驱动电路设计（五）——驱动器的自举电源稳态设计

自举电路在电平位移驱动电路应用很广泛，电路非常简单，成本低，而且有很多实际案例可以抄作业。不过，由于系统往往存在特殊或极端工况，如设计不当调制频率或占空比不足以刷新自举电容器上电荷，电容上的电压不够，低于低电压关闭值UVLO，这时候就出现了系统故障，严重时会损坏系统。上一篇《驱动电路设计（四）---驱动器的自举电源综述》是基于书本知识的综述，已经提到这些问题，接下来会参考英飞凌的数据手册和应用指南进行深入讨论。本文为了简化问题，分析固定占空比下，即针对一个PWM周期内的设计。

图1中为栅极驱动器的高压侧提供非隔离电源的方式是自举拓扑，其由简单的一个自举二极管和一个自举电容器组成。当下桥IGBT导通时给自举电容充电到V_BS，而在下桥关断上桥工作时这个电容给上桥提供电源。电容在上下桥交互开关的过程中实现充放电。在实际驱动器产品中，有时电平位移驱动电路已经把二极管集成在IC中，只要外接一个电容即可。

这种自举电路具有简单、成本低的优点。电路设计目标是输出电压稳定，如果自举电容上的电压不够，低于低电压关闭值UVLO，这时候就出现了系统故障，严重时会损坏系统。

自举电容器(V_BS)的最大电压取决于图1所示的自举电路的几个元器件：

在研究半桥拓扑中使用的自举电路元器件取值大小细节之前，需要了解一些基础知识，为此我们引入简化等效电路有助于分析加深理解（见图2）。电容C_boot左边是补充电荷的电路，而右边部分是会消耗掉电荷的电路。

自举等效电路（如图2所示）简化了V_BS特性作为调制开关S1开关状态函数的计算，也简化其与占空比D、栅极电荷Q_G、漏电流I_leak以及自举电阻R_boot和自举电容C_boot的计算。