kāi)關(guān)。隨著(zhù)上管S1開(kāi)關(guān)，Vs高壓時(shí)自舉二極管處于反偏，Vbs和電源Vcc被隔離開(kāi)。
自舉電容的選取
當下管S2導通，Vs電壓低于電源電壓(Vcc)時(shí)自舉電容(Cboot)每次都被充電。自舉電容僅當高端開(kāi)關(guān)S1導通的時(shí)候放電。自舉電容給高端電路提供電源(VBS)。首先要考慮的參數是高端開(kāi)關(guān)處于導通時(shí)，自舉電容的最大電壓降。允許的最大電壓降(Vbs)取決于要保持的最小柵極驅動(dòng)電壓。如果VGSMIN最小的柵-源極電壓，電容的電壓降必須是:
其中：
Vcc=驅動(dòng)芯片的電源電壓；
VF=自舉二極管正向壓降；
Vrboot=自舉電阻兩端的壓降；
Vcesat=下管S2的導通壓降
計算自舉電容為：
其中：
QTOT是電容器的電荷總量。
自舉電容的電荷總量通過(guò)等式4計算：
下表是以IR2106+IKP15N65H5(18A@ 125°C)為例子計算自舉電容推薦：
推薦電容值必須根據使用的器件和應用條件來(lái)選擇。如果電容過(guò)小，自舉電容在上管開(kāi)通時(shí)下降紋波過(guò)大，降低電容的使用壽命，開(kāi)關(guān)管損耗變高，開(kāi)關(guān)可靠性也變低；如果電容值過(guò)大，自舉電容的充電時(shí)間減少，低端導通時(shí)間可能不足以使電容達到自舉電壓。
選擇自舉電阻
自舉電阻的作用主要是防止首次對自舉電容充電時(shí)電流太大的限流，英飛凌的驅動(dòng)芯片一般已經(jīng)把自舉二極管和電阻內置，不需要額外考慮電阻的選取。這里只是給大家分析原理，當使用外部自舉電阻時(shí)，電阻RBOOT帶來(lái)一個(gè)額外的電壓降：
其中：
ICHARGE=自舉電容的充電電流；
RBOOT=自舉電阻；
tCHARGE=自舉電容的充電時(shí)間(下管導通時(shí)間)
該電阻值（一般5~15Ω）不能太大，否則會(huì )增加VBS時(shí)間常數。當計算最大允許的電壓降(VBOOT )時(shí)，必須考慮自舉二極管的電壓降。如果該電壓降太大或電路不能提供足夠的充電時(shí)間，我們可以使用一個(gè)快速恢復或超快恢復二極管。
實(shí)際選擇時(shí)我們可能考慮更多的是自舉電阻太小限制：
1. 充電電流過(guò)大在小功率輸出應用觸發(fā)采樣電阻過(guò)流保護
2. 過(guò)小的自舉電阻可能會(huì )造成更高的dVbs/dt,從而產(chǎn)生更高的Vs負壓，關(guān)于Vs負壓的危害我們會(huì )在后面繼續討論。
3. 充電電流過(guò)大容易導致充電階段Vcc電壓過(guò)低，造成欠壓保護。
4. 容易造成自舉二極管過(guò)流損壞。
如下圖是英飛凌新一代2ED218xS06F/ 2ED218x4S06J大電流系列的SOI技術(shù)的半橋驅動(dòng)內部電路，內部集成了自舉電阻和自舉二極管，可以幫助客戶(hù)省掉自舉電阻和二極管電路的設計麻煩。
自舉電路設計要點(diǎn)
為了保證自舉電路能夠正常工作，需要注意很多問(wèn)題：
1. 開(kāi)始工作后，總是先導通半橋的下橋臂IGBT，這樣自舉電容能夠被重新充電到供電電源的額定值。否則可能會(huì )導致不受控制的開(kāi)關(guān)狀態(tài)和/或錯誤產(chǎn)生。
2. 自舉電容Cboot的容量必須足夠大，這樣可以在一個(gè)完整的工作循環(huán)內滿(mǎn)足上橋臂驅動(dòng)器的能量要求。
3. 自舉電容的電壓不能低于最小值，否則就會(huì )出現欠壓閉鎖保護。
4. 最初給自舉電容充電時(shí)，可能出現很大的峰值電流。這可能會(huì )干擾其他電路，因此建議用低阻抗的自舉電阻限流。
5. 一方面，自舉二極管必須快，因為它的工作頻率和IGBT是一樣的，另一方面，它必須有足夠大的阻斷電壓，至少和IGBT的阻斷電壓一樣大。這就意味著(zhù)600V的IGBT，必須選擇600V的自舉二極管。
6. 當選擇驅動(dòng)電源Vcc電壓時(shí)，必須考慮驅動(dòng)器內部電壓降及自舉二極管和自舉電阻的壓降，以防止IGBT柵極電壓不會(huì )太低而導致開(kāi)通損耗增加。更進(jìn)一步，所確定的電壓必須減去下管IGBT的飽和壓降，這樣導致上下管IGBT在不同的正向柵極電壓下開(kāi)通，因此Vcc應當保證上管有足夠的柵極電壓，同時(shí)保證下管的柵極電壓不會(huì )變的太高。
7. 用自舉電路來(lái)提供負壓的做法是不常見(jiàn)的，如此一來(lái)，就必須注意IGBT的寄生導通。
最后，自舉電路也有一些局限性，有些應用如電機驅動(dòng)的電機長(cháng)期工作在低轉速大電流場(chǎng)合，下管的開(kāi)通占空比一直比較小，造成上管的自舉充電不夠，這種情況需要在PWM算法上做特定占空比補償或者獨立電源供應。 |
